Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

привод зубчатый колесо

Редуктор - это механизм состоящий из зубчатых или червячных передач, заключенный в отдельный закрытый корпус.

Редуктор предназначен для понижения числа оборотов и, соответственно, повышения крутящего момента.

Редукторы делятся по следующим признакам:

- по типу передачи - на зубчатые, червячные или зубчато-червячные:

- по числу ступеней - на одноступенчатые (когда передаче осуществляется одной парой колес), двух-, трех- или многоступенчатые:

- по типу зубчатых колес - на цилиндрические, конические или коническо-цилиндрические;

- по расположению валов редуктора в пространстве - на горизонтальные, вертикальные, наклонные.

В данном курсовом проекте проектируется одноступенчатый редуктор с цилиндрическими прямозубыми эвольвентными зубчатыми колесами в исполнении для районов с умеренным климатом ( тип ЦУ).

Редуктор предназначен для работы в горизонтальном положении, опорной плоскостью вниз.

Существующий ряд редукторов данного типа обеспечивает крутящие моменты на тихоходном валу 250 - 4000 Н•м в диапазоне передаточных чисел 2 ? 6,3. Межосевые расстояния - 100 ? 250 мм, массы - 27 ? 250 кг, кпд - 0,98.

Обозначение редуктора: ЦУ-160 , где 160 мм - межосевое расстояние.

Типовая конструкция редуктора представлена на рис. 1.

Корпус редуктора 4 и крышка 1 соединены болтами с двумя коническими штифтами. Вал-шестерня 12 (быстроходный вал редуктора) вращается на двух роликоподшипниках 11. Он находится в зацеплении с зубчатым колесом 7, напрессованным на выходной вал 15, который вращается на двух роликоподшипниках 13. Регулировка подшипников осуществляется набором регулировочных колец 6 и 10, устанавливаемых между торцом наружного кольца подшипника и закладными крышками 9 и 5. Неподвижные соединения уплотняются прокладками, а выходные концы валов -- манжетами 8 и 14 по ГОСТ 8752--79. Для залива масла в редуктор в крышке 1 предусмотрено отверстие, закрытое крышкой 2. Для струйной смазки поливанием в крышке установлено сопло 3. Масло сливается через отверстие в нижней части корпуса, закрытое пробкой 16. Для контроля за уровнем масла служит контрольная пробка 17. Смазывание осуществляется из общей масляной ванны: деталей зацепления -- окунанием, а подшипников -- разбрызгиванием.

При эксплуатации редукторов допускают кратковременные перегрузки, возникающие при пусках и остановах, в 2,2 раза превышающие номинальные, если число циклов- нагружения тихоходного вала за время действия этих перегрузок не превысит 10⁵ в течение всего срока службы редуктора. При работе редукторов в реверсивном режиме номинальные крутящие моменты на тихоходном валу, должны быть снижены на 30 %.

Рис.1. Общий вид одноступенчатого редуктора.

1. Общие определения и рекомендации

Проектирование машин, механизмов и их узлов заключается в конструктивной разработке общего расположения и выборе формы отдельных деталей. Основными требованиями, предъявляемыми к объектам проектирования, принимают: прочность, долговечность, экономическую целесообразность и безопасность в обслуживании. Причем требование экономической целесообразности, определяемое стоимостью затрат как на проектирование так и на изготовление и эксплуатацию, ставится на одно из первых мест.

Стоимость объекта определяется стоимостью материалов, стоимостью изготовления и обработки отдельных деталей, а также его массой и габаритами, определяющими стоимость транспортировки, складских и производственных площадей.

С целью снижения стоимости деталей для их изготовления применяют наиболее дешевые материалы. Например, при изготовлении деталей машин целесообразно применять пластмассы вместо цветных и черных металлов. Вместе с тем снижение стоимости может быть достигнуто, если основные детали машины изготовить из более прочного, хотя и более дорогого материала. Например, применение высокопрочных легированных сталей для изготовления деталей часто приводит к значительному уменьшению их размеров, что приводит к уменьшению размеров всей конструкции, в том числе и ее дорогостоящих корпусных деталей, а следовательно к снижению полной стоимости конструкции.

Стоимость обработки деталей определяет выбор способа получения заготовок и технологических маршрутов обработки деталей в рамках определенного производства. Для снижения стоимости обработки руководствуются выбором наиболее простых формообразующих поверхностей деталей, например цилиндрических и конических, унификацией и применением стандартных деталей, а также использованием прогрессивных методов изготовления, таких как сварка, холодная и горячая штамповка, литье в кокиль и центробежное литье и др.

Габариты и масса в значительной степени определяются кинематической схемой и компоновкой основных узлов и деталей.

Одним из наиболее эффективных средств экономии машиностроительных материалов является использование точных методов расчета деталей машин, позволяющих брать для последних минимальные запасы прочности. Рациональное и грамотное использование расчетных методов, положенных в основу проектирования деталей машин, приносит существенный экономический эффект как на стадиях проектирования, так и в процессе производства и при эксплуатации машин.

Расчеты деталей на прочность, жесткость и устойчивость производят в основном по формулам сопротивления материалов. Причем в последние десятилетия для этих целей используют численные методы, например метод конечных элементов, реализованные в пакетах компьютерных программ. Применение численных методов повышает точность расчетов качественных характеристик машин, следовательно влияет на эффективность их проектирования, производства и эксплуатации.

В условиях рыночной экономики при отсутствии плана экономического развития экономическая целесообразность проектирования и производства машин обосновывается бизнес-планами, которые определяют эффективность проекта на основании стоимости работ, анализа рынка, условий конкуренции, прибыли, инвестиций, факторов внешней среды и др. При этом оценка стоимости работ требует достаточной конструкторской подготовки от специалистов, проводящих экономическую экспертизу проектов.

2. Исходные данные

При выполнении курсового проекта рекомендуется придерживаться следующего порядка:

1. Определить мощность на приводном валу и выбрать электродвигатель.

2. Провести кинематический расчет привода.

3. Рассчитать основные параметры зубчатых колес.

4. Сконструировать вал редуктора и выполнить его чертеж.

Рис.2. Схема одноступенчатого прямозубого редуктора

Таблица 1. Исходные данные.

3. Расчет силовых и кинематических характеристик привода

Определение мощности на приводном валу

Привод состоит из редуктора и электродвигателя, соединенных посредством зубчатой муфты. Соединение муфты с валом электродвигателя и быстроходным валом редуктора производится посредством призматических шпонок. Тихоходный вал редуктора также имеет шпоночный паз для соединения с последующими ступенями машины и обеспечивающий передачу выходного крутящего момента T₂.

Изобразим расчетную кинематическую схему привода (рис. 3).

Требуемая мощность двигателя определяется по формуле

,

где -мощность на тихоходном валу; -общий к. п. д. привода, равный произведению частных к. п. д. кинематических пар

,

где n -число зацеплений (n=1); x - число пар подшипников (x=2). Ориентировочные значения частных к. п. д. приведены в таблице 2.

Таблица 2. Ориентировочные значения частных к.п.д., _i

Рис.3. Кинематическая схема редуктора.

Общий к. п. д. редуктора с одним зацеплением точного изготовления и двумя парами подшипников качения вычислим на основании значения частных к. п. д., приведенных в таблице 2 по формуле:

.

Требуемая мощность двигателя:

.

Выбор электродвигателя

В общем машиностроении широкое распространение получили асинхронные двигатели трехфазного тока с короткозамкнутым ротором.

Асинхронные двигатели имеют жесткую механическую характеристику. При этом значительное изменение нагрузки вызывает несущественное изменение частоты вращения ротора. Практически принимаем, что в рабочем диапазоне нагрузок (исключая период пуска) частота вращения ротора = const, тогда частота вращения двигателя связана с частотой вращения рабочего органа. Выбор двигателя производят из каталога по номинальной мощности , при условии, что .

Для нашего примера выберем электродвигатель 4A132S6Y3 со следующими характеристиками: синхронная частота вращения диаметр вала ротора кратность максимального момента . Частота вращения ротора двигателя при номинальной нагрузке меньше синхронной частоты и определяется по формуле:

,

где s - коэффициент скольжения, изменяющийся в пределах 0,04 - 0,06, принимаем равным 0,04.

Кинематический расчет привода

Определим передаточное число редуктора по отношению частот вращения входного и выходного валов

.

Полученное значение лежит в рекомендованных для одноступенчатых передач пределах (1,6 - 8). Принимаем ближайшее стандартное значение по СТ СЭВ 229-75 (первый ряд) u=2 и уточняем частоту вращения тихоходного вала редуктора

.

При этом угловые скорости вращения валов рассчитаем по формулам:

;

Вращающие моменты на быстроходном и тихоходном валах (с учетом к. п. д.) соответственно:

;.

Таблица 3. Сводная таблица силовых и кинематических характеристик привода

4. Расчет параметров зубчатых колес

Определение механических свойств материалов

Основной причиной выхода из строя зубчатых колес является повреждение активных поверхностей зубьев в результате развития усталостного выкрашивания. В расчетах прочности вводят ограничения по контактным напряжениям, допустимые величины которых определяются на основании механических свойств материалов зубчатых колес.

Традиционными материалами, применяемыми для изготовления зубчатых колес являются конструкционные углеродистые и легированные стали. В технологическом процессе изготовления зубчатых колес и валов предполагается термическая обработка заготовок, которая изменяет механические свойства их материалов, в частности, твердости поверхности НВ или HRC. Так при нормализации ("Н") или улучшении ("У") твердость заготовки не превышает НВ 350, а при закалке "З" и цементации "Ц" или азотировании поверхности достигается большая твердость НВ> 350 (HRC 56 -63). При твердости НВ<350 с целью улучшения условий контактной прочности принимают материал для шестерни на 10 -30 единиц выше, чем для колеса.

В процессе термической обработки механические свойства материалов, как правило, неравномерны по толщине заготовки и по этой причине для детали в целом они определяются диаметром ее заготовки.

По марке материала шестерни, приведенной в задании, выбираем для шестерни сталь 45 с термообработкой улучшением НВ 240, а для колеса тоже сталь 45 с термообработкой нормализацией НВ 215.

Примем предварительно: для шестерни диаметр заготовки до 100 мм, а для колеса до 400 мм. При этом имеем:

-для материала шестерни: предел текучести =440 МПа, предел прочности =780 МПа;

-для материала колеса: предел текучести =280 МПа, предел прочности =550 МПа.

Рассчитаем допускаемые контактные напряжения для материала шестерни и колеса. Для чего по заданной долговечности t=30 000 час. определяем число рабочих циклов:

-шестерни 60 960 30000=1,72 10⁹;

-колеса 60 480 30000=0,86 10⁹;

При > 10 7 принимаем коэффициент долговечности =1

Коэффициент безопасности для колес из нормализованной и улучшенной стали, а также при закалке принимают =1,1 - 1,2.

Примем =1,15.

Допускаемые контактные напряжения для материалов зубчатой передачи определяются по формуле

,

где - предел контактной выносливости при базовом числе циклов. Принимаем при НВ350 НВ = 2 НВ +70, тогда:

-для шестерни = 550 МПа;

478,3 МПа;

-для колеса = 500 МПа.

434,8 МПа;

5. Расчет параметров передачи

Основные размеры цилиндрических прямозубых передач внешнего зацепления определяются параметрами венца: числом зубьев z, модулем m, коэффициентом смещения x в соответствии с ГОСТ 13755 -81 (СТ СЭВ 308-76).

Введем коэффициент, учитывающий динамичность нагрузки и неравномерность зацепления и определим межосевое расстояние из условия контактной выносливости и выбранного значения коэффициента ширины колеса =0,4 по следующей формуле:

Полученное значение межосевого расстояния округляем до ближайшего значения по СТ СЭВ 229-75. Принимаем:

=100 мм.

Рис. 4. Параметры зубчатого зацепления

Приближенно оцениваем модуль зацепления

Определяем суммарное число зубьев шестерни и колеса

,

а также отдельно для быстроходной ступени передач

(с учетом округления ) и тихоходной ступени

(с учетом округления ). После чего уточняем передаточное число, изменившееся из-за округлений числа зубьев до целых значений:

.

Основные размеры шестерни и колеса вычислим с учетом следующих соотношений:

-делительные диаметры:

;

;

-диаметры вершин зубьев:

;

;

-ширина колеса прямозубой передачи при =0,4

;

-ширина шестерни

,

где 4 мм задано превышение ширины шестерни над колесом;

-диаметры окружностей впадин:

;

;

-коэффициент ширины шестерни по диаметру

Таблица 4. Сводная таблица параметров зубчатых колес

Список литературы

1. Курсовое проектирование деталей машин /Под общ. ред. В.Н. Кудрявцева. - Л.: Машиностроение, 1984. - 400 с

2. Кудрявцев В.Н. Детали машин. Л.:Машиностроение, 1980

3. Гжиров Р.И. Краткий справочник конструктора. - Л.: Машиностроение. 1983

4. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. Т. 1, 2, 3. М.: Машиностроение, 2001.

5. Детали машин: Атлас конструкций. Учебное пособие для машиностроительных вузов, В.Н.Беляев, И.С. Богатырев, А.В. Буланже и др.; Под ред. д-ра техн. наук проф. Д.Н.Решетова. М.: Машиностроение, 1979.

6. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. Учебное пособие для машиностроительных вузов. М.: Высшая школа, 1985.

7. Иванов М.Н., Иванов В.Н. Детали машин. Курсовое проектирование. Учебное пособие для машиностроительных вузов. М.: Высшая школа, 1975.

8. Ноздрина Т.А. Основы конструирования узлов и деталей механического привода с учетом ЕСКД. Учебное пособие. Л.: Изд. ЛКИ, 1984.

9. Чернавский С.А. и др. Проектирование механических передач. Учебно-справочное пособие для вузов. М.: Машиностроение, 1984.

Размещено на Allbest.ru