Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Омский государственный технический университет»

Факультет «Транспорта, нефти и газа»

Кафедра «Безопасность жизнедеятельности»

Пояснительная записка к курсовому проекту

«Расчёт и проектирование одноступенчатого конического редуктора»

По дисциплине: «Проектирование средств защиты»

Вариант К10

Содержание

Исходные данные

Введение

1. Область применения конического редуктора

2. Кинематический расчёт

3. Выбор электродвигателя

4. Расчёт и выбор коэффициента нагрузки

4.1 Материалы зубчатых колёс и способы упрочнения зубьев

5. Расчёт допускаемых напряжений

5.1 Коэффициенты нагрузки

6. Определение основных параметров конической передачи

7. Геометрический расчёт конической передачи

8. Силы зацепления конической передачи

9. Расчёт валов редуктора

9.1 Расчёт быстроходного вала

9.1.1 Ориентировочный расчёт

9.1.2 Приближённый расчёт

9.1.3 Уточнённый расчёт

9.2 Расчёт тихоходного вала

9.2.1 Ориентировочный расчёт

9.2.2 Приближённый расчёт

9.2.3 Уточнённый расчёт

10. Выбор и расчёт подшипников качения

10.1 Подшипники качения быстроходного вала

10.2 Подшипники качения тихоходного вала

11. Конструкция колёс

12. Конструкция валов

12.1 Быстроходный вал

12.2 Тихоходный вал

13. Корпус редуктора

14. Плиты основания редуктора

15. Смазывание редуктора

16. Охлаждение редуктора

17. Смазывание подшипников в опорах

Заключение

Библиографический список

Приложение А

Исходные данные

Срок службы 5 лет

Таблица 1

вариант	Рт, кВТ	nб=nэд, об\мин	nт, об\мин	Степень точности	Форма зуба	Шестерня		Колесо
						Сталь	Термо-обра-ботка	Сталь	Термо-обра-ботка
10	20	970	75	7	косой	18ХГТ	Улучше-ние + закалка+ цемен- тация	40Х	Улуч-шение

Введение

Редуктор – механизм, служащий для уменьшения частоты вращения и увеличения вращающего момента. Механизм, совершающий обратное преобразование, называют ускорителем, или мультипликатором.

Редуктор – это законченный механизм, соединяемый с двигателем и рабочей машиной муфтами или другими разъёмными устройствами [ ].

Редукторы условно делят по различным признакам. По типу передачи редукторы могут быть зубчатые с простыми передачами (цилиндрическими, коническими, червячными). В свою очередь, каждая из передач может отличаться расположением зубьев и их профилем. Так, цилиндрические передачи могут быть выполнены с прямыми, косыми и шевронными зубьями; конические – с прямыми, косыми и круговыми зубьями. Червячные редукторы изготавливают с цилиндрическим и глобоидным червяком. Зубчатые планетарные и волновые редукторы относятся к числу многопоточных и многопарных передач. Их основное преимущество по сравнению с простыми – большие передаточные отношения на одну ступень, а также вращающий момент на единицу массы и компактность конструкции. Комбинированные редукторы – редукторы, сочетающие различные передачи: коническо-цилиндрические, зубчато-червячные, планетарно-волновые и т.п.

В зависимости от числа пар звеньев в зацеплении (числа ступеней) редукторы общего назначения бывают одно-, двух- и трехступенчатыми.

По расположению осей валов в пространстве различают редукторы с параллельными, соосными, пересекающимися и перекрещивающимися осями входного и выходного валов.

Из всего разнообразия редукторов наибольшее распространение получили простые цилиндрические двухступенчатые редукторы. Их применяют в диапазоне передаточных отношений с номинальными значениями u = 8…40. В одноступенчатых зубчатых редукторах передаточное отношение u = 2…6,3. Применение редукторов с большим значением u нерационально из-за увеличения габаритных размеров по сравнению с двухступенчатыми при одинаковом передаваемом моменте. В трёхступенчатых цилиндрических зубчатых редукторах передаточное отношение u = 43…200. Для понижения угловой скорости с большими значениями u используют волновые зубчатые редукторы или многоступенчатые планетарные, а также комбинированные редукторы, у которых в зависимости от сочетания передач и числа ступеней значение u практически неограниченно.

Редукторы с использованием конических передач менее распространены, их применяют для передач малых и средних мощностей между пересекающимися осями ведущего и ведомого валов.

Червячные редукторы отличаются плавностью и бесшумностью работы, но в то же время имеют относительно низкий КПД (η = 0,5…0,8) и высокую стоимость, обусловленную необходимостью применения дорогостоящих материалов и сложностью изготовления [ ].

В соответствии с заданием предстоит рассчитать конический редуктор.

1. Область применения конического редуктора

Для передачи движения и момента под углом, когда оси ведущего и ведомого колеса пересекаются, применяют конические редукторы. Обычно конические редукторы выполняются с углом пересечения осей валов, равным 90°. В таких редукторах конические колёса выполняются с прямыми, тангенциальными и круговыми зубьями.

Конические передачи с прямыми зубьями применяются при окружных скоростях до 3 м/с, с тангенциальными зубьями – до 12 м/с, с круговыми нешлифованными – до 30 м/с. С увеличением окружной скорости передач необходимо обеспечивать более точное изготовление колёс.

Для увеличения прочности зубьев и обеспечению плавности работы передачи стремятся увеличивать угол спирали зубьев.

Для колёс с круговыми зубьями широко применяют угол спирали β = 35°. Для тангенциальных зубьев угол спирали применяется в пределах 15…25°.

Конические редукторы выполняются двух типов: узкого и широкого. Узкий тип редуктора применяется для передаточных чисел от 3 до 5, а широкий – от 1 до 2,5. Число зубьев шестерён в редукторах узкого типа рекомендуется выбирать от 20 до 23, в редукторах широкого типа – от 25 до 28.

Конические редукторы изготавливаются с цельнолитыми чугунными или стальными корпусами и крышками. В качестве опор валов широкое применение получили конические однорядные роликоподшипники, воспринимающие радиальные и осевые усилия, возникающие при работе конического зацепления. Смазывание зубчатого зацепления осуществляется из масляной ванны редуктора путём погружения колеса в масло[ ].

2. Кинематический расчёт

1 Угловая скорость тихоходного вала:

; (2.1)

с^-1

2 Момент на тихоходном валу:

; ; (2.2)

Н·м

3 КПД всего редуктора:

; (2,3)

4 Мощность на быстроходном валу:

Вт; (2.4)

5 Угловая скорость быстроходного вала:

; (2.5)

с^-1

6 Момент на быстроходном валу:

; ; (2.6)

Н·м

7 Передаточное отношение:

; (2.7)

Выбираем из единого ряда U = 14

Таблица 2

Наименование вала	Мощность Р, кВТ	Крутящий момент М, Н·м	Число оборотов n, об/мин	Угловая скорость ω, с-1
Быстроходный	23,2	229,1	970	101,5
тихоходный	20	2547,8	75	7,85

3. Выбор электродвигателя

Промышленность выпускает большое число электродвигателей для всех отраслей народного хозяйства. По роду тока их разделяют на следующие типы:

1 Двигатели постоянного тока; они допускают плавное регулирование угловой скорости вала, обеспечивают плавный пуск, торможение и реверс; предназначены в основном для приводов электрического транспорта, кранов, подъёмных установок и т. п.

2 Однофазные асинхронные двигатели небольшой мощности, применяемые в приводах бытовых механизмов.

3 Трёхфазные синхронные двигатели, частота вращения которых не зависит от нагрузки; характеризуются высокой механической надёжностью, малой чувствительностью к колебаниям напряжения сети; их применяют в основном в установках большой мощности.

4 Трёхфазные асинхронные двигатели, наиболее распространённые в различных отраслях народного хозяйства; их преимущества по сравнению с двигателями других типов: простота конструкции, меньшая стоимость, более высокая эксплуатационная надёжность[ ].

Выбираем трёхфазный асинхронный электродвигатель переменного тока.

Мощность электродвигателя:

; (3.1)

Относительное скольжение:

; (3.2)

По таблице 2.2 [ ] выбираем ближайший по мощности двигатель – 4А200L6УЗ (Р_эд = 30 кВт; S = 2,1 %; Т_пуск/Т_ном = 1,2; n_c = 1000 об/мин).

Рис. 1. Эскиз двигателя трёхфазного асинхронного серии 4А

Таблица 3

Тип	Число полюсов	L	L1	H	D	d	d1	l	l1	l2	b	Масса, кг
4А200L	6	945	830	535	450	60	19	140	133	305	318	310

4. Расчёт и выбор коэффициентов эквивалентности

Критерии работоспособности

1 Коэффициент эквивалентности К_НЕ:

, (4.1)

где Т_i – текущий момент, Н/м; Т_max – наибольший момент нормально протекающего технологического процесса, Н/м; t_i – время действия момента, ч; t_Σ – суммарное (машинное) время работы передачи, ч.

Т_max = M t_Σ = t

T₁ = M t₁ = 0,3t

T₂ = 0,75M t₂ = 0,15t

T₃ = 0,3M t₃ = 0,55t

(4.2)

Таблица 4

Класс нагрузки	КНЕ	tΣ, ч	x	КFE
				HB ≤ 350, m = 6	HRC ≥ 40, m = 9
H0,63	0,63	8000	0,5		0,725	0,775

2 Коэффициент долговечности по контактной прочности К_Нд:

. (4.3)

База контактных напряжений N_HG = 200 · 10⁶ циклов (рис. 4.6 [ ]).

а) Шестерня:

циклов; (4.4)

; 0,35 < 1

б) Колесо:

циклов;

; 0,15 < 1

3 Коэффициент долговечности по изгибу К_Fд:

; (4.5)

Коэффициент эквивалентности по изгибу К_FE = 0,775 (табл. 4.1 [ ]);

База изгибных напряжений N_FG = 4 · 10⁶

а) Шестерня:

б) Колесо

Таблица 5

Основные коэффициенты	Шестерня	Колесо
КHE	0,72	0,72
KHд	0,35	0,15
KFд	0,98	0,74
KFE	0,775	0,775