Реферат: Расчет дыухступенчатого редуктора
Название: Расчет дыухступенчатого редуктора Раздел: Рефераты по транспорту Тип: реферат | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1. 2. Срок службы привода редуктора. Срок службы (ресурс) Lh , ч, определяем по формуле: Lh =365Lr Kr tc Kc KП Кr =20*12/365=0,657 Kc =6/8=0,75 Lh =365*5*0,657*8*0,75*0,85=6115 г. Lh – срок службы привода, лет; Кr – коэффициент годового использования; tc – продолжительность смены, ч. tc =8ч; Kc – коэффициент сменного использования; KП – коэффициент простоя (15%) – 0,85 2. Выбор двигателя. 2.1. Определение номинальной мощности двигателя . 2.1.1. Определяем требуемую мощность рабочей машины Pрм , кВт : Pрм =Fv Pрм =3,0*0,55=1,65 кВт. F – тяговая сила цепи, кН; v – скорость грузовой цепи, м\с. 2.1.2. Определяем общее КПД привода: h=hзп hоп h3 подш hм где hз.п – КПД закрытой передачи [ 1, табл. 2.2] hоп -КПД открытой передачи [ 1, табл. 2.2] h3 подш - КПД подшипников (качения, скольжения) [ 1, табл. 2.2] hм -КПД муфты [ 1, табл. 2.2] h=0,95*0,92*0,993 *0,98=0,83 2.1.3. Определяем требуемую мощность двигателя Pдв , кВт : Pдв = Pрм /h Pдв =1,65/0,83=1,99 кВт 2.1.4. Определяем номинальную мощность двигателя Pном , кВт: Pном Pдв [ 1, табл. 2.1] 2,2 кВт > 1,99 кВт 2.1.5. Выбор типа двигателя: Выбираем двигатель серии 4А с номинальной мощностью Pnom=4 кВт, применив для расчета четыре варианта типа двигателя: Табл. 2.1.
[ 1, К9] 2.2. Определение передаточных чисел. 2.2.1. Определяем частоту вращения приводного вала рабочей машины nрм , об/мин: Nрм =v60*1000/ZP Nрм =0,55*60*1000\9*100=36,6 об\мин Z – число зубьев звездочки; P – шаг грузовой цепи, мм. 2.2.2. Определяем передаточное число привода для всех приемлемых вариантов типа двигателя при заданной номинальной мощности Pnom : U1 =nном1 \nрм ; U1 =700/36,6=19,13 U2 =nном2 \nрм ;U2 =950/36,6=25,96 U3 =nном3 \nрм ; U3 =1425/36,6=38,93 U4 =nном4 \nрм ;U4 =2850/36,6=77,87 Т.к. открытые зубчатые передачи лежат в интервале 3…7 пусть Uзп = const = 4,5 Табл. 2.2.
2.2.3.Определяем максимально допускаемое отклонение частоты вращения приводного вала рабочей машины Dnpm , об/мин: Dnpm =npm d/100 Dnpm =36,6*5/100=1,83 об/мин d - допускаемое отклонение скорости грузовой цепи, %. 2.2.4.Определяем допускаемую частоту вращения приводного вала рабочей машины с учетом отклонения [nрм ], об/мин: [nрм ]=nрм ±Dnpm приняв Dnpm =+1,83 об/мин: [nрм ]=36,6+1,83=38,43 об/мин; 2.2.5 Определение фактического передаточного числа привода uф : uф =nном /[nрм ] uф =700/38,43=18,21 Уточним передаточные числа закрытой и открытой передач в соответствии с выбранным вариантом разбивки передаточного числа привода: uоп =uф /uзп ; uоп =18,21/4,5=4,05 uзп =uф /uоп ; uзп =18,21/4,05=4,5 2.3. Определение силовых и кинематических параметров привода Pдв =Pдв ωном =∏nном /30nдв =nном Tдв =Pдв /ωном PБ =Pдв nм nпк ωБ =ωном nБ =nном TБ =Tдв nм nпк PТ =PБ nзп nпк ωТ =ωБ /uзп nТ =nБ /uзп TТ =TБ nзп nпк uзп Pрм =PТ nоп nск ωрм =ωТ /uоп nрм =nТ /uоп Tрм =TТ nоп nпс uоп 2.4. Табличный ответ Таблица 2.2. Силовые и кинематические параметры привода
3. Выбор материала зубчатых передач. 3.1. Выбор материала 3.1.1. Выбор твердости, термообработки и материала колес. По табл. 3.1.[1] определяем марку стали:
Термообработка для обеих сталей – улучшение НВср = НВmin + НВmax /2 НВср1 =(269+302)/2=285,5 НВср2 =(235+262)/2=248,5 НВср1 -НВср2 =285,5-248,5=37 20<37<50 3.1.2. Механические характеристики стали. [ 1, табл. 3.2] Для шестерни бв =890 Н/мм2 б-1 =380 Н/мм2 Для колеса бв =780 Н/мм2 б-1 =335 Н/мм2 3.1.3. Предельные размеры [ 1, табл. 3.2] Заготовка шестерни Dпред =80мм Заготовка колеса Sпред =80мм 3.2. Определение допускаемых контактных напряжений 3.2.1. Определяем коэффициент долговечности для зубьев шестерни и зубьев колеса.
N – число циклов перемены напряжений за весь срок службы (наработка); NHO – число циклов перемены напряжений, соответствующее пределу выносливости. N=573ωLh . Здесь ω – угловая скорость соответствующего вала, 1/с; Lh – срок службы привода, ч. Так как N1 >Nho 1 и N2 >Nho 2 , то коэффициенты долговечности KhL 1 =1 и KhL 2 =1. NH01 =16*106 число циклов перемены напряжений, соответствующее пределу выносливости для шестерни NH02 =10*106 число циклов перемены напряжений, соответствующее пределу выносливости для колеса N1 =573*73,26*6115=256695347,7 т.к N1 >NHO1 , то KHL1 =1 N2 =573*16,28*6115=57043410,6 т.к N2 >NHO 2 , то KHL 2 =1 3.2.2. Определяем допускаемые контактные напряжения [б]H [б]H1 =KHL1 [б]HO1 [б]HO1 =1,8HBср +67[ 1, табл. 3.1] [б]HO1 =1,8*285,5+67=580,9 Н/мм2 [б]H2 =KHL2 [б]HO2 [б]HO2 =1,8HBср +67 [б]HO2 =1,8*248,5+67=514,3 Н/мм2 min[б]H =514,3 Н/мм2 3.3. Определяем допускаемые напряжения изгиба ,[б]F, Н/мм2 [б]F1 =KFL 1 [б]FO1 [б]FO1 =1,03 HBср [ 1, табл. 3.1] [б]FO1 =1,03*285,5=294,07 Н/мм2 =1 (N1 >NFO ) [б]F1 =294,07 Н/мм2 [б]F2 =KFL 2 [б]FO2 [б]FO2 =1,03 HBср [б]FO2 =1,03*248,5=255,96 Н/мм2 =1(N2 >NFO ) [б]F2 = 255,96 Н/мм2 min[б]F = 255,96 Н/мм2 3.4. Табличный ответ Таблица 3.2. Механические характеристики материалов зубчатой передачи
4. Расчет зубчатых передач редуктора. 4.1. Критерий технического уровня редуктора γ, кг. γ =m\T2 ≈10…20% m=(0,1…0,2)T2 m=(0,1…0,2)*111,52=11,152…22,304 кг 4.2. Проектный расчет закрытой зубчатой передачи. 4.2.1. Определяем главный параметр – межосевое расстояние aw , мм. Ka - вспомогательный коэффициент. Для прямозубой передачи – 49,5; ψa =b2 /aw – коэффициент ширины венца колеса 0,28…0,36; ψa =0,28; u – передаточное число редуктора =4,5; T2 – вращающий момент на тихоходном валу редуктора; [б]H – допускаемое контактное напряжение с менее прочным зубом; KHß - коэффициент неравномерности нагрузки по длине зуба = 1. 4.2.2. Определяем модуль зацепления m, мм. m≥2Km T2 103 /d2 b2 [б]f Km – вспомогательный коэффициент - 6,8 d2 =2aw u/(u+1) – делительный диаметр колеса ; d2 =2*115*4,5/(4,5+1)=188,88 мм b2 = ψa aw - ширина венца колеса; b2 =0,28*115=32,2 мм [б]F – допускаемое напряжение изгиба материала с менее прочным зубом. m≥2*6,8*111,52/188,18*32,2*255,96=1 4.2.3. Определяем суммарное число зубьев шестерни и колеса: Z∑ =Z1 +Z2 =2aw /m Z∑ =2*115/1=230 4.2.4. Определяем число зубьев шестерни: Z1 = Z∑ /1+u Z1 =230/1+4,5=41,82 Округляю до ближайшего целого числа: Z1 =42 4.2.5. Определяем число зубьев колеса: Z2 = Z∑ -Z1 Z2 =230-42=188 4.2.6. Определяем фактическое передаточное число uф и проверим его отклонение ∆u от заданного u: uф = z2 / z1 ; ∆u=| uф -u|/u*100 uф =188/42=4,5 ∆u=|4,5-4,5|/4,5*100=0% 4.2.7. Определяем фактическое межосевое расстояние: aw =( Z1 + Z2 )/2 aw =(42+188)/2=115 мм 4.2.8. Определяем основные геометрические параметры передачи, мм. d1 =mZ1 d2 =mZ2 делительный диаметр da 1 =d1 +2mda 2 =d2 +2m диаметр вершин зубьев df 1 =d1 -2,4mdf 2 =d2 -2,4m диаметр впадин зубьев b1 ==b2 +(2...4) b2 = ψa aw ширина венца
4.3. Проверочный расчет закрытой зубчатой передачи. 4.3.1. Проверяем межосевое расстояние: aw =(d1 +d2 )/2 aw =(42+188)/2=115 мм 4.3.2. Проверяем пригодность заготовок колес: Dзаг ≤Dпред Sзаг ≤ Sпред Dзаг =da 1 +6 мм Sзаг = b2 +4 мм 50<80 37<80 4.3.3. Проверяем контактные напряжения бH , Н/мм2 K – вспомогательный коэффициент =436 Ft =2T2 *103 /d2 - окружная сила зацепления Ft =2*111,52*103 /188=1185,24 Н KH =1 для прямозубых передач KH =1 для прямозубых передач KH =1.1 коэффициент динамической нагрузки [ 1, табл. 4.2] v= ω2 d2 /(2*103 )=16,28*188/2*103 =1,53 м/с (9 – степень точности) 0,9*514,3<468,52<1,05*514,3 4.3.4. Проверяем напряжения изгиба зубьев шестерни бF1 и колеса бF2 , Н/мм2 бF2 =YF 2 Yß (F1 /b2 m)KFα KFβ KFv ≤ [б]F2 бF1 = бF2 YF 1 / YF 2 ≤[б]F1 m - модуль зацепления =1мм; b2 – ширина зубчатого венца колеса=36 мм; F1 – окружная сила зацепления; KF -коэффициент учитывающий распределение нагрузки между зубьями=1 KF - коэффициент неравномерности нагрузки по длине зуба=1 KF - коэффициент динамической нагрузки, зависящий от окружной скорости колес и степени точности передачи=1,28 [ 1, табл. 4.3] YF1 =3,7 коэффициенты формы зуба шестерни и колеса определяются в зависимости от числа зубьев шестерни z1 и колеса z2 [ 1, табл. 4.4] YF2 =3,63 Y - коэффициент учитывающий наклон зубьев=1 бF 2 =3,63*1(1185,24/33*1)*1,28=166,88 Н/мм2 бF 2 =166,88<255,96 Н/мм2 бF1 =166,88*3,7/3,63=170,1 Н/мм2 бF1 =170,1<294,07 Н/мм2
5. Расчет открытой конической зубчатой передачи 5.1. Проектный расчет открытой передачи. 5.1.1. Определяем главный параметр – внешний делительный параметр колеса de2 , мм. KHβ – коэффициент, учитывающий распределение нагрузки по ширине венца = 1; ΘH - коэффициент вида конических колес = 1; de 2 =197,21≈195 (табл.13,15 [1] ) 5.1.2. Определяем углы делительных конусов шестерни d1 и колеса d2 d2 =arctgu; d1 =900 -d2 d2 =arctg 4,05=76,13031 d1 =90-76,13031=13,86969 5.1.3. Определяем внешнее конусное расстояние Re , мм. Re =de2 \2sind2 Re =195/2sin76,13031=100,428 мм. 5.1.4. Определяем ширину зубчатого венца шестерни и колеса b, мм. b= ψR Re , где ψR =0,285 – коэффициент ширины венца b=0,285*100,428=28,422≈28 [ 1, табл. 13.15] 5.1.5. Определяем внешний окружной модуль me , мм. me =14T2 *103 \ ΘF de2 b[б]F KFβ KFβ – коэффициент, учитывающий распределение нагрузки по ширине венца = 1; ΘF - коэффициент вида конических колес = 0,85; me =14*111,52*103 /0,85*195*28*255,96*1=1,314 в открытых передачах значение модуля me увеличиваем на 30% из-за повышенного изнашивания зубьев: me =1,314*1,3=1,71>1,5 5.1.6. Определяем число зубьев колеса Z2 и шестерни Z1 Z2 = de2 /me ; Z1 =Z2 /u Z2 =195/1,71=114,04≈114 Z1 =114/4,05=28,2≈28 5.1.7. Определяем фактическое передаточное число uф и проверим его отклонение ∆u от заданного u: uф = z2 / z1 ; ∆u=| uф -u|/u*100 ≤4% uф =114/28=4,07 ∆u=|4,07-4,05|/4,05*100=0,49<4% 5.1.8. Определяем действительные углы делительных конусов шестерни d1 и колеса d2 d2 =arctguф ; d1 =900 -d2 d2 =arctg 4,07=76,19585 d1 =90-76,13031=13,80415 5.1.9. Коэффициент смещения колес xe 1 =0,34; xe 2 =-xe 1 5.1.10. Определяем фактические внешние диаметры шестерни и колеса, мм. de 1 =me Z1 de 2 =me Z2 делительный диаметр dae 1 =de 1 +2(1+xe 1 )me cosб1 dae 2 =de 2 +2(1-xe 1 )me cosб2 диаметр вершин зубьев dfe 1 =de 1 -2(1,2-xe 1 )me cosб1 dfe 2 =de 2 -2(1,2+xe 1 )me cosб2 диаметр впадин зубьев Таблица 5.1.
Определяем средний делительный диаметр шестерни d1 и колеса d2, мм. d1 ≈0,857de1 ; d2 ≈0,857 de2 d1 ≈0,857*47,88=41,033 мм; d2 ≈0,857*246,24=211,028 мм. 5.2. Проверочный расчет открытой передачи. 5.2.1. Проверяем пригодность заготовок колес: Dзаг ≤Dпред Sзаг ≤ Sпред Dзаг =dae +6 мм Sзаг = 8me мм 52,32+6=58,32<80 8*1,71=13,68<80 Cзаг =0,5b=0,5*28=14<80 5.2.2. Проверяем контактные напряжения бH , Н/мм2 F1 =2T2 *103 /d2 - окружная сила зацепления Ft =2*111,52*103 /211,028=1056,92 Н KH =1 KH =1 KH =1.1 коэффициент динамической нагрузки [ 1, табл. 4.2] v= ω2 d2 /(2*103 )=16,28*188,18/2*103 =1,53 м/с (9 – степень точности) 0,9*514<396,03<514*1,1 5.2.3. Проверяем напряжения изгиба зубьев шестерни бF1 и колеса бF2 , Н/мм2 бF2 =YF 2 Yß (F1 /ΘF bmе )KFα KFβ KFv ≤ [б]F2 бF1 = бF2 YF 1 / YF 2 ≤[б]F1 KF -коэффициент учитывающий распределение нагрузки между зубьями=1 KF - коэффициент неравномерности нагрузки по длине зуба=1 KF - коэффициент динамической нагрузки, зависящий от окружной скорости колес и степени точности передачи=1,28 [ 1, табл. 4.3] YF1 и YF2 – коэффициенты формы зуба шестерни и колеса определяются в зависимости от числа зубьев шестерни z1 и колеса z2 [ 1, табл. 4.4] Yβ =1 Zv1 =Z1 /cosd1 ; Zv1 =28/cos13,80415=28,833; YF1 =4,15 Zv2 =Z2 /cosd2 ; Zv2 =114/cos76,19585=477,787; YF2 =3,63 бF 2 =3,63*1(1056,92/0,85*28*1,71)*1,28=120,66 Н/мм2 бF 2 =120,66<255,96 Н/мм2 бF1 =120,66*4,15/3,63=137,94 Н/мм2 бF1 =137,94<294,07 Н/мм2 Таблица 5.2. Механические характеристики материалов зубчатой передачи
Продолжение табл. 5.2.
6. Нагрузка валов редуктора 6.1. Определяем силы в зацеплении закрытых передач α=20o β=0o Окружная Ft 1 = Ft 2 Ft 2 =2T2 *103 /d2 Ft 1 = Ft 2 =1185,25 Н Радиальная Fr 1 = Fr 2 Fr 2 = Ft 2 tgα/cosβFr 1 = Fr 2 =431,4 Н Осевая Fa 1 = Fa 2 Fa 2 = Ft 2 tgβFa 1 = Fa 2 =0 6.2. Определение консольных сил Окружная Ft 1 = Ft 2 Ft 2 =2T2 *103 /0,857dе2 =1056,9 Н Радиальная Fr 1 =0,36Ft1 cosd1 =369,5 Н Fr 2 =Fa 1 Осевая Fa 1 =0,36 Ft1 sind1 =90,8 Н Fa 2 = Fr 1 Муфта на быстроходном валу 6.3. Силовая схема нагружения валов редуктора ( см. приложение ) 7. Разработка чертежа общего вида редуктора 7.1. Выбор материала валов [1, табл. 3.2] Марка стали : 45 Термообработка : Улучшение бВ =890 Н/мм2 бТ =650 Н/мм2 б-1 =380 Н/мм2 7.2. Выбор допускаемых напряжений на кручение Принимаем [t]к =10…20 Н/мм2 ; причем меньшие значения [t]к – для быстроходных валов, большие [t]к – для тихоходных. [t]к1 = 10 н/мм2 -- для быстроходного вала [t]к2 = 15 н/мм2 – для тихоходного вала 7.3. Определение геометрических параметров ступеней валов 7.3.1. Для быстроходного вала а) 1-я ступень под муфту d1 =(0,8…1,2)d1 (дв) где: d1(дв) – диаметр выходного конца вала ротора двигателя d1(дв) =32 [1, К10] d1 =(0,8…1,2)32=26…48 мм d1 =26 мм ι1 =(1,0…1,5)d1 =30 мм б) 2-я ступень под подшипник d2 =d1 +2t где: t – высота буртика t=2,2 мм d2 =26+2*2.2=30,2 мм Округляю до ближайшего стандартного значения из ряда Ra40 [1, табл. 13,15] d2 =30 мм l2 =1,5d2 =1,5*30=45 мм в) 3-я ступень под шестерню d3 =d2 +3,2r где: r – координаты фаски подшипника r =2 мм d3 =30+3,2*2=36,4 мм Округляю до ближайшего стандартного значения из ряда Ra40 [1, табл. 13,15] d3 =36 мм ι3 – графически г) 4-я ступень под подшипник d4 =d2 =30 мм l4 =B=16 мм [1, К27] 7.3.2. Для тихоходного вала а) 1-я ступень под элемент открытой передачи где: МК – Крутящий момент на валу МК =Т2 =111,52 Н·м; [τ]К=15 Н/мм2 Округляю до ближайшего стандартного значения из ряда Ra40 [1, табл. 13,15] d1 =33 (мм) l1=(1,0…1,5)d1=40 мм б) 2-я ступень под подшипник d2=d1+2t t=2.5 мм d2=33+2*2.5=40 мм l2=1.25d2=1.25*40=50 мм в) 3-я ступень под шестерню d3=d2+3.2r где: r – координаты фаски подшипника r =2,5 мм d3=40+3.2*2,5=48 мм l3 – графически г) 4-я ступень под подшипник d4=d2=40 мм l4 =B=18мм [1, К27] д) 5-я ступень упорная d5 =d3 +3f d5 =48+3*1.2=51,6 мм Округляю до ближайшего стандартного значения из ряда Ra40 [1, табл. 13,15] d5 =52 мм l5 – графически 7.4. Предварительный выбор подшипников качения Для быстроходного вала выбираем подшипник легкой серии 206 Для тихоходного вала выбираем подшипник легкой серии 208 Подшипники радиальные шариковые однорядные. Устанавливаются враспор. Табл. 7.1. [1. К27]
7.5. Эскизная компоновка редуктора (см. приложение). Табл. 7.2
8. Расчетная схема валов редуктора (см. приложение). 8.1. Построение эпюр изгибающих и крутящих моментов на быстроходном валу. Дано: F t1 =1185 H; Fr1 =431,4 H; Fм =256,66 H; d 1 =41,82 мм; lb =87 мм; lм =67 мм; 8.1.1. Расчет в вертикальной плоскости. а) Определяю опорные реакции подшипников.
Проверка:
б) Определяю значения изгибающих моментов по участкам, Н∙м.
8.1.2. Расчет в горизонтальной плоскости. а) Определяю опорные реакции подшипников.
Проверка:
б) Определяю значения изгибающих моментов по участкам, Н∙м.
8.1.3. Определяю крутящий момент на валу.
8.1.4. Определяю суммарные реакции опор подшипников.
8.1.5. Определяю суммарные изгибающие моменты.
8.2. Построение эпюр изгибающих и крутящих моментов на тихоходном валу. Дано: F t2 =1185 H; Fr2 =431,4 H; F t1оп =1056,9 H; Fr 1оп =369,5 H, Fa 1оп =90,8 H, d 2 =188,18 мм; d1оп =47,03 мм, l t =89 мм, lоп =61 мм; 8.2.1. Расчет в вертикальной плоскости. а) Определяю опорные реакции подшипников.
Проверка:
б) Определяю значения изгибающих моментов по участкам, Н∙м.
8.2.2. Расчет в горизонтальной плоскости. а) Определяю опорные реакции подшипников.
Проверка:
б) Определяю значения изгибающих моментов по участкам, Н∙м.
8.2.3. Определяю крутящий момент на валу.
8.2.4. Определяю суммарные реакции опор подшипников.
8.2.5. Определяю суммарные изгибающие моменты.
9. Проверочный расчет подшипников. 9.1. Определение эквивалентной динамической нагрузки. 9.1.1. Определение эквивалентной динамической нагрузки для подшипников быстроходного вала.
[ 1, табл. 9.1] где: V – коэффициент вращения V =1 [ 1, табл. 9.1] Rr – радиальная нагрузка подшипника Rr =819,069 Кб – коэффициент безопасности Кб =1 [ 1, табл. 9.4] КТ – температурный коэффициент КТ =1 [ 1, табл. 9.5]
где: m – показатель степени m =3 ω – угловая скорость вала ω =73,26 Lh – требуемая долговечность Lh =8000
Условие выполняется.
Условие выполняется. 9.1.2.1 Определение эквивалентной динамической нагрузки для подшипника (1) тихоходного вала.
e =0,19 [ 1, К9]
где: X – коэффициент радиальной нагрузки X =0,56 [ 1, табл. 9.1] Y – коэффициент осевой нагрузки Y =2,3 [ 1, К29]
Условие выполняется.
Условие выполняется. 9.1.2.2 Определение эквивалентной динамической нагрузки для подшипника (2) тихоходного вала.
e =0,36 [ 1, К29] Н Н
Условие выполняется. ч
Условие выполняется. Табл. 9.1
10. Проверочный расчет шпонок.
где: Ft – окружная сила Ft =1056,9 Н АСМ – площадь смятия [ ]СМ – Допускаемое напряжение на смятие [ ]СМ = 110…190 Н/мм2
Условие выполняется. 10.2. Расчет шпонки быстроходного вала.
Условие выполняется. 6×6×16 ГОСТ 23360-78 10.3. Расчет шпонки тихоходного вала.
Условие выполняется. 14×9×36 ГОСТ 23360-78
Условие выполняется. 10×8×23 ГОСТ 23360-78 Список литературы 1. Шейнблит А. Е. Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. Пособие. Калининград: Янтар. сказ, 2003. |