Введение

При изучении раздела «Передачи» дисциплин «Детали машин и основы конструирования», «Основы конструирования машин» и «Детали машин» студентам вузов приходится сталкиваться с необходимостью использования большого числа литературных источников, что требует значительных затрат времени. С целью сокращения этих затрат, а также с целью облегчения первого знакомства студентов с методиками прочностных и геометрических расчетов основных видов механических передач и подготовлены эти методические указания.

Все расчеты изложены по единой методике, в основу которой положены критерии работоспособности деталей механических передач машиностроения. Методические указания содержат все необходимые материалы для выполнения расчетов зубчатых и червячных передач с учетом требований современных стандартов.

Настоящие методические указания предназначены для самостоятельной работы студентов при выполнении расчетно-графических работ и курсовых проектов по дисциплинам «Детали машин и основы конструирования», «Основы конструирования машин» и «Детали машин», а также при подготовке к зачетам и экзаменам.

1. Объем курсового проекта

1. Выбор электродвигателя и муфты

2. Выбор материалов и термической обработки для изготовления зубчатых колес передач редуктора.

3. Расчет основных геометрических параметров передач редуктора:

• межосевых расстояний;

• диаметров колес (делительного, впадин и выступов);

• ширины зубчатого венца;

4. Проверка на контактную и изгибную прочность зубьев шестерни и колеса 1-й ступени.

5. Конструирование шестерни и колеса 1-й ступени.

6. Выбор и расчет на долговечность подшипников 1-го вала редуктора.

7. Конструирование 1-го вала редуктора.

8. Выбор и расчет на смятие шпонки для хвостовика 1-го вала редуктора.

9. Выбор подшипников для 2-го и 3-го валов редуктора конструктивно, т.е. по диаметру вала, рассчитанному на этапе выбора электродвигателя.

10. Конструирование 2-го и 3-го валов редуктора

11. Конструирование корпуса редуктора.

12. Выбор способа смазывания, сорта, объема и уровней масла в редукторе.

13. Составление спецификации к редуктору.

14. Оформление сборочного чертежа редуктора.

15. Оформление чертежа 1-го вала редуктора.

16. Оформление чертежа зубчатого колеса 1-й ступени редуктора.

17. Оформление чертежа сквозной крышки подшипника.

18. Оформление списка литературы.

2. Алгоритм проектирования редукторной передачи и привода машины

Весь объем работы можно разделить на следующие этапы:

1. Выбор источника энергии.

2. Определение основных энергокинематических параметров редуктора, согласование их с соответствующими стандартами.

3. Выбор материалов и термообработки для изготовления шестерен, колес, червяков.

4. Расчет, согласование со стандартами основных геометрических параметров передач редуктора.

5. Выполнение проверочных расчетов зубьев колес на усталостную прочность.

6. Эскизирование рассчитанных передач.

7. Конструирование шестерен, колес, червяков.

8. Решение вопросов смазки зацеплений и опор валов передач редуктора.

9. Выбор и проверочный расчет подшипников качения на долговечность.

10. Эскизирование подшипниковых узлов.

11. Конструирование валов передач редуктора.

12. Выбор, проверочный расчет шпонок и конструирование шпоночных соединений.

13. Уточненный расчет валов редуктора на усталостную прочность.

14. Конструирование корпусных деталей редуктора.

15. Конструирование сварной рамы (или литой плиты).

16. Вычерчивание всех сборочных и деталировочных чертежей и составление спецификаций.

Оформление расчетно-пояснительной записки к курсовому проекту.

3. ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ. РАСЧЕТ КИНЕТИКИ ПРИВОДА МАШИНЫ

1. Выбор электродвигателя

Выбор электродвигателя производят по каталогам (ГОСТ 19523-81) в зависимости от рассчитанной требуемой мощности электродвигателя Р_дв и числа оборотов его вала n _дв.

Требуемую расчетную мощность электродвигателя определяют по формуле:

(1)

где: η_ – общий КПД привода.

КПД привода характеризует потери мощности при передаче энергии от электродвигателя к исполнительному органу машины. Его вычисляют как произведение КПД элементов привода. Например, для привода, приведенного на рис. 1, состоит из электродвигателя, соединительных муфт и двухступенчатого цилиндрического редуктора (с быстроходной и тихоходной ступенью), то КПД такого привода вычисляют по зависимости:

η_ = η_М².η_Б.η_Т.η_ПК⁴ , (2)

где η_{М –} КПД муфты_; η_Б ; η_Т – соответственно: КПД быстроходной и тихоходной ступеней редуктора; η_{ПК –} КПД одной пары подшипников_.

Рис. 1 – Привод лебедки с двухступенчатым цилиндрическим редуктором

Если привод состоит из электродвигателя, соединительных муфт и одноступенчатого червячного редуктора (рис. 2), то КПД такого привода вычисляют по зависимости:

η_ = η_М.η_ЗАЦ.η_П² , (3)

здесь η_ЗАЦ - КПД червячной передачи.

Показатель степени КПД подшипников в формулах (2) и (3) соответствует числу валов привода.

Рис. 2. – Схема привода с червячным редуктором

Затем следует вычислить общий КПД привода (табл. 1) и величину требуемой мощности электродвигателя (1).

Таблица 1. – Значения КПД

Передача	КПД
Зубчатая редукторная цилиндрическая передача	0,97 – 0,98
Зубчатая редукторная коническая передача	0,96 – 0,97
Червячная редукторная передача:
при числе заходов червяка z1 = 1	0,70 – 0,75
при числе заходов червяка z1= 2	0,80 – 0,85
при числе заходов червяка z1= 4	0,85 – 0,95
Цепная открытая	0,90 – 0,95
Клиноременная	0,95 – 0,97
Одна пара подшипников качения	0,99
Муфта соединительная	0,98

Требуемую частоту вращения вала электродвигателя вычисляют по зависимости:

n _ДВ = n _ВЫХ . u_РЕД , (4)

где u_ред – передаточное число редуктора.

С целью сокращения времени на выбор электродвигателя, отвечающего требованиям исходных данных к проектированию машины, следует рассчитать диапазон возможных частот вращения вала электродвигателя.

n _{дв min} = n_вых ^. u_{ред min} (5)

n_{дв max} = n_вых ^. u_{ред max}

Передаточное число двухступенчатого редуктора равно произведению передаточных чисел быстроходной u_Б и тихоходной u_Т ступеней

u_ред = u₁^. u₂ (для червячного редуктора: u_ред = u_чп).

Диапазон возможных частот вращения вала электродвигателя надо рассчитать по формулам. (5), зная диапазон рекомендуемых значений передач привода (табл. 2).

Таблица 2 – Некоторые значения передаточных чисел основных видов