пример привода передачи
.rtfРазмещено на http://allbest.ru
Введение
Проектируемый привод – привод бетономешалки – состоит из следующих основных элементов:
-электродвигателя, создающего вращательное движение
-одноступенчатого редуктора с цилиндрической зубчатой передачей
-Ременной передаче, соединяющей вал двигателя и входной вал редуктора
-Приводного вала мешалки с лопастями, установленного в емкости для перемешивания бетона.
-муфты, соединяющей выходной вал редуктора и приводной вал
Все передачи, использованные в приводе, - понижающие.
Зубчатые редукторы - механизмы с зубчатыми передачами, выполняемые в виде отдельных агрегатов. Редукторы служат для понижения частоты вращения и повышения вращающего момента от входного к выходному валу. Зубчатая передача нашего редуктора состоит из вала- шестерни (входной вал) и зубчатого колеса (выходной вал).
Расчетная часть записки посвящена проектированию и расчету основных деталей редуктора.
В графическую часть входит сборочный чертеж редуктора и сборочный чертеж привода.
1.Задание на проектирование
Рисунок 1. Схема привода.
ДАНО:
Момент на выходном валу редуктора
Мвых = 0,30кНм=300Нм
Частота вращения выходного вала
nвых = 70 об/мин
2. Кинематический и силовой расчет привода
2.1 Подбор электродвигателя
Мвых = , (1)
Мощность на выходном валу
Nвых = (2)
Nвых = =300∙70/9.55=2198Вт =2,198кВт
Определяем общий КПД привода
ηобщ = ηред · ηр · ηпкm , (3)
ηобщ = ηред · ηр · ηпкm = 0,96 · 0,96 · 0,993 = 0,9
тогда требуемая мощность электродвигателя
(4)
Исходя из условия задания, определяем общее передаточное отношение привода.
iобщ = iрем · iред (5)
iобщ = nвх / nвых (6)
Для получения более компактного привода, с небольшими передаточными отношениями, принимаем двигатель с частотой вращения вала в 750 об/мин
Принимаем электродвигатель – 4А112МВ8УЗ
Номинальная мощность Nд = 3,0 кВТ
Частота вращения nд = 750 об/мин
iобщ = nвх / nвых,=750/70=10,7
Принимаем передаточное отношение зубчатой передачи iред = 4
Тогда передаточное отношение ременной передачи
Iрем = iобщ/ iред = 10,7/4 = 2,7
2.2 Кинематический расчет привода
Определяем частоту вращения валов привода
ведомый вал редуктора (колесо)
n3 = nвых = 70 об/мин
ведущий вал (шестерня)
n2 = nвых · iр= 70 · 4 = 280 об/мин
вал двигателя
n1 = 750 об/мин
2.3 Силовой расчет
Определим вращающие моменты на каждом валу редуктора:
вал колеса
М3 = Мвых =
вал шестерни
М2 = (7)
3. Расчет зубчатой передачи
Выбираем материал
Принимаем сталь 45.
НВ1 = НВ2 + 30…50
Шестерня – НВ1 = 230 нормализация
Колесо – НВ2 = 190 улучшенная
Определяем допускаемое напряжение
[H] = , где (8)
KHL =1– коэффициент долговечности, учитывающий влияние срока службы и режима нагрузки передачи(передача длительно работающая
Т = 36000 часов).
[n] = 1,1 – допускаемый запас прочности для нормализованных и улучшенных колес.
[σ] – предел контактной выносливости поверхности зубьев соответствующий базовому числу нагружений.
σ = 2НВ + 70
шестерня [σno1] = 2НВ1 + 70 = 530МПа
колесо [σno2]= 2НВ2 + 70 = 450МПа
Допускаемые напряжения
Шестерня
[σ] =
колесо [σ] =
За расчетное допускаемое напряжение принимаем меньшее значение из полученных.
σпр1 = ([σn1] + [σn2]) · 0,45 = (481,8 + 409,1) · 0,45 = 401МПа
σпр2 = 1,26 · [σn2] = 1,26 · 409,1 = 515,5МПа
следовательно принимаем σпр = 401МПа
3.2 Проектный расчет передачи
Межосевое расстояние для косозубой передачи определим по формуле
a = , где (9)
Ка = 43-для косозубой передачи
КНВ = 1,2
ΨВА = 0,4
М1 – момент на шестерне
=142,8 мм
по стандартному ряду принимаем: а=150 мм.
Определяем значение модуля зубчатого зацепления и уточняем его по стандартному ряду
m = (0,01…0,02) · а =(0,01.. 0,02) · 150 =1,1… 3,0мм
Принимаем m = 3
3.3 Геометрический расчет передачи
Определяем число зубьев колеса и шестерни. Предварительно принимаем угол наклона зубьев β = 10º, cos10º = 0,9848
Суммарное число зубьев
zΣ = (10)
Уточняем угол β'
cos β = (11)
Определяем число зубьев шестерни
(12)
Определяем число зубьев колеса
z2 = z1 · i (13)
z2 = z1 · i = 98 - 19 = 79
Определяем геометрические размеры зацепления
(14)
Шестерня:
Колесо:
Уточняем межосевые расстояния
(16)
Ширина венца зубчатого колеса и шестерни
bw2 = ψ · aw = 0,4 · 150 = 60мм (17)
bw1 = bw2 + 4 = 64мм (18)
3.4 Определение усилий, действующих в зубчатом зацеплении
В косозубом зацеплении сила нормального давления раскладывается на три составляющие:
- окружное усилие
(19)
- радиальное усилие
(20)
α = 20º - угол зацепления
- осевое усилие
Fa= Fttg =2,48tg10,8о = 0,47∙103 H (21)
3.5 Проверочный расчет
Расчет на контактную выносливость рабочих поверхностей зубьев
Σn = ,где (22)
zn – коэффициент, учитывающий форму сопряжения зубьев.
zn = 1,74 ([2], табл. 6.10)
zm = 274 ([2], табл. 6.4) – коэффициент, учитывающий механические свойства сопряженных колес.
zΣ – коэффициент, учитывающий суммарную длину контактных линий.
εα – коэффициент торцевого перекрытия.
Коэффициент осевого перекрытия
(23)
Для косозубых εβ ≥ 0,9
(24)
ΨВА = => Ψbd = ,
тогда из табл. [2] определяем
КHβ = 1,25 ; КFβ = 1,28
Удельная расчетная окружная сила
wut = , где (25)
коэффициент нагрузки ;
коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку, возникающую в зацеплении ;
коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями
– коэффициент динамической нагрузки учитывает внутреннюю динамику и зависит от окружной скорости, степени точности, расположения зубьев и твердости рабочих поверхностей
- удельная окружная динамическая сила
σu - коэффициент учитывающий влияние вида зубчатой передачи
по [2] таб.5.12 σu =0,002
g0 =56 ; v = 1.1м/с
σ0 – коэффициент учитывающий влияние разности шагов зацепления шестерни и колеса по [2] таб.5.15 σ0 =61
=0,87 Н/м
= 1,02
Коэффициент нагрузки
.
Тогда удельная расчетная окружная сила
wut = Н/м
По найденным значениям определяем действующие в передаче контактные напряжения
= 291,5 Мпа (26)
σН < σup =400 МПа
Проверочный расчет зубчатого зацепления на выносливость по напряжениям изгиба
Действующие напряжения изгиба
(27)
Коэффициент, учитывающий угол наклона зубьев
(28)
расчетная окружная сила
wFt = Н/мм , (29)
где
Где -вычисляем в зависимости от удельной окружной динамической силы.
(30)
При
= 2,6 (31)
Вычисляем коэффициент
= 1,1
По найденным значениям определяем действующие в передаче напряжения изгиба и сравниваем их с допустимым значением
=350 МПа < 414 МПа –прочность обеспечивается
σF < σкp
4. Расчет валов
Выбор материала валов
Для изготовления вала и вала-шестерни принимаем сталь 45 улучшенную. Валы подвергаются, после изготовления термической обработка – закалке и отпуску.
4.1 Проектировочный расчет валов
Предварительный расчет валов проводится по формуле:
d = ; (32)
где М – момент на валу,
[τ]кр – допускаемое напряжение при кручении ≈ 20 МПа
а) Входной вал
М2 = 79,7 Нм
Тогда:
dвх = = 32,2 мм.
Принимаем для входного вала диаметр d = 35 мм. (хвостовик, для подшипника – на 5 мм больше)
б) Выходной вал
М3 = 300 Нм
Тогда:
dвх = = 42,8 мм.
Принимаем для выходного вала диаметр d = 45 мм. (хвостовик, для подшипника – на 5 мм больше-50мм), на месте посадки колеса – 55мм
Подбор подшипников
Выбираем радиально-упорные, однорядные подшипники средней серии 46310
dn |
D |
B |
C, кН |
V |
l |
50 |
110 |
29 |
94,7 |
1,937 |
0,31 |
Подбор шпонок
db |
Сечение шпонки |
Глубина паза |
||
b |
h |
Вала, t1 |
Отверстия, t2 |
|
55 |
16 |
10 |
6 |
4,3 |
db |
Сечение шпонки |
Глубина паза |
||
b |
h |
Вала, t1 |
Отверстия, t2 |
|
45 |
14 |
9 |
5,5 |
3,8 |
4.2 Составим расчетную схему
Из расчета сил в зубчатом зацеплении ( п.3.4 расчета) имеем:
окружное усилие
радиальное усилие
осевое усилие
Fa = 470 H
Делительный диаметр колеса – 241,9мм
Расстояния между опорами определяем по предварительному эскизу проектируемого редуктора.
Определяем реакции опор
Плоскость УОZ:
Перенаправим вверх – так как знак получился отрицательным
Строим эпюру МХ
АВ: 0 ≤ z1 ≤ 0,09м
МAВ = 0
ВС: 0 ≤ z2 ≤ 0,065
Z2 = 0; МВ = 0
Z2 = 0,065; МC =-933∙0,065=-60,6 Н·м
DC: 0 ≤ z3 ≤ 0,065
Z2 = 0; МD = 0
Z2 = 0,065; МC =3,12∙0,065 =0,19 Н·м
Плоскость ХОZ:
Определяем реакции
Строим эпюру МY
ВС: 0 ≤ z1 ≤ 0,065
,
z1 = 0; МВ = 0
z2 = 0,065; МС = -1240 · 0,065 = - 81 Н·м
DC: 0 ≤ z2 ≤ 0,065
,
z2 = 0; МD = 0
z2 = 0,065; МС = - 1240 · 0,065 = - 81 Н·м
Строим эпюру крутящих моментов МZ
CD: MZ = 0
CA: MZ = M3 =300 Н·м
По полученным значениям строим эпюры изгибающих и крутящего моментов
4.3 Расчет вала на статическую прочность
Расчет производиться в опасном сечении, где возникает максимальный
расчетный момент.
(33)
Расчетный момент определяется для наиболее опасного сечения - С
Сечение С:
Максимальное напряжение в опасном сечении
(34)
- осевой момент сопротивления сечения вала
Тогда, максимальное напряжение в опасном сечении
Запас статической прочности в опасном сечении определяется
Статическая прочность вала обеспечена, т.к. n > [ n], [ n] = 1,5…3
5. Проверочный расчет подшипника по динамической грузоподъемности
Суммарные радиальные усилия в подшипнике
Осевые составляющие радиальных усилий подшипников
S1 = 0,83 · e · Rγ = 0,83 · 0,31 · 1560 = 401Н
Определяем эквивалентную нагрузку
Pэкв = ( X · V · Rγ + Y · R · Fα ) Kσ · Kτ (35)
X = 1V = 0,7Y = 1,937
Rγ = 4080Kτ = 1Kσ = 1,3Fα2 = 1050
Pэкв = (1 · 0,7 · 1554 + 1,937 · 401) · 1 · 1,3 = 2010Н
(36)
Расчет долговечности
(37)
N = 70 об/мин – частота вращения выходного вала
Расчет долговечности подшипников превышает срок службы редуктора, следовательно, они выбраны правильно.
6. Проверочный расчет шпонок
Напряжение смятия в соединении
, где (38)
;
М – передаваемый вращающий момент;
F = (h – t1) · lp – площадь смятия;
Lp – рабочая длина шпонки;
[ σ ]см – допускаемое напряжение смятия,
[ σ ]см ≤ 100 Н/мм2
С учетом указанных выше значений P и F, формулу приводим к виду
(39)
lp = 60мм – b = 60 – 16 = 44 мм
принимаем 44мм.
Шпонка подобрано верно, т.к. σсм < [ σ ]см
7. Выбор смазки деталей редуктора
Так как редуктор имеет вертикально расположенные валы , в этом случае есть шанс что жидкая смазка будет протекать в месте выхода вала из корпуса. Исходя из того что смазку редуктора с помощью масляной ванны не получается и что частота вращения выходного вала сравнительно невысока, принимаем для смазки деталей густую смазку – типа солидол.
8. Тепловой расчет редуктора
При работе редуктора потери мощности, вызванные трением в зацеплении и в подшипниках, перемешиванием и разбрызгиванием масла, приводят к нагреву деталей редуктора и масла. При нагреве редуктора вязкость масла резко падает, что приводит к нарушению режима смазывания. Нормальная работа редуктора будет обеспечена, если температура масла не превысит допускаемой.
(м2) – площадь теплопроводящей поверхности;
а=15 0 (мм) – межосевое расстояние; Кt – коэффициент теплоотдачи.
Условие работы редуктора без перегрева при продолжительной работе:
, (40)
где tм – температура масла,
0С;tв – температура окружающего воздуха, 0С
(кВт) – подводимая мощность;
η=0.95 – КПД редуктора.
Считаем, что обеспечивается достаточно хорошая циркуляция воздуха и принимаем коэффициент теплопередачи (Вт/м2∙0С).
Тогда
Допускаемый перепад температур .
9. Сборка редуктора
Перед сборкой внутреннюю полость корпуса тщательно очищают о покрывают маслостойкой краской. Сборку редуктора производят в соответствии с чертежом общего вида. Начинают сборку с того, что на вал надевают шариковые радиально-упорные подшипники, предварительно нагрев их в масле до 80о-100оC. Собранный вал вставляют в корпус.
Вначале сборки вала колеса закладывают шпонку и напрессовывают колесо до упора в бурт вала; затем надевают распорную втулку и устанавливают роликовые конические подшипники, нагретые в масле. Собранный вал укладывают в основание корпуса и надевают крышку корпуса, покрывая предварительно поверхности стыка фланцев спиртовым лаком. Для центровки крышку устанавливают на корпус с помощью двух конических штифтов и затягивают болты.
Закладывают в подширниковые сквозные крышки резиновые манжеты и устанавливают крышки с прокладками.
Собранный редуктор обкатывают и испытывают на стенде в соответствии с техническими условиями.
Список используемой литературы
привод зубчатый передача
-
Иванов М.Н. Детали машин. Курсовое проектирование. Учеб. Пособие для машиностроительных вузов. М., «Высшая школа», 1975 – 551с
-
Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование по деталям машин. Учеб. Пособие для техникумов. – «Высшая школа» 1991 – 432с.
-
Воробьёв Ю.В., Ковергин А.Д., Родионов Ю.В.,Галкин П.А. «Детали машин» Учебно-методическое пособие. Тамбов. 2004 – 96с
-
Курсовое проектирование по деталям машин. С.А. Чернавский. Учеб. пособие для учащихся машиностроительных специальностей техникумов. – М.: Машиностроение, 1988 – 416с.
-
Атлас конструкций
-
В.И. Анурьев. Справочник конструктора-машиностроителя, тома 2 и 3. М.: Машиностроение, 1980.
Размещено на Allbest.ru