1 Назначение и описание работы привода

    Редуктором  называется механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненный в виде отдельного органа и служащий для передачи вращения от вала двигателя к валу рабочей машины.

    Назначение  редуктора - понижение угловой скорости и повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим.

    Применение  редукторов обусловлено экономическими соображениями. Масса и стоимость  двигателя при одинаковой мощности понижаются с увеличением его  быстроходности. Оказывается экономически целесообразным применение быстроходных двигателей с понижающей передачей, вместо тихоходного двигателя без передачи. Наиболее широко используются асинхронные двигатели с частотой  750 и 1500 оборотов в минуту.

    Редуктор  состоит из корпуса, в котором размещают элементы передачи - зубчатые колеса, валы, подшипники и т.д.

    Редукторы классифицируют по следующим основным признакам: типу передачи (зубчатые, червячные  или зубчато-червячные); числу ступеней (одноступенчатые, двухступенчатые  и т.д.); типу зубчатых колес (цилиндрические, конические и т.д.); относительному расположению валов в пространстве (горизонтальные, вертикальные); особенностям кинематической схемы (развернутая, соосная, с раздвоенной ступенью и т.д.). В данном проекте разрабатывается одноступенчатый конический редуктор. 

    Зубчатые  передачи являются основными видом передач в машиностроении. Их основные преимущества: высокая нагрузочная способность, и, как следствие, малые габариты; большая долговечность и надежность работы; высокий КПД; постоянство передаточного отношения; возможность применения в широком диапазоне мощностей, скоростей, передаточных отношений. Недостатки: шум при работе, невозможность бесступенчатого изменения передаточного числа, незащищенность при перегрузках, возможность возникновения значительных динамических нагрузок из-за вибрации.

    Подшипники  служат опорами для валов, Они  воспринимают радиальные и осевые нагрузки, приложенные к валу, и сохраняют заданное положение оси вращения вала. В данном приводе используются роликовые радиально-упорные подшипники, которые воспринимают радиальную и осевую нагрузки в зубчатой конической передаче.

      Рисунок 1 – Кинематическая схема привода 

    Привод  ковшового элеватора состоит из электродвигателя, передающий крутящий момент на входной вал редуктора через цепную муфту. Редуктор – конический с круговым зубом. На ведомом валу редуктора установлена звездочка цепной передачи, передающая вращение на приводной вал.

    Исходные  данные для проектирования: 

    - тяговая сила цепи F=1,0 кН,

    - скорость ленты v=0,8 м/с,

    - диаметр барабана D=250 мм.

2 Выбор электродвигателя  и кинематический  расчет привода

2.1 Выбор электродвигателя. Разбивка общего передаточного отношения по ступеням

Мощность  на приводном валу

Частота вращения приводного вала .

Общий КПД привода [5, c.12]:

, где 

- КПД зубчатой конической закрытой передачи,

- КПД пары подшипников качения,

- КПД цепной передачи,

- КПД муфты.

.

Требуемая мощность электродвигателя:

.

Передаточные  числа передач привода по рекомендациям [5]:

Требуемая частота вращения электродвигателя

Выбираем  электродвигатель из условия  . Принимаем электродвигатель 4А90LB8У3 (мощность Р_эд=1,1 кВт, частота вращения ротора n_эд=705 мин^-1) [5, табл. 16.7.1].

Фактическое передаточное число  .

Принимаем передаточное число редуктора  .

Тогда передаточное число открытой передачи

2.2 Кинематический и силовой анализ

Мощности  на валах привода:

Частоты вращения валов:

Крутящие моменты на валах привода

Угловые скорости на валах

Таблица 1 – Результаты кинематического  расчета 

    3 Расчет передач  привода

3.1 Расчет зубчатой конической передачи с круговым зубом

3.1.1 Выбор материала зубчатых колес

Выбираем  для шестерни и колеса материал сталь 45ХН. Механические характеристики сердцевины – σ_В=950МПа, σ_Т=750МПа (3, табл.8.8). Термообработка шестерни – улучшение, твердость примерно 240НВ, термообработка колеса – улучшение, твердость примерно 200НВ.

3.1.2 Определение эквивалентного числа циклов перемены напряжений

Срок  службы передачи:

.

Эквивалентное число циклов перемены напряжений при  расчете на контактную прочность:

, где

с=1 – число колес, находящихся в зацеплении с рассчитываемым,

- для  шестерни:

.

-для  колеса:

.

3.1.3 Определение допускаемых контактных напряжений

.

Предел  контактной выносливости:

(3, табл. 8.9);

,

.

S_H=1,1 – коэффициент безопасности (3, табл. 8.9).

Коэффициент долговечности:

.

Базовое число циклов N_HO:

(3, рис. 8.40),

(3, рис. 8.40),

Так как  , то m=20.

Так как  , то m=20.

Таким образом, допускаемые контактные напряжения для шестерни и колеса:

;

.

Расчетные допускаемые контактное напряжение:

.

3.1.4 Определение допускаемых изгибных напряжений

,

где - предел изгибной выносливости (3, табл. 8.9):

;

.

S_F=1,75 – коэффициент безопасности (3, табл. 8.9).

Y_a – коэффициент, учитывающий реверсивность нагрузки (для нереверсивной передачи Y_a=1).

Коэффициент долговечности:

,

q_F=6 – показатель степени при твердости шестерни и колеса меньше 350НВ

 – базовое число циклов для всех сталей:

Таким образом, допускаемые изгибные напряжения для шестерни и колеса:

;

.

3.1.5 Расчет геометрических параметров передачи

Ориентировочное значение делительного диаметра шестерни:

,

где для косозубых передач.

- коэффициент ширины шестерни  относительно её диаметра,

- коэффициент, учитывающий неравномерность  распределения нагрузки по ширине  венца. Определяется по рис.4.2.2 [5, стр.50].

.

- коэффициент внешней динамической  нагрузки. Определяется по 

табл. 4.2.9 [5, стр.51]:

- передаточное отношение,  .

- крутящий момент на шестерне, .

Тогда:

  .

Ширина  зубчатого венца:

.

Принимаем .

Углы  делительных конусов

Рисунок 3.1 – Геометрические параметры конической передачи 

Внешнее конусное расстояние

Внешний делительный  диаметр 

По рекомендациям  [5, с.51] принимаем

Модуль зацепления:

.

По ГОСТ 9563-60 принимаем  .

Число зубьев шестерни

Принимаем .

Число зубьев колеса

.

Внешний делительный диаметр:

;

,

, 

Внешние диаметры вершин зубьев

;

,

. 

Диаметры  впадин зубьев

;

Действительное  внешнее конусное расстояние

Средний модуль зацепления

Средние делительные диаметры

3.1.6 Силы в зацеплении

Рисунок 3.2 – Силы в зацеплении конической передачи 

Силы в зацеплении для шестерни:

Окружная сила

Радиальная сила

Осевая сила

Силы в зацеплении для колеса

Окружная сила

Радиальная сила

Осевая сила

.

3.1.7 Проверочный расчет на выносливость по контактным напряжениям

Проверка  контактных напряжений для косозубых конических колес производится по формуле:

,

- коэффициент, учитывающий механические свойства материала  для стальных колес.

Коэффициент, учитывающих форму сопрягаемых  поверхностей:

.

Коэффициент, учитывающий суммарную длину  контактных линий:

,

где - коэффициент торцевого перекрытия зубьев,

Окружная  сила в зацеплении

Окружная  скорость

Из табл. 4.2.8 [5, стр.50] в зависимости от окружной скорости выбираем степень точности колес 8.

Удельная  окружная динамическая сила

где - коэффициент, учитывающий влияние вида зубчатой передачи и модификации профиля на динамическую нагрузку. Выбирается в зависимости от твердости и угла наклона зубьев по таблице 4.2.10 [5, стр.51]:

,

- коэффициент, учитывающий влияние  разности шагов зацепления зубьев шестерни и колеса. Выбирается по таблице 4.2.12 [5, стр.51] в зависимости от модуля

,

- условное межосевое расстояние.

.

Удельная  расчетная окружная сила в зоне ее наибольшей концентрации

где - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузке по ширине зуба,

- ширина зуба.

.

Коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку в зацеплении

Удельная  расчетная окружная сила

Тогда расчетные контактные напряжения:

.

Проверочный расчет выполняется, т.к. .

Недогрузка  составляет

.

3.1.8 Проверочный расчет на выносливость по напряжениям изгиба

Проверка изгибной прочности для косозубых конических колес производится по формуле:

,

Определяем менее прочное зубчатое колесо. 
 

Число зубьев биэквивалентного колеса:

;

,

Тогда коэффициент, учитывающих форму  зубьев [3, рис. 8.20]:

;

.

Находим отношения:

,

Так как  , то расчет ведем по шестерне ( , .

- коэффициент, учитывающий суммарную  длину контактных линий.

- коэффициент, учитывающий наклон  зубьев.

Удельная  расчетная окружная сила:

.

Коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями:

.

- коэффициент, учитывающий распределение нагрузки по ширине венца, определяется по рис. 4.2.2в [5, стр. 50].

Коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку, возникающую в зацеплении:

.

Удельная  окружная динамическая сила:

;

 - коэффициент, учитывающий влияние вида зубчатой передачи, определяется по табл. 4.2.11 [5, стр.51],

.

;

Удельная  расчетная окружная сила в зоне ее наибольшей концентрации:

.

Тогда .

Таким образом, удельная расчетная окружная сила:

. 

Тогда расчетные контактные напряжения:

.

Проверочный расчет выполняется, т.к. .

4 Предварительный расчет валов и их конструирование

     При проектном расчете определяется диаметр выходного конца вала или диаметр под шестерней  для промежуточных валов. Расчет ведется на чистое кручение по пониженным допускаемым напряжениям:

     где Т – крутящий момент на валу, Н∙мм;

      - допускаемое напряжение на  кручение.

     Для определения диаметра выходных концов валов принимаем .

     Диаметр выходного конца быстроходного  вала:

     Принимаем для согласования с диаметром вала электродвигателя.

     Диаметр выходного конца тихоходного  вала:

     Принимаем .

     Диаметры  валов в местах установки подшипников

Список  использованных источников

1. Курсовое  проектирование деталей машин, часть 1; А.В.Кузьмин, Н.Н.Макейчик, В.Ф. Калачёв  и др. – Мн.: Высшая школа, 1982г.
2. Курсовое проектирование деталей машин, часть 2; А.В.Кузьмин, Н.Н.Макейчик, В.Ф. Калачёв и др. – Мн.: Высшая школа, 1982г.
3. Детали машин; М.Н.Иванов – 5-е изд., - М.: Высшая школа., 1991г.
4. Расчёты Деталей Машин; А.В.Кузьмин, И.М.Чернин, Б.С.Козинцов.-Мн.:Вышая.школа.,1986г.
5. Детали машин, проектирование; Л.В.Курмаз, А.Т.Скойбеда. – Мн.: УП «Технопринт», 2001г.
6. Детали машин. Курсовое проектирование: Учеб. пособие для машиностроит. спец. техникумов; Дунаев П.Ф. Леликов О.П. – М.:  Высшая школа, 1984г.
7. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3-х т.; Анурьев В.И. – 8-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 2001г.
8. Детали машин и основы конструирования ; А.Т. Скойбеда, А.В. Кузьмин. – Мн.: Вышэйшая школа, 2000г.
9. Дунаев П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин. – М.: Высшая школа, 1978г.

10.  Курсовое проектирование деталей машин; С.А.Чернавский, К.Н.Боков, И.М.Чернин и др. – 2-е изд., – М.: Машиностроение, 1988г.