Содержание

Введение 4

1. Последовательность выполнения первого этапа РГР 6

1.1. Анализ исходных данных 6

1.2. Подготовка исходных данных для ввода в компьютер 7

1.3. Выбор оптимального варианта компоновки редуктора 21

1.4. Конструирование валов редуктора привода 35

1.5. Выбор подшипников качения для валов редуктора 42

1.6. Кинематический расчет редуктора 42

1.7. Статическое исследование редуктора 43

1.8. Расчет на прочность зубчатых передач редуктора 49

2. Второй этап РГР. Расчеты подшипников качения редуктора. Конструирование основных соединений 56

2.1. Определение ресурса подшипников промежуточного вала редуктора 56

2.2. Опоры с коническими и шариковыми радиально-упорными подшипниками 62

2.3. Расчет вала на усталостную прочность 64

2.4. Соединение вал-ступица 66

2.5. Общие рекомендации к выполнению эскизов 67

Заключение 68

Список литературы 69

Приложения 70

Приложение 1. Асинхронные двигатели серии АИР 70

Приложение 2. Справочные данные для расчета зубчатых передач 73

Приложение 3. Подшипники качения 77

Приложение 4. Шпоночные и шлицевые соединения 90

Введение

Расчетно-графическая работа по дисциплине «Детали машин и основы конструирования» предусмотрена учебным планом для студентов для студентов всех форм обучения, обучающихся по направлениям подготовки бакалавров 150700 «Машиностроение», 151900 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств», 221000 «Мехатроника и робототехника» в рамках бакалаврской и инженерной подготовки дипломированных специалистов и является важным этапом, предшествующим курсовому проектированию, – особой разновидности учебного процесса, целью которого является получение и развитие студентами навыков и умений самостоятельного технического творчества в направлении проектирования изделий машиностроения.

Задачами курсового проектирования являются систематизация и закрепление знаний, полученных при изучении дисциплины «Детали машин и основы конструирования» и предшествующих дисциплин, применение знаний к решению инженерных задач, привитие навыков расчетной работы, освоение правил и приемов составления графических и текстовых документов, умения пользоваться специальной литературой и стандартами.

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся на механических специальностях очной, очно-заочной и заочной формы обучения, выполняющих курсовой проект (работу) по дисциплине «Детали машин и основы конструирования», а также может быть полезным при выполнении практических занятий, домашних заданий по курсам «Прикладная механика» и «Техническая механика». Содержит приведенные в доступной и сжатой форме типовые алгоритмы действий, выполняемых студентом с целью разработки эскизного проекта цилиндрического редуктора, реализуемого в два этапа:

1. Анализ исходных данных задания, подготовка параметров для ввода в компьютер, обработка информации, получаемой от компьютера в виде распечатки нескольких вариантов расчета с целью выбора оптимального по назначенным критериям оптимизации, графическое оформление оптимального варианта, статическое и кинематическое исследование редуктора, проверочный расчет на прочность одной из его зубчатых передач;

2. Предварительный расчет валов, определение нагрузок на опоры валов, подбор подшипников и проверка их работоспособности, а также проектирование и расчеты деталей соединений.

При выполнении расчетно-графической работы используются расчеты на компьютере, выполняемые в соответствии с программами REDUCE и MODUL, результаты которых выдаются в виде распечаток или в электронном виде. Распечатка содержит несколько вариантов сочетаний основных параметров зубчатых передач – межосевого расстояния, диаметров шестерни и колеса, ширин зубчатых венцов, модуля и чисел зубьев, передаточных отношений, коэффициентов смещений, углов наклона зубьев для быстроходной и тихоходной передач редуктора. Кроме того, приводятся значения требуемой динамической грузоподъемности подшипников качения для радиальных шариковых или конических роликовых радиально-упорных для всех валов редуктора, по которым может быть осуществлен их выбор из стандартных каталогов.

На этапе эскизного проектирования производится необходимый выбор оптимального варианта компоновки редуктора по нескольким критериям оптимизации – минимальному объему корпуса, минимальной массе заготовок для зубчатых колес, выполнению условий смазки и др.

1. Последовательность выполнения первого этапа ргр

1.1. Анализ исходных данных

Исходные данные выдаются студенту как техническое задание в виде набора параметров, необходимых и достаточных для выполнения всех этапов эскизного проектирования редуктора, входящего в состав разрабатываемого изделия – привода общего назначения, привода механизма подъема груза (лебедки), привода конвейера и т.п.

1. Исходные данные для проектирования привода общего назначения включают следующие параметры

1. кинематическая и компоновочная схемы привода;

2. кинематическая (принципиальная) схема редуктора;

3. момент Т_Т на тихоходном вале редуктора, Нм;

4. частота вращения n_Т тихоходного вала редуктора, мин^-1;

5. режим работы в виде графика нагрузки или в безразмерных параметрах по ГОСТ 21354-87;

6. серийность производства;

7. срок службы L_h, час.

1.1.2. Данные для проектирования привода лебедки

1. кинематическая и компоновочная схемы привода;

2. кинематическая (принципиальная) схема редуктора;

3. усилие F_к в канате, набегающего на барабан лебедки, Н;

4. скорость V набегания каната на барабан, м/с;

5. режим работы по ГОСТ 21354-87;

6. серийность производства;

7. срок службы L_h, час.

1.1.3. Данные для проектирования привода конвейера

1. кинематическая и компоновочные схемы привода;

2. кинематическая (принципиальная) схема редуктора;

3. тяговое усилие F, Н;

4. скорость V транспортирования, м/с;

5. режим работы по ГОСТ 21354-87;

6. серийность производства;

7. срок службы L_h, час.

1.2. Подготовка исходных данных для ввода в компьютер

Для загрузки данных в компьютер, выполняющий несколько вариантов проектного расчета редуктора и выдающий соответствующую информацию в виде распечатки, необходимо заполнить таблицу, содержащую параметры, идентифицирующие личность студента и определяемые приведенными ниже расчетами, представленные индивидуально или в составе группы. Форма таблицы и пример ее заполнения приведены в табл. 1.1.

Ниже приводятся описания и алгоритмы для определения параметров, вводимых в табл. 1.1, в соответствии с типом проектируемого привода (см. п.п. 1.1.1 – 1.1.3).

Таблица 1.1

№	Фамилия студента	Группа	T2T, Нм	i	[H]Б, МПа	[H]Т, МПа	ba (Б)	ba (Т)	n, об/мин	Lhe, час	Код передачи		Код схемы редуктора
											Б	Т
01	Иванов М.Н.	СП-300	1180	29,4	690	865	0,55	0,45	1455	2400	3	2	21
02	Решетов Д.Н.	РМП-312	870	18,6	620	750	0,28	0,42	955	3800	4	2	23

1.2.1. Привод общего назначения

1.2.1.1. Момент на колесе тихоходной передачи

Момент на колесе тихоходной передачи редуктора находим по формуле

Т_2Т = Т / (_п_упл),

где Т – момент, определенный заданием;

_п – коэффициент полезного действия (КПД) подшипников, рекомендуется _п = 0,99 для пары подшипников качения тихоходного вала;

_упл – КПД уплотнений, предварительно назначаемый _упл = 1.

1.2.1.2. Передаточное отношение редуктора

Передаточное отношение редуктора i зависит от кинематических возможностей схемы редуктора и от параметров выбранного электродвигателя и определяется по формуле:

i = n_1Б / n = n_эд / n,

где n_эд – номинальная частота вращения вала электродвигателя; n – частота вращения тихоходного вала редуктора, указанная в задании на проект.

Подбор электродвигателя с номинальной мощностью P_эд производится по требуемой мощности P (кВт), исходя их условия:

P  P_эд,

где P = Тn / (9550), кВт.

В этой формуле  – КПД привода, определяющий: потери в зацеплениях зубчатых передач – _зац , в подшипниках – _п , уплотнениях – _упл , в муфтах, соединяющих валы электродвигателя и редуктора – _м , потери, связанные с разбрызгиванием масла – _мв и т.д. и рассчитываемый по формуле:

В предварительных расчетах принимаем следующие значения:

_зац = 0,97…0,98; _п = 0,99; _упл = 1; _м = 1; _мв = 1.

Стандартный электродвигатель, работающий при постоянном режиме нагружения (Р  const), можно использовать с перегрузкой не более 8%, а работающий при переменной нагрузке – до 12%.

Каталог асинхронных электродвигателей частично приведен в табл. П1.1 и содержит для одного значения номинальной мощности несколько синхронных частот вращения ротора n_с , зависящего от числа пар полюсов, это 3000, 1500, 1000 и 750 мин^-1. Номинальная частота вращения n_эд под нагрузкой может быть определена или из условного обозначения электродвигателя (например, для двигателя 90L4/ 1425 частота n_эд = 1425 мин^-1) или по формуле:

n_эд  0,95 n_с.

Рекомендуется определить четыре варианта значений передаточных отношений редуктора i, выбрать оптимальное с помощью преподавателя или из условия i = 10…30 и окончательно выбрать электродвигатель по каталогу и назначить передаточное отношение i, для чего можно использовать табл. 1.2, форма и пример заполнения которой приведены для значения Р_эд = 5,9 кВт (перегрузка менее 8%).

Необходимо сделать эскиз выбранного (отмеченного ^*) электродвигателя с указанием всех его размеров (рис. П1.1).

Таблица 1.2

Вариант	Тип двигателя	nс, об/мин	nэд, об/мин	n, об/мин	i = nэд / n
1	132M8/720	750	720	63	11,43
2	132S8/965	1000	965		14,70
3	112M4/1445	1500	1445		22,94*
4	100L2/2880	3000	2880		45,71

1.2.1.3. Допускаемые контактные напряжения

Назначение допускаемых контактных напряжений – весьма ответственная задача, решаемая оптимизацией конструкции изделия по многим критериям, однако при эскизном проектировании возможен учет только основных, это: минимальная масса заготовок для зубчатых колес и валов, минимальный объем корпуса, соблюдение условий смазки.

Предварительно можно рекомендовать в редукторах по схемам 20, 21, 22, 23 и 24:

для передачи тихоходной ступени,

≥ 500 МПа;

для передачи быстроходной ступени,

≥ 500 МПа.

При необходимости сокращения габаритов и массы редуктора целесообразно определить [_H]_Б и [_H]_Т по зависимостям в табл. 1.11 и формулам в разделе 1.8.2.

В табл. 1.1 заносим округленные (по правилам округления) значения, кратные десяти. Например: [_H]_Т = 826 МПа, назначаем [_H]_Т = 830 МПа.

Принятые значения ориентировочны и подлежат уточнению в ходе дальнейшей работы над курсовым проектом.

1.2.1.4. Коэффициенты относительной ширины колес

Относительная ширина зубчатых венцов в передачах быстроходной _ba Б и тихоходной _ba Т ступеней редуктора может быть назначена по материалам §2 [3] или подсчитана по формулам:

1. для редукторов по схемам 20 и 24:

– тихоходная передача ;

– быстроходная передача ;

2. для редуктора по схеме 21:

– тихоходная передача ;

– быстроходная передача ;

3. для редуктора по схеме 22:

– тихоходная передача ;

– быстроходная передача ;

4) для редуктора по схеме 23:

– тихоходная передача (цилиндрическая прямозубая или косозубая)

;

– быстроходная передача с коническими колесами, в предположении, что колеса прямозубые, при K_be = b_w / R_e = 0,285 (здесь R_e – внешнее конусное расстояние)

_ba Б = 0,28.

1.2.1.5. Эквивалентное время работы

Эквивалентное время работы L_he назначают с учетом категории режима работы по ГОСТ 21354-87 по следующим правилам:

– по табл. 1.3 определяем коэффициент _H;

– находим L_he по формуле:

L_he = _h  L_h,

где L_h – заданный срок службы, час.

Полученное значение можно округлить до числа, кратного ста.

Таблица 1.3

Коэффициенты эквивалентности

Коэффициент эквивалентности	Термообработка	m	Режим работы
			0	I	II	III	IV	V
mH (KHE)	любая	6	1,0	0,5	0,25	0,18	0,125	0,063
mF (KFE)	улучшение, нормализация, азотирование	6	1,0	0,3	0,143	0,065	0,038	0,013
	закалка объёмная, поверхностная, цементация	9	1,0	0,2	0,1	0,036	0,016	0,004

1.2.1.6. Коды передач редуктора

Код передачи соответствует принятому в программе компьютера обозначению:

– прямозубая передача – 1;

– косозубая передача – 2;

– шевронная передача – 3;

– коническая прямозубая – 4.

Пример. Редуктор по схеме 21, первая ступень (быстроходная передача) шевронная, вторая ступень (тихоходная ступень) – косозубая. В табл. 1.1 записываем соответственно 3 и 2.

1.2.1.7. Код схемы редуктора

Код схемы редуктора указывается в задании на курсовой проект. В соответствии с примером (см. 1.2.1.6) заносим 21.