Введение

Целью выполнения проекта является закрепление знаний и их использование при проектировании механического привода.

Задачей работы является подбор электродвигателя, выполнение кинематического расчета, расчет ременной передачи и редуктора, определение геометрических и контурных размеров деталей и проверок их на прочность.

При выполнении графической части проекта использованы результаты проведенных расчетов.

1 Схема привода

В механический привод (рисунок 1) входят электродвигатель 1, ременная передача и редуктор. Ременная передача включает в себя ве­дущий 2 и ведомый 3 шкивы, ремень 4. Редуктор - цилиндрический двух­ступенчатый соосный.

Рисунок 1

Зубчатые колеса быстроходной 5 и тихоходной 6 ступеней насаже­ны на входной 7, промежуточный 8 и выходной 9 валы. Подшипники 10 поддерживают валы и позволяют им свободно вращаться. Зубчатые коле­са, валы и подшипники расположены внутри закрытого чугунного корпу­са II. Выходной вал редуктора соединен с приемным валом 12 машины муфтой 13. Ввиду того, что входной и выходной валы располагаются по одной оси, для размещения их подшипников внутри корпуса имеется опора 14, укрепленная ребром жесткости 15.

2 Кинематический расчет и выбор электродвигателя

2.1 Определение потребной мощности и выбор электродвигателя

Общий КПД привода рассчитываем по формуле:

(2.1)

где – КПД клиноременной передачи;

– КПД быстроходной и тихоходной цилиндрических передач;

– КПД одной пары подшипников.

Потребная мощность , кВт, рассчитываем по формуле:

(2.2)

где – мощность на выходном валу редуктора.

. (2.3)

Выбираем из таблицы «Двигатели закрытые обдуваемые единой серии 4А» тип двигателя 4А112М4 по потребной мощности при условии (2.4) и (2.5):

(2.4)

где – номинальная мощность электродвигателя.

, (2.5)

2.2 Определение передаточного числа и распределение его между типами и ступенями передач

Общее передаточное число привода рассчитываем по формуле:

(2.6)

где – рабочая частота вращения вала электродвигателя,

– частота вращения выходного вала редуктора.

Из условия рационального соотношения размеров диаметра ведомого шкива ременной передачи и редуктора принимаем передаточное число ременной передачи :

(2.7)

Передаточное число редуктора рассчитываем по формуле:

(2.8)

Передаточное число тихоходной ступени редуктора рассчитываем по формуле:

(2.9)

Передаточное число быстроходной ступени редуктора рассчитываем по формуле:

(2.10)

2.3 Частоты и угловые скорости вращения валов редуктора

Частота входного вала , об/мин, рассчитываем по формуле:

(2.11)

Частота промежуточного вала , об/мин, рассчитываем по формуле:

(2.12)

Частота выходного вала , об/мин, рассчитываем по формуле:

(2.13)

Частота приемного вала , об/мин, рассчитываем по формуле:

(2.14)

Угловая скорость входного вала , с^-1, рассчитываем по формуле:

(2.15)

Угловая скорость промежуточного вала , с^-1, рассчитываем по формуле:

(2.16)

Угловая скорость выходного вала , с^-1, рассчитываем по формуле:

(2.17)

Угловая скорость приемного вала , с^-1, рассчитываем по формуле:

(2.18)

2.4 Мощности и вращающие моменты на валах редуктора

Мощность входного вала , кВт, рассчитываем по формуле:

(2.19)

Мощность промежуточного вала , кВт, рассчитываем по формуле:

(2.20)

Мощность выходного вала , кВт, рассчитываем по формуле:

(2.21)

Мощность приемного вала , кВт, рассчитываем по формуле:

(2.22)

Момент входного вала , Нм, рассчитываем по формуле:

(2.23)

Момент промежуточного вала , Нм, рассчитываем по формуле:

(2.24)

Момент выходного вала , Нм, рассчитываем по формуле:

(2.25)

Момент приемного вала , Нм, рассчитываем по формуле:

(2.26)

3 Расчет ременной передачи

Проектирование клиноременной передачи начинают с выбора сечения ремня по номограмме (рисунок 2) в зависимости от мощности Р_п на ведущем валу и частоты n_э вращения вала.

Согласно номограмме (рисунок 2) получаем сечение А.

Рисунок 2 -Номограмма для выбора сечения клинового ремня

Из таблицы «Клиновые ремни (ГОСТ 1284.1-89)» получаем размеры сечения ремня:

Из таблицы «Шкивы для клиновых ремней (ГОСТ 1284-39)» получаем размеры канавок:

Согласно «Шкивы для клиновых ремней (ГОСТ 1284-39)» выбираем расчетный диаметр шкива равный 160 мм при угле профиля канавок шкивов равном 36.

Диаметр ведомого шкива , мм, рассчитываем по формуле:

(3.1)

По таблице “Расчетные диаметры окружностей, проходящих через центр тяжести сечений ремня” выбираем равным 250 мм.

Межосевое расстояние (предварительное) , мм, рассчитываем припомощи формул:

(3.2)

(3.3)

(3.4)

Расчетная длина ремня , мм, рассчитываем по формуле:

(3.5)

После округления до ближайшего стандартного значения:

Уточнение межосевого расстояния , мм, рассчитываем при помощи формул:

(3.6)

(3.7)

(3.8)

Угол обхвата ремня малого шкива , град, рассчитываем по формуле:

(3.9)

Расчетная мощность , кВт, рассчитываем по формуле:

(3.10)

где – коэффициент, учитывающий влияние угла обхвата

– коэффициент, учитывающий влияние длины ремня

– коэффициент, учитывающий режим работы передачи (условия работы – режим легкий; нагрузка спокойная; кратковременная нагрузка до 120 )

– номинальная мощность, передаваемая одним ремнем(ГОСТ 1284.3-89), кВт

Из формулы (3.10) находим значение расчетной мощности , кВт:

Требуемое число ремней , рассчитываем по формуле:

(3.11)

где – коэффициент, учитывающий число ремней

Найденное значение округляем до целого числа:

Скорость ремня , м/с, рассчитываем по формуле:

(3.12)

Сила предварительного натяжения ремня , Н, рассчитываем по формуле:

(3.13)

Коэффициентθ, учитывающий влияние центробежных сил, равен 0,1, т.к. сечения ремня – Б.0

Сила, действующая на валы , Н, рассчитываем по формуле:

(3.14)

Рабочий ресурс (долговечность) клиноременной передачи , ч, рассчитываем по формуле:

(3.15)

где – число циклов, выдерживаемых ремнем, равное 4,610⁷

Ширина шкива , мм, рассчитываем по формуле:

(3.16)

4 Расчет и конструирование редуктора

4.1 Материалы зубчатых колес

Основным материалом для изготовления зубчатых колес служат термически обрабатываемые стали. По сравнению с другими материалами они в наибольшей степени обеспечивают прочность зубьев контактную и на изгиб.

В зависимости от твердости (или термообработки) стальные зубчатые колеса разделяют на две группы: твердостью НВ > 350 (с объемной закалкой, закалкой током высокой частоты (ТВЧ), цементацией, азотированием); твердостью НВ  350 (зубчатые колеса нормализованные или улучшенные).

Применение материалов с НВ > 350 позволяет существенно повысить нагрузочную способность зубчатых передач. Однако колеса из таких материалов плохо прирабатываются, поэтому требуют высокой точности изготовления, повышенной жесткости опор и валов. Кроме того, нарезание зубьев при твердости материала НВ > 350 затруднено. Выполнение требований к зубчатым передачам обуславливает термообработка после нарезания зубьев. Часто некоторые виды термообработки вызывают значительное коробление зубьев. Исправление формы зубьев требует осуществления дополнительных операций: шлифовки, притирки, обкатки. Эти трудности проще преодолеть в условиях крупносерийного и массового производства, когда окупаются затраты на специальное оборудование и инструменты.

Твердость материала НВ  350 позволяет производить нарезание зубьев после термообработки. При этом можно получать высокую точность без применения дорогих отделочных операций. Колеса этой группы хорошо прирабатываются и не подвержены хрупкому разрушению при динамических нагрузках. Для лучшей приработки зубьев твердость шестерни рекомендуется назначать больше твердости колеса на 30  50 единиц:

НВ1 НВ2 + (30…50) НВ,

(4.1)

где НВ₁, HВ₂ твердость рабочих поверхностей шестерни и колеса.

Технологические преимущества материала при НВ  350 обеспечили ему широкое распространение в условиях индивидуального и мелкосерийного производства, в мало- и средненагруженных передачах.

Учитывая, что заданием предусмотрено проектирование индивидуального привода, рекомендуется выбирать материалы для зубчатых колес с твердостью НВ  350. Для получения передач сравнительно небольших габаритов следует подобрать материал шестерни твердостью, близкой к НВ  300.

Данные о материалах представлены в виде таблицы 1.

Таблица 1 – Механические характеристики материалов зубчатых колес

Деталь	Марка стали	Термообработка	Твердость сердцевины HB, МПа	Диаметр заготовки d,мм
Зубчатая шестерня (I, II ступени)	40ХН	Улучшение	269-302	До 200
Зубчатое колесо (I, II ступени)	40ХН	Нормализация	220-250	200-300