Курсовая

Расчет редуктора

Введение

1.3 Кинематический расчет редуктора

2. Расчет закрытой червячной передачи

2.1 Выбор материалов

2.2 Определение допускаемых напряжений

3. Расчет цепной передачи

3.1. Выбор цепи

3.2. Проверка цепи.

3.3. Число звеньев цепи

3.5. Диаметры делительных окружностей звездочек

3.6. Диаметры наружных окружностей звездочек

3.7. Определение сил, действующих на цепь

4. Нагрузки валов редуктора

5.1 Выбор материала валов

6. Проверочный расчет валов

6.1 Расчет червячного вала

9. Смазка редуктора

10. Выбор и расчет муфты

Исходные данные:

Потребляемая мощность привода -

Частота вращения выходного вала -

Ресурс работы -

Коэффициент годового использования - .

Коэффициент суточного использования - .

Кинематическая схема привода

Введение

Привод механизма служит для передачи вращения от вала электродвигателя на исполнительный механизм.

1. Определение исходных данных к расчету редуктора

1.1 Выбор и проверка электродвигателя

Предварительно определим КПД привода.

В общем виде к.п.д. передачи определяется по формуле:

где - к.п.д. отдельных элементов привода.

Для привода данной конструкции к.п.д. определяется по формуле:

где - к.п.д. подшипников качения; ;

К.п.д. червячной передачи; ;

К.п.д. цепной передачи; ;

К.п.д. муфты; .

Рассчитаем требуемую мощность двигателя:

Выбираем двигатель серии АИР с номинальной мощностью Р ном = 5,5 кВт, применив для расчета четыре варианта типа двигателя (см. таблицу 1.1)

Таблица 1.1

Вариант	Тип двигателя	Номинальная мощность Р ном , кВт	Частота вращения, об/мин
Вариант	Тип двигателя	Номинальная мощность Р ном , кВт			синхронная	при номинальном режиме n ном
	АИР100 L 2У3	5 ,5	3000	2 850
	АИР 112M4 У3	5 ,5	1500	14 32
	АИР 132S 6У3	5 ,5	1000	9 60
	АИР 132M8 У3	5 ,5

1.2 Определение передаточного числа привода и его ступеней

Находим общее передаточное число для каждого из вариантов:

u = n ном /n вых = n ном /70.

Производим разбивку общего передаточного числа, принимая для всех вариантов передаточное число редуктора u чп = 20:

U рп = u/u зп = u/20.

Данные расчета сводим в таблицу 1.2

Таблица 1.2

Передаточное число	Варианты
Передаточное число
Общее для привода	40 , 7	20 , 5	13,7	10 ,2
Плоскоременной передачи	2 , 04	1 , 02	0 , 685	0 , 501
Зубчатого редуктора

Из рассмотренных четырех вариантов выбираем первый (u=2,04; n ном = 3000 об/мин).

1. 3 Кинематический расчет редуктора

Согласно заданию общее передаточное число привода равно:

Частота вращения вала электродвигателя и входного вала редуктора.

Частота вращения выходного вала редуктора

Частота вращения вала транспортера

Процент фактического передаточного числа относительно номинального:

Так как при выполняется условие, то делаем вывод, что кинематический расчет выполнен удовлетворительно.

Мощности, передаваемые отдельными частями привода:

Угловые скорости зубчатых колес:

Вращающие моменты:

Результаты расчетов сведем в таблицу 1.3.

Таблица 1.3

Результаты кинематического расчета.

Параметры	Вал №1	Вал №2	Вал № 3
	2850	142,5
	4,92	4,091	3, 8
	16,5	274,3	519,8
		2,04
ω , рад/с	298,3	14,915	7,31

Определим время работы привода:

Часов.

2 . Расчет закрытой червячной передачи

2.1 Выбор материалов

Принимаем для червяка сталь 40Х с закалкой до твёрдости Н RC 45 и последующим шлифованием.

Примем предварительно скорость скольжения в зацеплении

М/с.

Для венца червячного колеса принимаем бронзу Бр010Ф1Н1 (отливка центробежная) .

Таблица 2.1

Материалы зубчатых колес

	Твердость и термическая обработка	Предел прочности	Предел текучести
Червяк	Н RC 45-закалка	900 МПа	750 МПа
Колесо	Бр010Ф1Н1 отливка центробежная	285МПа	1 65 МПа

2.2 Определение допускаемых напряжений

Для колес, изготовленных из материалов группы I /1, c . 31/:

где, 0,9 для червяков с твердостью на поверхности витков >45H RC

МПа

МПа.

Допускаемое напряжение на изгиб

где T и ВР пределы текучести и прочности бронзы при растяжении; N FE эквивалентное число циклов нагружения зубьев по изгибной выносливости.

Эквивалентное число циклов нагружения:

Расчет допускаемого напряжения на изгиб:

2.3 Определение геометрических параметров передачи

Межосевое расстояние

Принимаем а w = 160 мм .

Для передаточного числа U =20 принимаем Z 1 =2.

Откуда число зубьев червячного колеса Z 2 = U · Z 1 =20·2=40.

Определим модуль зацепления .

Принимаем m =6,3 мм.

Коэффициент диаметра червяка q =(0,212…0,25) · Z 2 =8,48…10 .

Принимаем q =10.

Межосевое расстояние при стандартных значениях и:

Основные размеры червяка:

делительный диаметр червяка

диаметр вершин витков червяка

диаметр впадин витков червяка

длина нарезанной части шлифованного червяка

принимаем

делительный угол подъёма витка

Основные размеры венца червячного колеса:

делительный диаметр червячного колеса

диаметр вершин зубьев червячного колеса

диаметр впадин зубьев червячного колеса

наибольший диаметр червячного колеса

ширина венца червячного колеса

2.4 Проверочные расчеты передачи по напряжениям

Окружная скорость червяка

Проверка контактного напряжения.

Уточняем КПД червячной передачи:

Коэффициент трения, угол трения при данной скорости скольжения.

По ГОСТ 3675-81 назначаем 8 степень точности передачи.

Коэффициент динамичности

Коэффициент распределения нагрузки: , где коэффициент деформации червяка, вспомогательный коэффициент.

Отсюда:

Коэффициент нагрузки

Проверяем контактное напряжение

Проверка прочности зубьев червячного колеса на изгиб:

Эквивалентное число зубьев

Коэффициент формы зуба

Напряжение изгиба, что ниже вычисленного ранее.

Результаты расчета заносим в табл. 2.2.

Таблица 2.2

Параметр	Значение	Параметр	Значение
Межосевое расстояние, мм		КПД	0,845
Модуль, мм		ширина венца червячного колеса, мм
Коэффициент диаметра червяка q		длина нарезанной части шлифованного червяка, мм
Делительный угол подъема витков червяка		Диаметры червяка, мм:	75,6 47,88
		Диаметры червяка, мм:	264,6 236,88

3. Расчет цепной передачи.

Таблица 3.1.

Передача
Передаточное отношение	2,04
Крутящий момент на ведущей звездочке Т 23 , Нм	2743 00
Крутящий момент на ведомой звездочке Т 4 , Нм	5198 00
Угловая скорость ведущей звездочки, рад/с	14,91 5
Частота вращения ведомой звездочки, рад/с	7,31

3.1. Выбор цепи.

Выбираем цепь приводную роликовую (по ГОСТ 1356875) и определяем ее шаг по формуле:

Предварительно вычисляем величины, входящие в эту формулу:

Вращающий момент на валу ведущей звездочки

Коэффициент K э= k д k а k н k р k см k п ;

из источника /2/ принимаем: k д =1,25(передача характеризуется умеренными ударами);

k а =1[так как следует принять а=(30-50) t ];

k н =1(при любом наклоне цепи);

k р =1(регулирование натяжения цепи автоматическое);

k см =1,5(смазывание цепи периодическое);

k п =1(работа в одну смену).

Следовательно, Кэ=1,25  1,5=1,875;

Числа зубьев звездочек:

ведущей z 2 =1-2  u =31-2  2,04=27

ведомой z 3 =1  u =27  2,04=54;

Среднее значение [ p ] принимаем ориентировочно по таблице /2/: [ p ]=36МПа; число рядов цепи m =2;

Находим шаг цепи

22,24 мм.

По таблице /2/ принимаем ближайшее большее значение t =25,4 мм; проекция опорной поверхности шарнира А оп =359 мм Q =113,4 кН; q =5,0 кг/м.

3.2. Проверка цепи.

Проверяем цепь по двум показателям:

По частоте вращения допускаемая для цепи с шагом t =25,4 мм частота вращения [ n 1 ]=800 об/мин, условие n 1 [ n 1 ] выполнено;

По давлению в шарнирах для данной цепи значение [ p ]=29 МПа, а с учетом примечания уменьшаем на 15% [ p ]=24,7; расчетное давление:

где

Условие p [ p ] выполнено.

3.3. Число звеньев цепи.

Определяем число звеньев цепи.

Округляем до четного числа L t =121.

3.4. Уточнение межосевого расстояния

Для свободного провисания цепи предусматриваем возможность уменьшения межосевого расстояния на 0.4%, 1016  0,004=4,064 мм.

3.5. Диаметры делительных окружностей звездочек.

3.6. Диаметры наружных окружностей звездочек.

здесь d 1 диаметр ролика цепи: по таблице /2/ d 1 =15,88 мм.

3.7. Определение сил, действующих на цепь.

окружная F t = 2512 Н;

центробежная F v = qv 2 = 5  1,629 2 =13,27 Н;

от провисания цепи F f =9,81 k f qa =9,81  1,5  5  1,016=74,75 H ;

3.8. Проверка коэффициента запаса прочности

По таблице /2/ [ s ]=7,6

Условие s [ s ] выполнено.

Таблица 3.2. Результаты расчета

Рассчитываемый параметр	Обозначение	Размерность	Численное значение
1. Межосевое расстояние	А 23	мм	1 016
2. Число зубьев ведущей звездочки
3. Число зубьев ведомой звездочки
6. Диаметр делительный окружности ведущей звездочки	d д2	мм	218, 7 9
7. Диаметр делительной окружности ведомой звездочки	d д3	мм	43 6 ,84
9. Диаметр наружной окружности ведущей звездочки	D e 2	мм	230,17
10. Диаметр наружной окружности ведомой звездочки	D e 3	мм	448,96
16. Окружная сила			2512
17. Центробежная сила			13,27
18. Сила от провисания цепи			74 , 75
F п		2661, 5

4. Нагрузки валов редуктора

Определение сил в зацеплении закрытой передачи

а) Окружные силы

б) Радиальные силы

в) Осевые силы

Определение консольных сил

Определим силы, действующие со стороны открытой передачи:

Со стороны муфты

F м = 75  =75  = 1242 Н.

Силовая схема нагружения валов редуктора представлена на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1. Схема нагружения валов червячного редуктора.

5. Проектный расчет. Эскизная компоновка редуктора

5.1 Выбор материала валов

5.2 Выбор допускаемых напряжений на кручение

Проектный расчет выполняем по напряжениям кручения, при этом принимаем [ к ]= 15…25Н/мм 2 .

5.3 Определение геометрических параметров ступеней валов

Схема к расчету представлена на Рисунке 5.1

Рисунок 5.1 Червяк.

Диаметр выходного конца ведущего вала находим по формуле

мм,

где [τ К ] - допускаемое напряжение на кручение; [τ К ] = 15 МПа.

Согласовав с диаметром выходного участка электродвигателя (d эд = 28 мм) подустановку стандартной муфты, принимаем d в1 = 30 мм.

где t высота буртика

t (h t 1 )+0.5,

h высота шпонки, h =8 мм

t 1 глубина паза ступицы, t 1 =5 мм, значит t (85)+0.5, t 3,5, принимаем t =4.

принимаем

мм, принимаем 45 мм .

где r радиус скругления внутреннего кольца подшипника, r =1.5

принимаем.

Червяк конструируем заодно с валом вал-червяк.

Вал колеса редуктора рассчитываем аналогично.

Схема к расчету вала колеса представлена на рисунке 5.2

Рисунок 5.2 Вал колеса

Диаметр выходного конца вала

Принимаем

ориентировочное значение диаметра буртика вала:

Высота шпонки h =10 мм, глубина шпоночного паза t 1 =6 мм,

значит t (106)+0.5, t 4,5, принимаем t =5.

принимаем

диаметр вала под подшипники:

мм, принимаем 70 мм .

ориентировочное значение диаметра буртика для упора подшипников:

где r = 2 .5

принимаем

Червячное колесо исполняется сборным центр из серого чугуна СЧ-21-40, а зубчатый венец с бронзы Бр010Ф1Н1. Зубчатый венец соединен с центром колеса посадкой с натягом и винтовым креплением.

Определим конструктивные элементы центра колеса.

Толщина обода центра колеса.

мм.

Принимаем мм.

Толщина диска центра колеса.

Мм.

Принимаем мм.

Диаметр центрального отверстия центра колеса

Мм.

Наружный диаметр ступицы колеса

Мм.

Принимаем мм.

Длина ступицы

мм.

Принимаем мм.

Рисунок 5.3 Конструкция червячного колеса

Определим толщину обода для червячного колеса в самом тонком месте.

Мм.

Принимаем мм.

Диаметр соединения зубчатого венца с центром колеса

Принимаем мм.

5.4 Предварительный выбор подшипников качения

Предварительно намечаем радиальные шарикоподшипники средней серии по ГОСТ 4338-75; габариты подшипников выбираем по диаметру вала в месте посадки подшипников d п1 = 45 мм и d п2 = 70 мм.

По каталогу подшипников выбираем подшипники .

Таблица 5.1 Характеристики выбранных подшипников

Условное обозначение подшипника	Размеры, мм		Грузоподъемность, кН
				Со
7309А
7214А		26,25
			52,7

5.5 Эскизная компоновка редуктора

Определяем размеры для построения эскизной компоновки.

а) зазор между внутренней стенкой корпуса и вращающимся колесом:

х=8…10 мм, принимаем х=10 мм.

б) расстояние между дном корпуса и червячным колесом:

у=30 мм

6. Проверочный расчет валов

6.1 Расчет червячного вала

6.1.1 Схема нагружения червяка

Рисунок 6.1 Схема нагружения ведущего вала

в плоскости xy

в плоскости yz

Суммарные изгибающие моменты

6.1.2 Уточненный расчет вала

Проверим правильность определения диаметра вала в сечении под червяком

Для вала принимаем сталь 45 ГОСТ 1050-88. Термообработка улучшение НВ 240…255

Пределы выносливости

d =45мм

Момент сопротивления сечения

6.1.3 Расчет вала на усталость

Среднее напряжение изгиба

где, - масштабные факторы,

где согласно табл.

При проточке.

Тогда

Окончательно получим

6.1.4 Расчет подшипников

где: V V =1 при вращении внутреннего кольца.- коэффициент безопасности для редукторов всех конструкций. - температурный коэффициент, при t≤100°С

Для опоры В как наиболее нагруженной

Тогда

так как то X=1, Y=0.

6.2. Расчет тихоходного вала.

6.2.1 Схема нагружения тихоходного вала

Рисунок 6.2 Схема нагружения тихоходного вала.

в плоскости x у.

в плоскости yz

Суммарные изгибающие моменты

6.2.2 Уточненный расчет вала

Проверим правильность определения диаметра вала в сечении под червячным колесом

Эквивалентный изгибающий момент в сечении

Для вала принимаем сталь 45 ГОСТ 1050-88. Термообработка улучшение НВ 240…255,

Пределы выносливости

Допускаемое напряжение изгиба

где: - масштабный фактор. При d =70мм

Коэффициент запаса прочности. Принимаем

Коэффициент концентрации напряжения, для шпоночного соединения

Момент сопротивления сечения

Напряжение в сечении меньше допускаемого, поэтому окончательно принимаем диаметр вала в месте установки подшипника.

6.2.3 Расчет вала на усталость

Принимаем, что нормальные напряжения от изгиба изменяются по симметричному циклу, а касательные от кручения по пульсирующему.

Наиболее опасным является сечение в месте расположения червяка.

Моменты сопротивления сечения

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений

Амплитуда нормальных напряжений изгиба

Среднее напряжение изгиба

Коэффициенты запаса усталостной прочности по нормальным и касательным напряжениям

где, - масштабные факторы,

Коэффициенты концентрации напряжений с учетом влияний шероховатости поверхности.

где согласно табл.

Коэффициенты влияния шероховатости поверхности

При проточке.

Тогда

При отсутствии упрочнения вала.

Коэффициенты чувствительности материала к асимметрии цикла напряжений.

Окончательно получим

Так как, то вал достаточно прочен.

6.2.4 Расчет подшипников

Эквивалентную динамическую нагрузку подшипника определим по формуле:

где: V коэффициент вращения кольца. V =1 при вращении внутреннего кольца.

- коэффициент безопасности. для редукторов всех конструкций.

- температурный коэффициент, при t≤100°С.

Для опоры D как наиболее нагруженной

тогда

Так как то X=1, Y=0.

Расчетная долговечность подшипника

Так как срок службы редуктора, то подшипник подобран правильно.

7. Конструктивная компоновка привода

Толщина стенки корпуса и крышки

принимаем

Толщина нижнего пояса (фланца)

Толщина верхнего пояса (фланца)

Толщина нижнего пояса корпуса

Толщина рёбер основания корпуса

Толщина рёбер крышки

Диаметр фундаментных болтов

принимаем

Ширина лапы при установке винта с шестигранной головкой

Расстояние от оси винта до края лапы

принимаем

Толщина лапы корпуса

принимаем

Остальные размеры принимаем конструктивно при построении чертежа.

8. Проверка шпоночных соединений

Размеры шпонок выбираем, в зависимости от диаметра вала

Принимаем шпонки призматические по ГОСТ 23360-78. Материал шпонок сталь 45 нормализованная. Допускаемое напряжение смятия боковой поверхности, длину шпонки принимаем на 5…10мм меньше длины ступицы.

Условие прочности

Соединение вала с зубчатым колесом 2, диаметр соединения 45мм.

Сечение шпонки, длина шпонки 40 мм.

Расчет остальных шпонок в редукторе представим в виде таблицы

Таблица 8.1 Расчет шпоночных соединений.

№ вала	, Нм	d в,мм			L, мм
I	16,5	30	10х8	5	40	12,2
II	274,3	50	16х10	6	80	42,6
II	274,3	80	22х14	9	70	28,6

Таким образом, все шпоночные соединения обеспечивают заданную прочность и передают вращающий момент.

9. Смазка редуктора

Смазка зубчатого зацепления производится окунанием зубчатого колеса в масло, заливаемое внутрь корпуса до уровня, обеспечивающего погружение колес примерно на 15…20мм.

Объем масляной ванны V, м 3 , определяем из расчета масла на 1 кВт передаваемой мощности.

При внутренних размерах корпуса редуктора: В=415 мм L=145 мм, определим необходимую высоту масла в корпусе редуктора

Принимаем масло индустриальное Н100А ГОСТ 20799-75.

При окружной скорости колес более 1м/с брызгами масла покрываются все детали передач и внутренних поверхностей стенок, стекающие с этих элементов капли масла попадают в подшипники.

10. Выбор и расчет муфты

Исходя из условий работы данного привода выбираем муфту упругую втулочно - пальцевую, со следующими параметрами Т = 125Нм, d = 30мм, D = 120мм, L = 165 мм, l = 82 мм.

Рис 10.1.Эскиз муфты

Предельные смещения валов:

-радиальные;

-угловые;

-осевые.

10.1. Проверяем на смятие упругие элементы, в предположении равномерного распределения нагрузки между пальцами:

где - вращающий момент, Нм,

- диаметр пальца,

- длина упругого элемента,

- число пальцев, = 6, потому что < 125 Нм

10.2 Рассчитываем на изгиб пальцы (Сталь 45).

с зазор между полумуфтами, с = 3…5 мм.

Выбранная муфта пригодна для использования в данном приводе.

Заключение

Электродвигатель превращает электрическую энергию в механическую, вал двигателя совершает вращательное движение, но число оборотов вала двигателя очень велико для скорости движения рабочего органа. Для снижения числа оборотов и увеличения момента вращения и служит данный редуктор.

В данном курсовом проекте разработан одноступенчатый червячный редуктор. Цель работы выучить основы конструирования и получить навыки инженера-конструктора.

К важным требованиям проектирования относится экономичность в изготовлении и эксплуатации, удобство в обслуживании и ремонте, надежность и долговечность редуктора.

В пояснительной записке выполнен расчет необходимый для конструирования привода механизма.

Список использованных источников

1. Дунаев П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин- М.: Высшая школа, 2008, - 447 с.

2. Киркач Н.Ф., Баласанян Р.А. Расчет и проектирование деталей м а шин.- Х.: Основа, 2010, - 276 с.

3. Чернавский С.А. Курсовое проектирование деталей машин.- М.: Машиностроение, 2008, - 416 с.

4. Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин: Учеб пособие для техникумов. М.: Высш. шк., 2010. 432с.

Описание программы

Программа написана в Exsel, очень проста в пользовании и в освоении. Расчет производится по методике Чернаского .
1. Исходные данные:
1.1. Допускаемое контактное напряжение, Мпа ;
1.2. Принятое передаточное отношение, U ;
1.3. Вращающий момент на валу шестерни t1, кН*мм ;
1.4. Вращающий момент на валу колеса t2, кН*мм ;
1.5. Коэффициент;
1.6. Коэффициент ширины венца по межосевому расстоянию.

2. Стандартный окружной модуль, мм :
2.1. допустимое мин;
2.2. Допустимое макс;
2.3 Принимаемое по ГОСТ.

3. Расчет количество зубьев :
3.1. Принятое передаточное отношение, u;
3.2. Принятое межосевое расстояние, мм;
3.3. Принятый модуль зацепления;
3.4. Количество зубьев шестерни (принятое);
3.5. Количество зубьев колеса (принятое).

4. Расчет диаметров колес ;
4.1. Расчет делительных диаметров шестерни и колеса, мм;
4.2. Расчет диаметров вершин зубьев, мм.

5. Расчет прочих параметров:
5.1. Расчет ширины шестерни и колеса, мм;
5.2. Окружная скорость шестерни.

6. Проверка контактных напряжений ;
6.1. Расчет контактных напряжений, Мпа;
6.2. Сравнение с допустимым контактным напряжением.

7. Силы в зацеплении;
7.1. Расчет окружной силы, Н;
7.2. Расчет радиальной силы, Н;
7.3. Эквивалентное число зубьев;

8. Допустимое напряжение изгиба :
8.1. Выбор материала шестерни и колеса;
8.2. Расчет допустимого напряжения

9. Проверка по напряжениям изгиба;
9.1. Расчет напряжения изгиба шестерни и колеса;
9.2. Выполнения условий.

Краткая характеристика прямозубой цилиндрической передачи

Прямозубая цилиндрическая передача является самой распространенной механической передачей с непосредственным контактом. Прямозубая передача менее вынослива, чем другие подобные и менее долговечна. В такой передаче при работе нагружается только один зуб, а также создается вибрация при работе механизма. За счет этого использовать такую передачу при больших скоростях невозможно и нецелесообразно. Срок службы прямозубой цилиндрической передачи гораздо ниже, чем других зубчатых передач (косозубых, шевронные, криволинейные и т.д.). Основными преимуществами такой передачи являются легкость изготовления и отсутствие осевой силы в опорах, что снижает сложность опор редуктора, а соответственно, снижает стоимость самого редуктора.

Введение

Редуктором называют механизм, выполненный в виде отдельного агрегата и служащий для понижения частоты вращения и повышения крутящего момента на выходе.

Редуктор состоит из корпуса (литого чугунного или сварного стального), в котором помещают элементы передачи - зубчатые колёса, валы,

Лист

подшипники и т.д. В отдельных случаях в корпусе редуктора размещают также устройства для смазывания подшипников и зацеплений (например, внутри корпуса редуктора может быть помещён шестеренный масляный насос или устройства для охлаждения (например, змеевик с охлаждающей водой в корпусе червячного редуктора).

Работа выполнена в рамках дисциплины «Теория механизмов и машин и детали машин» на основании задания кафедры механики. Согласно заданию, необходимо сконструировать соосный двухступенчатый цилиндрический редуктор с раздвоением мощности для привода

к исполнительному механизму с мощностью на выходе 3.6 кВт и частотой вращения 40 об/мин.

Редуктор выполняется в закрытом варианте, срок службы неограничен. Разработанный редуктор должен быть удобным в эксплуатации, должны максимально использоваться стандартизированные элементы, а также редуктор должен иметь как можно меньшие габариты и вес.

1. Подбор электродвигателя и энерго-кинематический расчёт редуктора.

Привод исполнительного механизма может быть представлен следующей схемой (Рис.1.1.).

Рис. 1.1 - Схема передачи

Рис.1.2. - Кинематическая схема редуктора.

Заданная передача представляет собой двухступенчатый редуктор. Соответственно, рассматриваем 3 вала: первый – входной с угловой скоростью , моментом, мощностью, частотой вращения; второй – промежуточный с,,
,, и третий – выходной,,,

1 Энерго-кинематический расчет редуктора.

Согласно исходным данных,
об/мин,
КВт,

Крутящий момент на третьем валу:

Коэффициент полезного действия редуктора:

КПД пары цилиндрических зубчатых колес

- КПД подшипников качения (см. таблица 1.1) ,

Требуемая мощность электродвигателя:

Зная общее КПД и мощность N 3 на выходом валу, находим требуемую мощность двигателя, который сидит на первом валу:

Находим частоту вращения двигателя:

n дв =n 3 *u max: .

Принимаем по ГОСТу 19523-81 электродвигатель:

Тип 112МВ6, с параметрами:

;
;
%. (смотри табл. П.1- 1),

где s,% - скольжение.

Частота вращения ведущего вала редуктора:

Теперь можем заполнить первую строку таблицы: n 1 =n дв,
, величину мощности оставляем равной требуемой, момент определяем по формуле:

Взяв его частоту вращения за n 1 , находим общее передаточное отношение.

Передаточное отношение редуктора:

Передаточное отношение ступеней редуктора:

Первая ступень

Частота вращения промежуточного вала:

;

Угловые скорости валов:

входящего:

;

промежуточного:

Определение вращающих моментов валов редуктора:

входящего:

промежуточного:

Проверка:

;

Результаты вычислений приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.3. Значение параметров нагрузки валов редуктора

	,	,

2. Расчёт зубчатых колес редуктора

Для редуктора РЦД расчет зубчатых передач необходимо начинать с более нагруженой - второй ступени.

II ступень:

Выбор материала

Т.к. в задании нет особых требований в отношении габаритов передачи, выбираем материалы со средними механическими характеристиками (см. гл. III, табл.3.3 ): для шестерни: сталь 30ХГС до 150 мм, термическая обработка – улучшение, твёрдость по Бринелю НВ 260.

Для колеса: сталь 40Х свыше 180 мм, термическая обработка – улучшение, твердость по Бринелю НВ 230.

Допускаемое контактное напряжение для зубчатых колёс [формула(3.9) - 1]:

где
- предел контактной выносливости при базовом числе циклов, К Н L - коэффициент долговечности (при длительной эксплуатации K HL =1 )

1,1 – коэффициент безопасности для улучшенной стали .

Для углеродистых сталей с твердостью поверхностей зубьев менее НВ 350 и термической обработкой (улучшением):

;

Для косозубых колес расчетная допускаемое контактное напряжение определяется

для шестерни ;

для колеса .

Контактное напряжение .

Требуемое условие
выполнено.

Межосевое расстояние определяем по формуле:
.

В соответствии с подберем коэффициенты K Hβ , K a .

Коэффициент K Hβ учитывает неравномерность распределения нагрузки по ширине венца. K Hβ =1.25.

Принимаем для косозубых колес коэффициент ширины венца по межосевому расстоянию:

Межосевое расстояние из условия контактной выносливости активных поверхностей зубьев

. u =4,4 – передаточное число.

Ближайшее значение межосевого расстояния по ГОСТ 2185-66
(см. стр.36 лит. ).

принимаем по ГОСТ 9563-60*
(см.с.36, лит. ).

Примем предварительно угол наклона зубьев
и определим числа зубьев шестерни и колеса :

шестерни
.

Принимаем
, тогда для колеса

Принимаем
.

Уточненное значение угла наклона зубьев

диаметры делительные:

, где
-- угол наклона зуба по отношению к образующей делительного цилиндра.

;

диаметры вершин зубьев:

;

эта величина укладывается в погрешность ±2%, которую мы получили в результате округления числа зубьев до целой величины;

ширина колеса:

ширина шестерни:

При такой скорости для косозубых колес следует принять 8-ю степень точности по ГОСТ 1643-81(см. с. 32 – лит).

Коэффициент нагрузки:

где
- коэффициент ширины венца,
- коэффициент типа зубьев,
-

коэффициент зависимости от окружной скорости колес и степени точности их изготовления.(см. стр. 39 – 40 лит.)

По таблице 3.5
.

По таблице 3.4
.

По таблице 3.6
.

Таким образом,

Проверка контактных напряжений по формуле 3.6 лит.:

т.к.
<
- условие выполнено.

Силы, действующие в зацеплении [формулы (8.3) и (8.4) лит.1]:

окружная:

;

радиальная:

;

Проверяем зубья на выносливость по напряжениям изгиба:

(формула (3.25) лит.1),

где ,
- коэффициент нагрузки(см. стр.43 лит1),
-- учитывает неравномерность распределения нагрузки по длине зуба,
-- коэффициент динамичности,

=0,92.

По таблице 3.7,
.

По таблице 3.8,
,

- учитывает форму зуба и зависит от эквивалентного числа зубьев [формула (3.25 лит.1)]:

у шестерни
;

у колеса
.

Для колеса принимаем
=4.05, для шестерни
=3.60 [см. стр.42 лит. 1].

Допускаемое напряжение по формуле (3.24 лит. 1):

По табл. 3.9 лит. 1 для сатали 45 улучшеной при твердости НВ ≤ 350

σ 0 F lim b =1.8HB.

Для шестерни σ 0 F lim b =1.8·260=486 МПа;

для колеса σ 0 F lim b =1.8·230=468 МПа.

= " "" – коэффициент безопасности [см.пояснения к формуле(3.24)лит. 1], где " =1.75 (по табл.3.9 лит. 1), "" =1 (для поковок и штамповок). Следовательно = 1.75.

Допускаемые напряжения:

для шестерни [σ F1 ]=
;

для колеса [σ F2 ]=
.

Дальнейший расчет ведем для зубьев колеса, т.к. для них данное отношение меньше.

Определяем коэффициенты
и[см.гл III, лит. 1].

;

(для 8-ой степени точности).

Проверяем прочность зуба колеса [формула (3.25), лит 1]

;

Условие прочности выполнено.

I ступень:

Выбор материала

Т.к. в задании нет особых требований в отношении габаритов передачи, выбираем материалы со средними механическими характеристиками.

Для шестерни: сталь 30ХГС до 150 мм, термическая обработка - улучшение, твёрдость НВ 260.

Для колеса: сталь 30ХГС свыше 180 мм, термическая обработка – улучшение, твёрдость НВ 230.

Нахождение межосевого расстояния:

Т.к. рассчитывается двухступенчатый соосный цилиндрический редуктор с раздвоением мощности, то принимаем:
.

Нормальный модуль зацепления принимают по следующим рекомендациям:

принимаем по ГОСТ 9563-60* =3мм.

Примем предварительно угол наклона зубьев β=10 о

Определим число зубьев шестерни и колеса:

Уточним угол наклона зубьев:

, тогда β=17.

Основные размеры шестерни и колеса:

диаметры делительные находим по формуле:

;

диаметры вершин зубьев:

Проверка межосевого расстояния: a w =
, эта величина укладывается в погрешность ±2%, которую мы получили в результате округления числа зубьев до целой величины, а так же округления значения тригонометрической функции.

Ширина колеса:

ширина шестерни:

Определим коэффициент ширины шестерни по диаметру:

Окружная скорость колёс и степень точности передачи:

При такой скорости для косозубых колес следует принять 8-ю степень точности по ГОСТ 1643-81.

Коэффициент нагрузки:

где
- коэффициент ширины венца,
- коэффициент типа зубьев,
- коэффициент зависимости от окружной скорости колес и степени точности их изготовления.

По таблице 3.5
;

По таблице 3.4
;

По таблице 3.6
.Таким образом,.

Проверка контактных напряжений по формуле:

<
- условие выполнено.

Силы, действующие в зацеплении:[формулы (8.3) и (8.4) лит.1]

окружная:

;

радиальная:

;

Проверяем зубья на выносливость по напряжениям изгиба [формула (3.25) лит.1]:

где
- коэффициент нагрузки(см. стр.43 ),
- учитывает неравномерность распределения нагрузки по длине зуба,
- коэффициент динамичности,
- учитывает неравномерность распределения нагрузки между зубьями. В учебном расчете принимаем величину
=0,92.

По таблице 3.7
;

По таблице 3.8
;

Коэффициент следует выбирать по эквивалентному числу зубьев (см. с.46 ):

у колеса
;

у шестерни
.

- коэффициент учитывающий форму зуба. Для колеса принимаем
=4,25 для шестерни
=3.6 (см. с.42 лит.1);

Допускаемые напряжения:

[ F ]= (формула (3.24), 1).

По табл. (3.9), лит 1 для стали 30ХГС улучшенной при твердости НВ ≤ 350

σ 0 F lim b =1.8HB.

Для шестерни σ 0 F lim b =1.8·260=468 МПа; для колеса σ 0 F lim b =1.8·250=450 МПа.

= " "" – коэффициент безопасности [см.пояснения к формуле(3.24),1],где " =1.75 (по табл.3.9 лит. 1), "" =1(для поковок и штамповок). Следовательно= 1.75.

Допускаемые напряжения:

для шестерни [σ F3 ]=
;

для колеса [σ F4 ]=
.

Находим отношения :

для колеса:
;

для шестерни:
.

Дальнейший расчет ведем для зубьев шестерни, т.к. для них данное отношение меньше.

Определяем коэффициенты
и[см.гл III, лит. 1]:

;

(для 8-ой степени точности).

Проверяем прочность зуба шестерни [формула (3.25), лит 1]

;

Условие прочности выполнено.

Расчет мощности и подбор мотор - редуктора

Мощность двигателя для преодоления сопротивлений передвижению определяем по формуле

где: V - скорость передвижения крана, м/с.

з - КПД привода. Ориентировочно - 0,9, /3/;

Так как привод механизма состоит из двух раздельных мотор-редукторов, то мощность каждого определяем по формуле:

Подбор мотор-редуктора производим, также по такой величине, как частота вращения выходного вала, которую определяем через частоту вращения колеса, определяемую по формуле

где - диаметр колеса, м;

V - скорость передвижения крана, м/мин;

Принимаем мотор - редуктор типа МП 3 2 ГОСТ 21356 - 75:

МП 3 2 - 63, /1/, имеющего следующие характеристики:

Номинальная мощность, кВт 5,50

Номинальная частота вращения выходного вала, мин- 1 45

Допустимый вращающий момент на выходном валу, Н*м 1000

Тип электродвигателя 4А112М4Р3

Частота вращения электродвигателя, мин- 1 1450

Диаметр конца выходного вала, мм 55

Масса мотор - редуктор, кг 147

Очевидно, что применение мотор - редуктора вместо обычной схемы позволяет снизить вес привода почти в три раза, и тем самым снизить стоимость реконструкции.

Подбор муфты

Для соединения валов мотор - редуктора и колеса принимаем муфту упругую втулочно-пальцевую МУВП-320. Проверим муфту по крутящему моменту, по формуле:

Где К - коэффициент режима работы, К=2,25, /3/;

Крутящий момент на валу муфты, Н*М;

Максимальный крутящий момент, передаваемый муфтой, Нм 4000

Момент инерции муфты, кг·м 2; 0,514

Масса, кг 13,3

Расчет тормозного момента и выбор тормоза

Тормозной момент, по которому подбирается тормоз механизма передвижения, должен быть таким, чтобы обеспечить остановку крана на определенном тормозном пути.

С другой стороны, он не должен быть слишком большим, иначе в процессе торможения может произойти пробуксовывание колес относительно рельса. Поэтому максимальный тормозной момент определяется из условия достаточного сцепления ходовых колес с рельсом.

Максимально допустимое значение, при котором обеспечивается заданный запас сцепления колес с рельсом, равный 1,2; для механизмов передвижения мостовых кранов /3/, определяем по формуле (10):

Принимаем движение при торможении равнозамедленным, получим минимальное время торможения по формуле (11):

Зная время торможения, определим необходимый тормозной момент по формуле:

Где - общая масса крана, кг;

Диаметр ходового колеса, м;

Частота вращения двигателя, мин- 1 ;

Передаточное число редуктора;

з - КПД привода;

(?J)I - суммарный момент инерции;

Где момент инерции ротора, кг*м 2 ;0,040. /10/;

Момент инерции муфты и тормозного шкива: 0,095 кг*м 2 , /3/;

(?J)I = 0,040+0,095=0,135 ;

Определим диаметр тормозного шкива по формуле (28):

Ширина тормозного шкива, мм 95

Диаметр вала, мм 42

Масса, кг 9,2

По определенному тормозному моменту принимаем тормоз ТКГ - 200, имеющего следующие характеристики /11/:

Номинальный тормозной момент, Н*М 250

Диаметр тормозного шкива, мм 200

Ход толкателя, мм 32

Отход колодки, мм 1,0

Тип толкателя, ТГМ-25

Масса, кг 37,6

Проверка на сцепление ходовых колес с рельсом

Проверку на сцепление ходовых колес с рельсом осуществляем по условию (3.13); ускорение пуска определяем по формуле (3.14); для этого по формуле (3.15) определим время пуска; по формуле (3.16) определим момент сопротивления движению крана без груза:

Определим средний пусковой момент по формуле