^{ВВЕДЕНИЕ.}

Данное методическое пособие предназначено для студентов немеханических специальностей. И для изучения и проектирования им предлагается привод состоящий из основных механизмов и узлов машин общего машиностроения и нефтяного машиностроения.

Для изучения и проектирования студентам задается схема привода и основные силовые и кинематические параметры выходного вала рабочего механизма. Студент должен спроектировать привод, т.е. задать материалы для изготовления деталей, рассчитать на прочность типовые детали механизмов. Исходя из принципа равнопрочности деталей узлов при расчете,студент должен обеспечить заданную долговечность привода.

В процессе обучения студент выполняет лабораторные работы, где учится элементам сборки и разборки типовых узлов, и зная основные прочностные расчеты определять мощность, которую может передать заданный для лабораторной работы механизм.

Для выполнения домашних работ задается схема привода, мощность рабочего вала Р_раб ,и угловая скорость рабочего вала, или n_раб - число оборотов рабочего вала.

При расчете определяют:

Необходимую мощность Р_э , и мощность каждого вала привода Р_I ,P_II ,P_III ,и т.д.

Вращающий момент Т каждого вала привода: Т_I, Т_II ,Т_III ,

Число оборотов каждого вала привода: n_I, n_II ,n_III ,

Вспомогательные значения: КПД элементов привода, передаточные числа.

Данные знания позволяют подобрать необходимые механизмы ,эксплуатировать их и произвести при необходимости ремонт.

Редукторы, кинематические схемы, возможности и назначение редукторов. Знакомство с чертежами некоторых конструкций редукторов.

(Занятие рассчитано на 3 аудиторных часа)

Для обеспечения движения рабочих исполнительных механизмов служат двигатели. В большинстве случаев между двигателем и рабочим исполнительным механизмом устанавливается передаточный механизм, который преобразовывает исходное вращательное движение двигателя в более тихоходное заданное движение исполнителя. В качестве замедляющих механизмов используются одно- или многоступенчатые редукторы в совокупности с ременными и цепными передачами. Редукторы , как правило содержат зубчатые передачи, валы, подшипники качения, устанавливаемые в корпусе и являющиеся опорами валов.

Редукторы являются основной частью привода и предназначены для уменьшения угловой скорости ведомого вала .

Редукторы различаются по виду применяемых зубчатых колес и могут быть одноступенчатыми и многоступенчатыми.

По виду применяемых зубчатых колес редукторы могут быть:

с цилиндрическими зубчатыми колесами эвольвентного профиля.

По расположению зуба – прямозубыми и косозубыми.

С коническими зубчатыми колесами эвольвентного профиля, мы рассмотрим только конические колеса с прямыми зубьями, редукторы с червячными колесами.

Редукторы могут быть одно ступенчатыми, двух ступенчатыми, и т.д.

Схемы одноступенчатых редукторов.

Одноступенчатый редуктор с цилиндрическими зубчатыми колесами:

. u=n₁/n₂=d₂/d₁ .

u - передаточное число - есть отношение угловой скорости ведущего вала к угловой скорости ведомого вала. Передаточное число обратно пропорционально отношению диаметров.

КПД редуктора и отношение вращающих моментов(Т₁ и Т₂) валов редуктора приведены в формулах:

; ; u=n₁/n₂=d₂/d₁ – передаточное число.

Интервал рекомендуемых передаточных чисел [U_цил]=3,0…5,0 ;

кпд-=0,96…0,98 .

Одно ступенчатый редуктор с коническими зубчатыми колесами:

I вал-вал шестерня Z1; число оборотов n₁ ; мощность Р₁;

вращающий момент Т₁

II вал-вал конического колеса Z2;

число оборотов n₂; мощность Р₂;

вращающий момент Т₂

Состоит из конической шестерни, консольно размещенной на валу и конического колеса. Коническая шестерня конструктивно выполняется чаще всего вместе с валом (вал-шестерня).Эта конструкция вал-шестерня изготавливается из паковки, качество вал- шестерни выше, а стоимость ниже, чем вала с насадной шестерней. Именно поэтому все шестерни редукторов выполняются вместе с валом ( это относится и цилиндрическим шестерням ). Выступающим концам валов-шестерен придают коническую форму, хотя возможна и цилиндрическая.

Оси валов конической передачи пересекаются , коническая передача поворачивает силовой поток.

Одно ступенчатый редуктор с червячной передачей.

Передача состоит из червяка и червячного колеса, их оси вращения перекрещиваются. На контакте червяка с колесом реализуется скорость скольжения и кпд -0,7…0,92.

Передаточное число одной ступени редуктора [U_черв]=10,0…28,0 (40);

Ведущее звено Z1- червяк (винт); имеет число оборотов n₁ ; мощность Р₁;

вращающий момент Т₁.

Ведомое звено Z2 –червячное колесо; имеет число оборотов n₂; мощность Р₂;

вращающий момент Т₂.

При большой скорости скольжения V> 2м/сек червячное колесо изготавливается из материала , содержащего бронзу.

Z ₁ – червяк.

Z₂ - червячное колесо

Двухступенчатые редукторы.

В качестве примера рассмотрим редуктор двух ступенчатый, трехосный с цилиндрическими зубчатыми колесами, косозубый.

Z ₁ -шестерня быстроходной ступени.

число оборотов n₁ ; мощность Р₁;

вращающий момент Т₁

Z₂ – колесо быстроходной ступени.

число оборотов n₂ ; мощность Р₂;

вращающий момент Т₂

Z₃-шестерня быстроходной ступени.

Z₄ -колесо тихоходной ступени.

число оборотов n₃ ; мощность Р₃;

вращающий момент Т₃.

Передаточное число редуктора: U_общ= U_быст∙ U_тихох=( n₁/ n₂) ∙( n₂/ n₃)=(n₁/ n₃).

Редуктор двух ступенчатый, трехосный с цилиндрическими зубчатыми

колесами, косозубый могут быть по схеме расположения валов и зубчатых колес : горизонтальные , вертикальные ,соосные. Для каждого типа производится разбивка общего передаточного числа редуктора по ступеням.

Так для редуктора на схеме U_общ= U_быст∙ U_тихох определяется U_тихох по формуле:

U_тихох =0.88∙ (U_общ)^1/2 тогда U_быстр= U_общ/ U_тихох

Схема привода

Для обеспечения движения рабочих исполнительных механизмов служат двигатели. Двигатели производят с синхронном числом оборотов вала двигателя, (в соответствии с нормальным рядом чисел) Обороты вала выпускаемых двигателей об/мин: 3000,1500,1000,750об/мин.

Для уменьшения числа оборотов вала двигателя применяются механизмы, понижающие число оборотов до заданного на рабочем валу.

n ₁ - оборотов вала двигателя ;

n₄– обороты вала барабана

привод состоит:

1.злектро двигатель;

2. муфта;

3. редуктор одноступенчатый с цилиндрическими зубчатыми колесами;

4.цепная передача;

5 барабан.

U_общ= U_редук∙ U_{цеп пер}=( n₂/ n₃) ∙( n₃/ n₄

Общий кпд привода U_редук =2…5; U_{цеп пер}= 1.5…4

Муфта –для соединения валов.

Схемы приводов состоят из различных конструкций редукторов

Примеры чертежей редукторов

На рис.1 представлен чертеж одноступенчатого редуктора ( вид сверху) с цилиндрическими зубчатыми колесами.

Для этого редуктора производится расчет межосевого расстояния и геометрических размеров зубчатых колес, расчет валов ,шпонок,

расчет подшипников ,подбор крышек , уплотнений ,болтов, основной расчет корпуса, подбор смазки подшипников, зубчатых колес.

На рис.2 представлен чертеж одноступенчатого редуктора ( вид сверху) с коническими зубчатыми колесами.

Методика расчета конических зубчатых колес , с учетом геометрии колес, не отличается от методики расчета цилиндрических зубчатых колес и как и набор деталей составляющих редуктор.

Особенностью конического редуктора является возможность поворота на ведущем валу редуктора под углом, чаше всего это угол 90⁰ .

На рис.3 представлен разрез одноступенчатого червячного редуктора. Червячные редукторы отличаются тем, что имеют большой диапазон передаточного числа. Так одна степень редуктора может осуществить передаточное число U= 8….40. Чаще всего червячные редукторы имеют

U= 8…20. Червячные редукторы также как и конические поворачивают силовой поток. Главные недостатки червячных редукторов: применение цветных металлов для изготовления червячного колеса, высокий нагрев масла, которое требует дополнительного охлаждения.

Рис 3. чертеж червячного редуктора (фронтальный разрез).

Эти виды редукторов выдаются студентам для курсового проектирования.

Задание на курсовой проект по деталям машин

СПРОЕКТИРОВАТЬ: привод к смесителю

Кинематическая схема:		График нагрузки:
1 – электродвигатель; 2 – ременная передача; 3 – редуктор; 4 - цепная передача; 5 - смеситель.		Т – крутящий момент, Н*м; t – срок службы, тыс. час.
Данные для расчета:
Параметры			Размерность	Значение
Мощность на ведомом валу привода			кВт	1,9
Число оборотов ведомого вала редуктора			об/мин	90,8
Срок службы привода			тыс. час.	2
Графическая часть:
1 – монтажный чертеж привода; 2 - сборочный чертеж редуктора; 3 – рабочие чертежи деталей (по указанию руководителя).
	Руководитель проекта /./

Цель расчёта:

1. Определение параметров электродвигателя (мощность, частота вращения)

2. Разбивка на передачи, определение передаточных чисел.

3. Определение мощностей, частот вращения и крутящих моментов на каждом валу привода.

1. Расчёт общих параметров привода.

Дано

Р_тр =Р₄ =1,9кВт

n₄ =90,8 об/мин

–срок службы

Методика расчёта:

1-1. Выбор электродвигателя:

Значения кпд механических передач (без учета трения в подшипниках) табл.1-1

Тип передачи	Значения КПД передачи
	закрытой	открытой
Зубчатые передачи: с цилиндрическими колесами	0,96...0,98	0,93...0,95
с коническими колесами	0,95...0,97	0,92...0,94
Цепная передача	0,93...0,95	0,90...0,92
Муфта компенсирующая	0,99...0,995	0,98...0,99
Ременная передача	—	0,95..0,98
Примечание. КПД подшипников качения — 0,990...0,995, КПД подшипников скольжения — 0,980...0,990 на обе опоры каждого вала. Приняв меньшие значения КПД, можно КПД подшипников и муфты не учитывать.

Общий кпд привода: (табл.1-1)

Выбор электродвигателя по таблице 1-2

Технические данные электродвигателей серии 4а

Тип двигателя	Мощность , кВт	, об/мин
1	2	3	4	5
Частота вращения 3000 об/мин
4А71В2УЗ	1,1	2810	2,0	2,2
4А80А2УЗ	1,5	2850	2,1	2,6
4А80В2УЗ	2,2	2850	2,1	2,6
4A90L2У3	3,0	2840	2,1	2,5
4А100S2УЗ	4,0	2880	2,0	2,5
4А100L2УЗ	5,5	2880	2,0	2,5
4А112М2УЗ	7,5	2900	2,0	2,8
4А132М2УЗ	11,0	2900	1,6	2,8
4А160S2УЗ	15,0	2940	1,4	2,2
4А160М2УЗ	18,5	2940	1,4	2,2
4А180S2УЗ	22,0	2945	1,4	2,5
4А180М2УЗ	30,0	2945	1,4	2,5
Частота вращения 1500 об/мин
4А80А4УЗ	1,1	1420	2,0	2,2
4А80В4УЗ	1,5	1415	2,0	2,2
4А90L4УЗ	2,2	1425	2,0	2,4
4А100S4УЗ	3,0	1435	2,0	2,4
4А100L4УЗ	4,0	1430	2,0	2,4
4А112М4УЗ	5,5	1445	2,0	2,2
4А132S4УЗ	7,5	1455	2,2	3,0
4А132М4УЗ	11,0	1460	2',2	3,0
4А160S4УЗ	15,0	1465	1,4	2,3
4А160М4УЗ	18,5	1465	1,4	2,3
4А180S4УЗ	22,0	1470	1,4	2,3
4А180М4УЗ	30,0	1470	1,4	2,3
Частота вращения 1000 об/мин
4А80В6УЗ	1,1	920	2,0	2,2
4А90L6УЗ	1,5	935	2,0	2,2
4А100L6УЗ	2,2	950	2,0	2,2
4А112МА6УЗ	3,0	955	2,0	2,5
4А112МВ6УЗ	4,0	960	2,0	2,5
4А132S6УЗ	5,5	965	2,0	2,5
4А132М6УЗ	7,5	970	2,0	2,5
4A160S6У3	11,0	975	1,2	2,0
4А160М6УЗ	15,0	975	1,2	2,0
4А180М6УЗ	18,5	975	1,2	2,0
1	2	3	4	5
4А200М6УЗ	22,0	975	1,2	2,0
4A200L6У3	30,0	980	1,2	2,0
Частота вращения 750 об/мин
4А90LВ8УЗ	1,1	700	1,6	1,9
4А100L8УЗ	1,5	700	1,6	1,9
4А112МА8УЗ	2,2	700	1,8	2,2
4А112МВ8УЗ	3,0	700	1,8	2,2
4А132S8УЗ	4,0	720	1,8	2,6
4А132М8УЗ	5,5	720	1,8	2,6
4А160S8УЗ	7,5	730	1,4	2,2
4А160М8УЗ	11,0	730	1,4	2,2
4А180М8УЗ	15,0	730	1,2	2,0
4А200М8УЗ	18,5	735	1,2	2,0
4А200L8УЗ	22,0	730	1,2	2,0
4А225М8УЗ	30,0	735	1,2	2,0
Примечание. Частоты вращения 3000, 1500, 1000, 750 об/мин синхронные. В графе указана расчетная (номинальная) частота вращения электродвигателя с учетом скольжения. Структура условного обозначения на примере электродвигателя 4А112МВ8УЗ: 4 — порядковый номер серии; А — вид двигателя (асинхронный); 112 — высота оси вращения вала от основания (h — см. табл. 1.3); М (или S, L) — установочный размер по длине станины; В (или А) — условная длина сердечника статора; 8 — число полюсов (2, 4, 6, 8); У — климатическое исполнение; 3 — категория климатического исполнения. Форма исполнения электродвигателей: М100 — электродвигатели горизонтальные, станина на лапах; М200 — то же и дополнительно с фланцами на щите; М300 — горизонтальные, с фланцем на щите, без лап; М302 — вертикальные, с фланцем на щите, без лап.

Для данной задачи из табл1-2 выбираем:

Технические данные элктродвигателей серии 4А. табл1-2

Тип двигателя	Мощность Рэ, кВт	nэ об/мин	Тмах /Тном	dвала двигателя, мм
Частота вращения двигателя 1500об/мин
4A90L4У3	2,2	1425	2,4	24
4A100S 4У3	3,0	1435	2,4	28

Оценим выбор двигателя по мощности : 2.2кВт или 3кВт.

Возьмём двигатель, мощностью Р_ЭЛД =3кВт

недогрузка двигателя

Возьмём двигатель, мощностью :

перегруз двигателя.

Выбираем двигатель, мощностью со средними частотами вращения:

По таблице выбираем электродвигатель с асинхронным числом оборотов 1435об/мин.

Марка двигателя 4А100S4У3

1-2. Определение передаточных чисел передач, входящих в привод.

,

Т. к. цепная и ременная передачи могут иметь нестандартное передаточное число, зададим из рекомендуемого диапазона :

Для цилиндрических колес, [u_цил] = 3,0…5,0(6,3).

Для ременной передачи:

[u_рем] = 1,5…3,0(4,0) — для клиноременной,

[u_рем] = 3,0…5,0(6,0) — для плоскоременной.

- для цепной передачи

Примем .

Тогда: произведение

Пользуясь рекомендацией по разбивке передаточных чисел, назначаем для цилиндрической зубчатой передачи по рекомендуемому диапазону

Стандартный ряд передаточных чисел для зубчатой передачи: 1 ряд …2,0; 2,5; 3,15; 4,0; 5,0; 6,3…..

.

Вычисляем передаточное число ременной передачи:

u_общ =u_рем u_цил u_цеп =2,5*3,15* 2=15,75;

Определим отклонение u_общ =15,75 от необходимого u_общ =15,8:

Т.к.этот вариант даёт допустимую ошибку, выбираем двигатель 4А100S4У3.

1-3. Определение мощностей, частот вращения и крутящих моментов на каждом валу привода.

. Выбранный двигатель с числом оборотов 1435, соответствует допустимым отклонениям по числу оборотов.

Результаты расчётов: Таблица кинематических параметров.

I	3,0	1435	19,96
II	2,82	574	47
III	2,73	182,2	143
IV	2,48	91,1	255

U₁=2,5 ; U₂=3,15; U₃=2.

Проектный расчет валов.

При проектном расчете валов диаметр вала рассчитывается по крутящему моменту на валуи допускаемому напряжению для материала валов. При этом величина допускаемого напряжения на кручение берется заниженным, с учетом того , что вал работает еще и на изгиб, который в проектный расчет не учитывается.

Назначаем сталь 45, предел прочности стали σ_в =700МПа.

Рекомендуемые напряжения кручения для редукторов выбирают в интервале [τ] =(12…20)МПа.

Расчетная формула на кручение:

Где -момент сопротивления круглого сечения кручению.

-принятое допускаемое напряжение

d₁=28 мм, - диаметр вала электродвигателя, табличное значение.

d₂ =25–принять d₂=25мм. –вал шестерни;

d₃ =36мм –вал зубчатого колеса;

d₄ =43 мм- рабочий вал.