Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Учебники / Расчеты деталей машин. Учебное пособие

.pdf
Скачиваний:
275
Добавлен:
20.05.2014
Размер:
5.04 Mб
Скачать

МИНИСТЕРСТВООБРАЗОВАНИЯРОССИЙСКОЙФЕДЕРАЦИИ ПЕНЗЕНСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙУНИВЕРСИТЕТ

В. Ф. Пантелеев

РАСЧЕТЫ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Рекомендовано Министерством общего и профессионального образования Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся

по машиностроительным и приборостроительным специальностям

3-е издание, дополненное

ПЕНЗА2005

УДК 621.81 П 16

Пантелеев В. Ф. Расчеты деталей машин: Учеб. пособие. – 3-е изд., доп. – Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 200 . – 164 с.: 37 ил., 51 табл., библиогр. 28 назв.

Приведены методики выбора электродвигателей, кинематического расчета механических приводов различного назначения, дан табличный способ разбивки передаточных чисел основных типов редукторов, обеспечивающий полное использование нагрузочной способности всех ступеней и позволяющий получить минимальные габариты редукторов.

Рассмотрена современная методика расчета механических передач, валов, подшипников качения, соединений вал—ступица шпонками, шлицами и посадками с натягом, методика выбора приведенных муфт. Все методики сопровождаются примерами расчетов.

Отражены особенности расчета зубчатых передач коробок скоростей металлорежущих станков.

В пособии содержится значительное количество справочного материала, позволяющего восполнить нехватку учебно-справочной литературы в библиотеках.

3-е издание пособия дополнено методикой и примерами расчета цепных и клиноременных передач. Для клиноременных передач представлен комплексный расчет на тяговую способность и выносливость, который недостаточно полно представлен в учебной литературе по деталям машин.

Работа подготовлена на кафедре «Прикладная механика и конструирование машин» Пензенского государственного университета и предназначена для студентов специальностей 151001, 151002, 150202, 150204, 150408, 190201, 190205, 240801, 200503, 140205, 080507 очного и заочного обучения при выполнении контрольных работ и курсовых проектов по деталям машин, основам конструирования и прикладной механике.

Автор В. Ф. Пантелеев

Рецензенты: кафедра «Детали машин» Пензенской государственной сельскохозяйственной академии. Зав.кафедрой кандидат технических наук, доцент В.А.Чугунов, кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология общего и роботизированного производства» Пензенской государственной технологической академии В.Г.Кулаков.

- 2 -

1. КИНЕМАТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ ПРИВОДА И ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Проектирование приводных устройств начинается с кинематического расчета привода, задачей которого является выбор по каталогу электродвигателя, определение общего передаточного числа привода и разбивка его по отдельным ступеням передач согласно кинематической схеме. Заключительным этапом этого расчета является определение основных кинематических (частот вращения валов) и силовых (мощностей и вращающих моментов на валах) характеристик привода.

Исходными данными для расчета могут быть такие показатели: номинальный вращающий момент T или мощность на валу приводимой в движение машины Pвых, его угловая скорость (или частота вращения n); для транспортеров нередко задают вместо момента на приводном валу окружную (тяговую) силу на валу барабана (или звездочки) Ft (Н), скорость ленты или цепи V (м/с), диаметр барабана Dб (мм), число зубьев zзв и шаг тяговых звездочек Рзв (мм) - рис. 1.1. По этим данным определяются значения вращающего момента и частоты вращения приводного вала.

1.1. Выбор электродвигателя

Электродвигатель подбирается во каталогу по требуемой мощности в соответствии с режимом эксплуатации машины. При выборе электродвигателя различают три основных режима работы: длительный, кратковременный и повторно-кратковременный.

Длительным режимом работы электродвигателя считается такой, при котором продолжительность его работы без отклонения при постоянной или незначительно изменяющейся нагрузке может быть бесконечно большой. Этот режим нагружения электродвигателя встречается во многих механических приводах - к вентиляторам, насосам, компрессорам, конвейерам, транспортерам, металлорежущим станкам и пр.

- 3 -

Повторнократковременным режимом считается такой, при котором рабочие периоды чередуются с периодами отключения, причем за период работы двигатель не успевает нагреться до установившейся температуры, а за время отключения не успевает остыть до температуры окружающей среды. В этом режиме работают, например, двигатели лебедок, подъемных кранов и т.д. Повторнократковременный ре-

жим характеризуется относительной продолжительностью включения, которая определяется отношением времени работы электродвигателя к полному времени цикла (ПВ,%). Для работы в повторно-кратковременном режиме изготовляются электродвигатели специальных серий, например крановые, в паспорте которых указывают мощности для различных ПВ. Стандартными значениями ПВ приняты 15, 25, 40 и 60 %. Чем меньше ПВ, тем большую мощность может развивать двигатель, не перегреваясь.

Кратковременным считают такой режим, при котором за рабочий период двигатель не достигает установившейся температуры нагрева, а времени останова достаточно для полного остывания двигателя до температуры окружающей среды. При этих режимах работают двигатели шлюзовых механизмов гидросооружений, приводов монтажных кранов и др. Для этого режима изготовляется специальная серия двигателей. В их паспорте указывается мощность для определенной продолжительности работы (10, 15, 30, 60 мин.). Такие двигатели отличаются повышенными перегрузочными и пусковыми свойствами.

Впроектах, выполняемых по курсу деталей машин, разрабатываются

восновном приводы к машинам, работающим при длительном режиме. Поэтому выбранный по каталогу электродвигатель можно не проверять на нагрев, так как завод-изготовитель гарантирует длительную работу на номинальном режиме.

Потребную мощность (кВт) привода (мощность на выходе) определяют по формуле

-4 -

Pвых = Ft V 03 или Pвых = T nвых / 9550

(1.1)

После этого определяют требуемую мощность электродвигателя

 

Pэдтр = Pвых /η0 ,

(1.2)

где η0 =η1 η2 η3 ... - общий КПД привода, учитывает последователь-

ное уменьшение мощности при передаче ее от электродвигателя к приводному валу; η1 ,η2 ,η3 ,... - КПД отдельных пар кинематической цепи (зубча-

той, червячной, ременной и других передач, подшипников), ориентировочные значения которых принимаются по табл. 1.1 [1].

Далее определяют ориентировочное значение требуемой частоты вращения вала электродвигателя nэдтр . Так как в приводах, разрабатывае-

мых в курсовых проектах, используются понижающие передачи, то эту частоту вычисляют по формуле, мин -1:

nэдтр = nвых u1' u2' ... ,

(1.3)

 

Таблица 1.1

Тип передачи

КПД η

Зубчатая закрытая:

 

цилиндрическая

0,96…0,98

коническая прямозубая

0,95…0,97

Зубчатая открытая:

 

цилиндрическая

0,93…0,95

коническая прямозубая

0,92…0,94

Червячная (закрытая) при передаточном числе:

 

св. 30

0,7…0,8

св. 14 до 30

0,75…0,85

св. 8 до 14

0,8…0,9

Ременная (все типы)

0,94…0,96

Цепная

0,92…0,95

Муфта соединительная

0,98

Подшипники качения (одна пара)

0,99

Примечание. Если на данном этане работы над проектом затруднительно определить передаточное число червячной передачи, предварительно следует принимать

ηч = 0,8.

где nвых - частота вращения приводного вала машины (см. рис. 1.1),

мин -1;

 

60000 V

 

 

60000 V

 

 

 

nвых =

 

или nвых =

;

(1.4)

 

π Dб

 

 

 

 

 

 

π Dзв

 

 

Pзв

 

 

 

 

 

 

 

Dзв =

 

-

диаметр

делительной окружности

тяговой звез-

sin(1800 / zзв )

дочки, мм; u1' ,u2' - предварительные значения передаточных чисел всех кинематических пар привода; рекомендуемые значения их принимают по

- 5 -

табл. 1.2.

После этого по табл. 1.3 подбирают электродвигатель с мощностью

Pэд и частотой вращения вала nэд, близкими к полученным Pэдтр и nэдтр. При этом Pэд должна быть равна или больше требуемой. Можно выбрать элек-

тродвигатель меньшей мощности.

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.2

Вид передачи

 

Твердость зубьев

 

Передаточные числа

 

 

 

 

 

 

uрек

 

uпред

Зубчатая цилиндрическая:

 

 

 

 

 

 

6,3

тихоходная ступень во

 

HB 350

 

2,5…5

 

всех редукторах (uт)

 

HRCэ 40…56

 

2,5…5

 

6,3

 

 

 

HRCэ 56…63

 

2…4

 

5,6

быстроходная ступень в

 

HB 350

 

3,15…5

 

8

редукторах с развернутой

 

HRCэ 40…56

 

3,15…5

 

7,1

схемой (uб)

 

HRCэ 56…63

 

2,5…4

 

6,3

быстроходная ступень в

 

HB 350

 

4…6,3

 

10

соосном редукторе (uб)

 

HRCэ 40…56

 

4…6,3

 

9

 

 

 

HRCэ 56…63

 

3,15…5

 

8

Коробки скоростей стан-

 

любая

 

1,0…2,5

 

4,0

ков

 

 

 

 

 

 

 

Коническая зубчатая

 

HB 350

 

1,0…4

 

6,3

 

 

 

HRCэ 40

 

1,0…4

 

5

Червячная

 

-

 

16…50

 

80

Цепная

 

-

 

1,5…4

 

10

Ременная

 

-

 

2…4

 

8

В этом случае он будет работать с перегрузкой, величину которой

определяют по формуле

 

 

 

 

 

 

 

P =

Pэдтр Pэд

100% [ P],

 

(1.5)

 

 

 

 

Pэд

P]= 5…8% при посто-

где [ P]- допускаемая перегрузка двигателя: [

янной нагрузке, [ P] = 10…12% при переменной.

В таблице 1.3 представлены типы (числитель) и асинхронная частота вращения вала (знаменатель) электродвигателей закрытых обдуваемых единой серии 4А.

Основные размеры электродвигателей (рис. 1.2) указаны в табл. 1.4.

- 6 -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.3

Мощность

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Синхронная частота, мин -1

 

 

 

 

 

 

 

 

Pэд, кВт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3000

 

 

 

 

 

 

1500

 

 

 

 

 

1000

 

 

 

 

 

 

750

 

 

 

 

 

0,55

4

ААМ63В2У3

4

АМ71А4У3

4

АМ71В6У3

4

АМ80В8У3

 

 

 

2710

 

 

 

 

 

 

1390

 

 

 

 

 

900

 

 

 

 

 

 

700

 

 

 

 

 

0,75

4

АМ71А2У3

4

АМ71В4У3

4

АМ80А6У3

4

АМ90LA8У3

 

 

 

2840

 

 

 

 

 

 

1390

 

 

 

 

 

915

 

 

 

 

 

 

700

 

 

 

 

 

1,1

4

АМ71В2У3

4

АМ80А4У3

4

АМ80В6У3

4

АМ908У3

 

 

 

2810

 

 

 

 

 

 

1420

 

 

 

 

 

920

 

 

 

 

 

 

700

 

 

 

 

 

1,5

4

АМ80А2У3

4

АМ80В4У3

4

АМ90L6У3

4

АМ100L8У3

 

 

 

2850

 

 

 

 

 

 

1415

 

 

 

 

 

935

 

 

 

 

 

 

700

 

 

 

 

 

2,2

4

АМ80В2У3

4

АМ90L4У3

4

АМ100L6У3

4

АМ112МА8У3

 

 

 

2850

 

 

 

 

 

 

1425

 

 

 

 

 

950

 

 

 

 

 

 

700

 

 

 

 

 

3,0

4

АМ90L2У3

4

АМ100S4У3

4

АМ112МА6У3

 

4АМ112МВ8У3

 

 

 

2840

 

 

 

 

 

 

1435

 

 

 

 

 

955

 

 

 

 

 

 

700

 

 

 

 

 

4,0

4

АМ100S2У3

4

АМ100L4У3

4

АМ112МВ6У3

 

4АМ132S8У3

 

 

 

2880

 

 

 

 

 

 

1430

 

 

 

 

 

950

 

 

 

 

 

 

720

 

 

 

 

 

5,5

4

АМ100L2У3

4

АМ112М4У3

4

АМ132S6У3

4

АМ132М8У3

 

 

 

2880

 

 

 

 

 

 

1445

 

 

 

 

 

965

 

 

 

 

 

 

720

 

 

 

 

 

7,5

4

АМ112М2У3

4

АМ132S4У3

4

АМ132М6У3

4

АМ160S8У3

 

 

 

2900

 

 

 

 

 

 

1455

 

 

 

 

 

970

 

 

 

 

 

 

730

 

 

 

 

 

11,0

4

АМ132М2У3

4

АМ132М4У3

4

АМ160S6У3

4

АМ160М8У3

 

 

 

2900

 

 

 

 

 

 

1460

 

 

 

 

 

975

 

 

 

 

 

 

730

 

 

 

 

 

15,0

4

АМ160S2У3

4

АМ160S4У3

4

АМ160М6У3

4

АМ180М8У3

 

 

 

2940

 

 

 

 

 

 

1465

 

 

 

 

 

975

 

 

 

 

 

 

730

 

 

 

 

 

18,5

4

АМ160М2У3

4

АМ160М4У3

4

АМ180М6У3

 

 

_

 

 

 

 

 

 

 

 

2940

 

 

 

 

 

 

1465

 

 

 

 

 

975

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

22,0

4

АМ180S2У3

4

АМ180S4У3

 

 

_

 

 

 

 

 

 

_

 

 

 

 

 

 

 

 

2945

 

 

 

 

 

 

1470

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

30,0

4

АМ180М2У3

4

АМ180М4У3

 

 

_

 

 

 

 

 

 

_

 

 

 

 

 

 

 

 

2945

 

 

 

 

 

 

1470

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

- 7 -

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.4

 

 

Тип

 

Число

Габаритные

Установочно-присоединительные размеры,

 

,

эл.

 

полюсов

размеры, мм

мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

дв.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Масса кг

 

 

l30

h31

d30

l1

l10

l31

d1

d10

b1

b10

h

 

h1

 

h10

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

3

4

5

6

 

7

8

9

10

11

12

13

 

14

 

15

16

63B

 

2

216

162

130

30

 

80

40

14

7

5

100

63

 

5

 

8

6,3

71A,

 

2, 4, 6

285

203

170

40

 

90

45

19

7

6

112

71

 

6

 

9

15,1

B

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

80A

 

2, 4, 6

300

218

186

50

 

100

50

22

10

6

125

80

 

6

 

10

17,4

80B

 

2, 4, 6, 8

320

218

186

50

 

100

50

22

10

6

125

80

 

6

 

10

20,4

90L

 

2, 4, 6, 8

350

243

208

50

 

125

56

24

10

8

140

90

 

7

 

11

28,7

100S

 

2, 4

362

263

235

60

 

112

63

28

12

8

160

100

 

7

 

12

36,0

100L

 

2, 4, 6, 8

392

263

235

60

 

140

63

28

12

8

160

100

 

7

 

12

42,0

112M

 

2, 4, 6, 8

452

310

260

80

 

140

70

32

12

10

190

112

 

8

 

12

56,0

132S

 

4, 6, 8

480

350

302

80

 

140

89

38

12

10

216

132

 

8

 

13

77,0

132M

 

2, 4, 6, 8

530

350

302

80

 

178

89

38

12

10

216

132

 

8

 

13

93,0

160S

 

2

624

430

358

110

178

108

42

15

12

254

160

 

8

 

18

130

 

 

4, 6, 8

624

430

358

110

178

108

48

15

14

254

160

 

9

 

18

135

160M

 

2

667

430

358

110

210

108

42

15

12

254

160

 

8

 

18

145

 

 

4, 6, 8

667

430

358

110

210

108

48

15

14

254

160

 

9

 

18

160

180S

 

2

662

470

410

110

203

121

48

15

14

279

180

 

9

 

20

165

 

 

4

662

470

410

110

203

121

55

15

16

279

180

 

10

 

20

175

180M

 

2

702

470

410

110

241

121

48

15

14

279

180

 

9

 

20

185

 

 

4, 6, 8

702

470

410

110

241

121

55

15

16

279

180

 

10

 

20

195

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2. Определение передаточных чисел привода

 

 

 

 

 

 

 

После окончательного выбора nэд определяют общее передаточное

 

 

 

 

число привода

 

 

 

 

nэд

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

uобщ =

 

 

 

 

 

 

(1.6)

 

 

 

 

 

 

 

 

nвых

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Полученное расчетом общее передаточное число распределяют между ступенями передач. Если в кинематической схеме привода кроме редуктора имеются другие передачи (ременная, цепная и пр.), то сначала назначают передаточные числа для них, используя рекомендации табл. 1.2; при этом общее передаточное число привода выражается так (для схемы на рис. 1.1,а);

uобщ = u ред uц

(1.7)

Передаточное число редуктора

u ред

=

uобщ

(1.8)

uц

 

 

 

- 8 -

uобщ.

Если в схеме отсутствуют другие передачи (рис. 1.1,в ,г), то uред =

Передаточное число редуктора следует распределить между его сту-

 

пенями. Выбор способа распределения зависит от конкретных

 

 

 

Двухступенчатый

редуктор

Таблица 1.5

Передаточное

Двухступенчатый

соосный

число

редук-

по развернутой схеме

редуктор

 

тора

 

 

 

 

 

uред

 

 

 

 

 

 

uБ = u ред / uT ; uT = 0,88 u ред

uБ = u ред / uT , uT = 0,95 u ред

 

 

 

 

8

 

uБ ×uТ

 

uБ ×uТ

 

 

3,15×2,5

 

3,15×2,5

 

9

 

3,55×2,5

 

3,15×2,8

 

10

 

4,0×2,5

 

3,55×2,8

 

11,2

 

4,0×2,8

 

3,55×3,15

 

12,5

 

4,5×2,8

 

4,0×3,15

 

14

 

4,5×3,15

 

4,0×3,55

 

16

 

4,5×3,55

 

4,5×3,55

 

18

 

5,0×3,55

 

4,5×4,0

 

20

 

5,0×4,0

 

5,0×4,0

 

22,4

 

5,6×4,0

 

5,0×4,5

 

25

 

5,6×4,5

 

5,0×5,0

 

28

 

5,6×5,0

 

5,6×5,0

 

31,5

 

6,3×5,0

 

5,6×5,6

 

35,5

 

6,3×5,6

 

6,3×5,6

 

40

 

7,1×5,6

 

6,3×6,3

 

45

 

8,0×5,6

 

7,1×6,3

 

50

 

8,0×6,3

 

7,1×7,1

 

Передаточное

 

 

Продолжение табл. 1.5

Двухступенчатый

соосный

Коническо - цилиндриче-

число

редук-

редуктор с внутренним заце-

ский редуктор

 

тора

 

плением

 

 

 

uред

 

 

 

 

 

 

uБ = 23 u ред , uТ = u ред / uБ

uБ = u ред / uT , uT =1,1

u ред

 

 

- 9 -

 

 

 

 

uБ ×uТ

uБ ×uТ

8

4,0×2,0

2,5×3,15

9

4,0×2,24

2,8×3,15

10

4,0×2,5

2,8×3,55

11,2

4,5×2,5

3,15×3,55

12,5

4,5×2,8

3,15×4,0

14

5,0×2,8

3,55×4,0

16

5,0×3,15

3,55×4,5

18

5,6×3,15

4,0×4,5

20

5,6×3,55

4,0×5,0

22,4

5,6×4,0

4,5×5,0

25

5,6×4,5

4,5×5,6

28

6,3×4,5

5,0×5,6

31,5

6,3×5,0

5,0×6,3

35,5

6,3×5,6

5,6×6,3

40

7,1×5,6

-

45

7,1×6,3

-

50

7,1×7,1

-

требований, которым должна отвечать конструкция: обеспечения минимальных габаритов редуктора и минимальной массы, получения одинакового погружения зубчатых колес всех ступеней в масляную ванну. При этом должно выполняться основное требование - полное использование нагрузочной способности всех ступеней редуктора.

Распределение передаточных чисел двухступенчатых редукторов представлено в табл. 1.5, трехступенчатых цилиндрических - в табл. 1.6 (предполагается, что механические характеристики материалов колес разных ступеней примерно одинаковы).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1.6

uБ

1,3un ;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

un

3 u ред

;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

uT

un /1,3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

uред

 

uб×un×uT

uред

uб×un×uT

40

 

4,0

×

3,55

×

125

6,3

×

5,0

×

4,0

 

 

 

2,8

 

 

 

45

 

4,5

×

3,55

×

140

7,1

×

5,0

×

4,0

 

 

 

2,8

 

 

 

50

 

5,0

×

3,55

×

160

7,1

×

5,6

×

4,0

 

 

 

2,8

 

 

 

56

 

5,0×4,0×2,8

180

7,1×5,6×4,5

63

 

5,0×4,0×3,15

200

8,0×5,6×4,5

Предложено доцентом Чуфистовым Е. А.

- 10 -