Расчет и конструирование электропривода с червячным редуктором

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра «Механика»

Курсовой проект по прикладной механике

Тема: «Расчет и конструирование электропривода с червячным редуктором»

Выполнил:

студент 2-ИТ-8

Мартынова М.Н.

Руководитель:

Поляков К.А.

Самара 2011

Содержание

1. Введение: Что такое редуктор. Его назначение, виды редукторов

2. Техническое задание

3. Расчет мощности и выбор электродвигателя

4. Кинематический и силовой анализ

5. Выбор материала и расчет допускаемых напряжений

5.1 Выбор материала

5.2 Расчет допускаемых напряжений на контактную выносливость

5.3 Расчет допускаемых напряжений на изгибную выносливость

6. Расчет червячной передачи

6.1 Проектный расчет

6.2 Проверочный расчет

6.3 Расчет усилий в зацеплении

7. Проектный расчет валов. Подбор подшипников

7.1 Входной вал

7.2 Выходной вал

8. Расчет элементов корпуса редуктора

8.1 Подбор и проверочный расчет шпоночных соединений

8.2 Входной вал

8.3 Выходной вал

9. Проверочный расчет выходного вала

9.1 Расчет и построение эпюр изгибающих моментов

9.2 Расчет коэффициента запаса усталостной прочности

10. Проверочный расчет подшипников выходного вала

11. Подбор соединительной муфты

12. Подбор смазки и уплотнений валов

13. Сборка редуктора

14. Список литературы

1 Введение: что такое редуктор, его назначение, виды редукторов

Редуктором называют механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненных в виде отдельного агрегата и служащий для передачи вращения от вала двигателя к валу рабочей машины. Кинематическая схема привода может включать, помимо редуктора открытее зубчатые передачи, цепные или ременные передачи.

Назначение редуктора - понижение угловой скорости и соответственно повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим.

Редуктор состоит из корпуса (литого чугунного или сварного стального), в котором помещают элементы передачи - зубчатые колёса, валы, подшипники и т.д.

В корпусе размещают также устройства для смазывания зацеплений и подшипников или устройства для охлаждения.

Редукторы классифицируют по следующим основным признакам:

- типу передачи (зубчатые, червячные или зубчато-червячные);

- числу ступеней (одноступенчатые, двухступенчатые и т.д.);

- числу зубчатых колёс (цилиндрические, конические, коническо-

цилиндрические и т.д.)

- относительно расположению валов редуктора в пространстве

(горизонтальные, вертикальные);

- особенностями кинематической схемы (развёрнутая, соосная, с

раздвоённой ступенью и т.д.)

Червячные редукторы применяют для передачи движения между валами, оси которых перекрещиваются.

По относительному положению червяка и червячного колеса различают три основные схемы червячных редукторов: с нижним, верхним и боковым расположением червяка.

При нижнем расположении червяка условия смазывания зацепления лучше, при верхнем хуже, но меньше вероятность попадания в зацепление металлических частиц - продуктов износа.

Выбор схемы редуктора обычно обусловлен удобством компоновки привода в целом: при окружных скоростях червяка до 4-6 м/с предпочтительно нижнее расположение червяка; при больших скоростях возрастают потери на перемешивание масла, и в этом случае следует располагать червяк над колесом. В редукторах с верхним расположением червяка при включении движение обычно начинается при недостаточной смазке (за время остановки при редких включениях масло успевает стечь с зубьев колеса).

2 Техническое задание на курсовой проект

1. Частота вращения вала электродвигателя

2. Частота вращения выходного вала редуктора

3. Вращающий момент на выходном валу редуктора

4. Тип передачи - червячная

5. Срок службы

6. Коэффициент использования в течение года

7. Коэффициент использования в течение суток

8. Схема расположения осей входного и выходного валов - 2

Вх

Вых

3 Расчет мощности и выбор электродвигателя

Мощность на выходном валу редуктора

вал электропривод червячный редуктор

Расчетная мощность электродвигателя:

По таблице 1 выбираем тип электродвигателя с заданной частотой вращения и мощностью . Принимаем .

Тип электродвигателя - 4АМ71А443

Диаметр вала двигателя мм (см. таблицу 2).

Таблица 1

Рдв, кВт	nдв,об/мин
	3000	1500	1000	750
0,55 0,75 1,1 1,5 2,2 3,0 4,0 5,5 7,5 11	63B 71A 71B 80A 80B 90L 100S 100L 112M 132M	71A 71B 80A 80B 90L 100S 100L 112M 132S 132M	71B 80A 80B 90L 100L 112M 112M 132S 132M 160S	80B 90L 90L 100L 112M 112M 132S 132M 160S 160M

Таблица 2

Тип двигателя	Основные размеры электродвигателей в мм
	dдв	l1	l30	l10	l31	d10	b10	h	h10	h31
63А(В) 71А(В) 80А(В) 90L 100S 100L 112M 132S 132M 160S 160M	14 19 22 24 28 28 32 38 38 42 42	30 40 50 50 60 60 80 80 80 110 110	216 285 320 350 362 392 452 480 530 624 667	80 90 100 112 125 140 140 178 178 178 210	40 45 50 56 63 63 70 89 89 108 108	7 7 10 10 12 12 12 12 12 15 15	7 7 10 10 12 12 12 12 12 15 15	63 71 80 90 100 100 112 132 132 160 160	7 9 10 11 12 12 12 13 13 18 18	164 201 218 243 263 263 310 350 350 430 430

4 Кинематический и силовой анализ

Передаточное отношение выражают по зависимости:

Частота вращения первого (входного) вала:

Частота вращения второго (выходного) вала:

Вращающий (нагрузочный) момент на выходном валу редуктора:

На входном валу:

где - коэффициент полезного действия (КПД) редуктора. Для червячного редуктора :

Фактическое число циклов нагружения зубьев червячного колеса за весь период эксплуатации определяют по зависимости:

где - суммарное время работы передачи в часах:

5 Выбор материала и расчет допускаемых напряжений

5.1 Выбор материала

В червячных передачах, в связи с высокими скоростями скольжения и неблагоприятными условиями смазки, применяют антифрикционную пару: сталь - бронза. Марку бронзы выбирают в зависимости от ориентировочной скорости скольжения :

По таблице назначаем марку бронзы и выписываем ее характеристики: предел прочности и предел текучести

· Группа бронзы - безоловянистая;

· Марка бронзы - БрАЖ 9-4;

·

·

5.2 Расчет допускаемых напряжений на контактную выносливость

Безоловянистые бронзы. Допускаемые контактные напряжения определяют по зависимости:

где - предел контактной выносливости.

5.3 Расчет допускаемых напряжений на изгибную выносливость

Допускаемые напряжения на изгибную выносливость для всех марок бронз определяются по зависимости:

Здесь - предел изгибной выносливости; определяется по зависимости:

коэффициент долговечности; рассчитывается по зависимости:

Здесь базовое число циклов.

6 Расчет червячной передачи

Расчет чисел зубьев червячной передачи: определяют число заходов червяка в зависимости от величины передаточного отношения передачи по условиям:

если

если

если

Так как передаточное отношение , берем .

Полученное значение округляем до целого числа по правилам математики:

6.1 Проектный расчет

Исходные данные для расчета:

- передаточное отношение;

- вращающий момент на валу червяка;

- вращающий момент на валу червячного колеса;

- число заходов червяка;

- число зубьев червячного колеса;

- допускаемые напряжения на контактную и изгибную выносливость материала зубьев червячного колеса.

1. Диаметр делительной окружности червячного колеса (предварительное значение) , мм:

где - коэффициент нагрузки, учитывающий неравномерность ее распределения и динамику работы передачи; принимаем ,

- коэффициент диаметра червяка; величина предварительная величина может быть определена по зависимости:

Полученное значение округляем до ближайшего значения в соответствии со стандартным рядом коэффициентов диаметра червяка (СТ СЭВ 267-76):

2. Определяем расчетный модуль зацепления , мм:

мм

По расчетной величине принимаем ближайшее большее стандартное значение модуля из таблицы:

3. Межосевое расстояние

4. Диаметры делительных окружностей червяка и червячного колеса , мм:

5. Диаметры окружностей вершин червяка и червячного колеса , мм:

6. Диаметры окружностей впадин червяка и червячного колеса , мм:

7. Наибольший диаметр червячного колеса , мм:

8. Расчетная длина нарезной части червяка , мм:

при

9. Расчетная ширина венца червячного колеса , мм:

Полученные значения и округляем до целых чисел и в большую сторону:

10. Угол подъема винтовой линии червяка , град:

6.2 Проверочный расчет

Для исключения возможных ошибок в вычислениях при проектном расчете проверяем выполнение условия контактной выносливости:

Условие выполняется.

Проверяют условие изгибной выносливости зубьев червячного колеса как наиболее слабого звена червячной передачи:

Условие выполняется.

где - коэффициент неравномерности распределения нагрузки при изгибе;

коэффициент формы зубьев червячного колеса определяется по зависимости:

6.3 Расчет усилий в зацеплении

Для последующих расчетов по оценки работоспособности валов и подшипников определяют окружную и осевую силы.

Радиальная сила

где угол зацепления

7 Проектный расчет валов. Подбор подшипников

7.1 Входной вал

Предварительный диаметр выходного участка:

Где - допускаемое напряжение кручения.

Принимаем

Диаметр ступени под уплотнение:

Диаметр ступени под подшипники:

Диаметр упорного буртика:

Габаритные размеры подшипников:

мм, мм, мм

Динамическая грузоподъемность подшипников:

Н

7.2 Выходной вал

Предварительный диаметр выходного участка

мм

Принимаем мм

Диаметр ступени под уплотнение

мм

Диаметр ступени под подшипники

мм

Диаметр ступени под червячное колесо

мм

Диаметр упорного буртика

мм

Габаритные размеры подшипников:

мм, мм, мм

Динамическая грузоподъемность подшипников:

Н

Таблица 3

Обозначение	d	D	T	Cr H
7204 7205 7206 7207 7208 7209 7210 7211 7212 7213	20 25 30 35 40 45 50 55 60 65	47 52 62 72 80 85 90 100 110 115	15,5 16,5 17,5 18,5 20 21 21,75 23 24 25,5	21000 24000 31000 38500 46500 50000 56000 65000 78000 86000

8. Расчет элементов корпуса редуктора

Толщина стенки корпуса

Принимаем д=6 мм

Диаметр стяжки болтов

Принимаем

Ширина фланца корпуса

Толщина фланца корпуса и крышки корпуса

Толщина фланца основания корпуса

Толщина ребер жесткости

Диаметр фундаментных болтов

Ширина фланца основания корпуса

Диаметр болтов крышек подшипников:

для входного вала:

для выходного вала:

9. Подбор и проверочный расчет шпоночных соединений

Сечение шпонки выбираем по диаметру вала, длина l назначается на 5ч10 мм меньше длины соответствующей ступени вала L и принимается по ряду длин стандартных шпонок. В обозначении шпонки указываются ее размены:мм.

9.1 Входной вал

По диаметру d_в1=19 мм и длине выходного участка L=2выбираем шпонку 6628 мм.

Проверочный расчет на смятие:

МПа - допускаемое напряжение смятия.

9.2 Выходной вал

Для выходного участка по диаметру мм и длине выходного участка выбираем шпонку

Проверочный расчет на смятие

Для ступени под колесо сечение шпонки bЧh выбираем по диаметру , а длину - по длине ступицы колеса выбираем

Проверочный расчет на смятие

Таблица 4

Параметры шпоночного соединения по ГОСТ 23360-78

Диаметр вала	b	h	Глубина паза вала,	Глубина паза отверстия,
17…22 23…30 31…38 30…44 45…50 51…58 59…65	6 8 10 12 14 16 18	6 7 8 8 9 10 11	3,5 4 5 5 5,5 6 7	2,8 3,3 3,3 3,3 3,8 4,3 4,4

Стандартный ряд длин: 20, 22, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90, 100, 110.

10. Проверочный расчет выходного вала

10.1 Расчет и построение эпюр изгибающих моментов

Нагрузка на вал (силы зацепления)

Нагрузка на вал:

;

;

;

Делительный диаметр червячного колеса: d₂=164мм

Расстояния между опорами:

мм ;

Плоскость А_хz - действует сила F_t2

;

Изгибающий момент на участке х₁:

; при х₁=0 М_х1=0

при х₁=l₁

Плоскость А_yx - действуют силы F_r2 и F_a2

Изгибающий момент на участке х₁:

; при х₁=0 М_y1=0

при х₁=l₁

Изгибающий момент на участке х₂:

; при х₂=0 М_y2=0

при х₂=l₂

Суммарные изгибающие моменты в опасном сечении

Крутящий момент на валу:

;

10.2 Расчет коэффициентов запаса усталостной прочности

Вал изготавливаем из стали 40 (ГОСТ 1054-74) с пределом кручения

МПа и пределами выносливости на изгиб у_-1 и кручение ф_-1:

Коэффициенты концентрации напряжений

Масштабные факторы

Коэффициент шероховатости:

Коэффициенты асимметрии цикла:

Осевой W и полярный W_p моменты сопротивления

где b, t₁ - ширина и глубина шпоночного паза на валу

Напряжения в опасном сечении

у_m=0

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям изгиба

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям кручения

Общий коэффициент запаса усталостной прочности

Проверка условия прочности

Вывод: Прочность вала достаточна.

11. Проверочный расчет подшипников выходного вала

Реакции опор:

R_Az=610H

R_Ay= - 94,16H

R_Bz=610H

R_By=349,6H

Осевая сила F_a2=162H

Динамическая грузоподъемность подшипников:

C_r=46500 H

Полные реакции опор

Параметр осевогонагружения

Осевые составляющие реакций опор

Результирующие осевые нагрузки на опоры

Так как

,то

Коэффициенты радиальной X и осевой Y нагрузок

и ;

и

Приведенная радиальная нагрузка на каждой опоре:

где - коэффициент вращения;

- коэффициент безопасности;

- температурный коэффициент.

Долговечность наиболее нагруженного подшипника:

где Р- большее из значений Р_А и Р_В.

Где суммарное время работы передачи.

Вывод: Долговечность подшипника достаточна.

12. Подбор соединительной муфты

Для соединения электродвигателя и редуктора выбираем муфту упругую со звездочкой по ГОСТ 14084-76.

Проверка на передаваемый момент Т_р:

где - момент на входном валу;

К_Н=2 - коэффициент режима работы;

[T] - момент, передаваемый стандартной муфтой.

Момент, передаваемый стандартной муфтой.

	16…18	20…24	25…28	30…36
[T], Нм	25	31,5	63	125

Вывод: муфта по моменту подходит.

13. Подбор смазки и уплотнений валов.

Сорт масла выбирается по кинематической вязкости, которая зависит от величины контактных напряжений в зубьях и скорости скольжения V_ск.

Таблица 6

Контактные напряжения , МПа	Скорость скольжения , м/с
	До 2	2ч5	Свыше 5
До 200	25	20	15
Св. 200 до 250	32	25	18
Св. 250	40	30	23

Таблица 7

Сорт масла	Марка масла	Кинематическая вязкость
Авиационное	МС - 14 МС - 20 МС - 22 МС - 24	14 20,5 22 24
Цилиндровое	38	38ч44

Для смазки редуктора при расчетном контактном напряжении =166,87 МПа и скорости скольжения V_ск=3,13 м/с выбираем масло МС-20

Объём масла: 0,7л

Для уплотнения валов выбираем резиновые манжеты по ГОСТ 8752-79.

14. Сборка редуктора

1. Перед сборкой внутреннюю полость корпуса редуктора тщательно очищают и покрывают маслостойкой краской.

2. Сборку производят в соответствии со сборочным чертежом редуктора, начиная с узлов валов.

3. На ведомый вал насаживают мазеудерживающие кольца и конические роликоподшипники, предварительно нагретые в масле до 80-100 °С;

4. В ведущий вал закладывают шпонку 6х6х28 и напрессовывают зубчатое колесо до упора в бурт вала; затем надевают распорную втулку, мазеудерживающие кольца и устанавливают конические роликоподшипники, предварительно нагретые в масле.

5. Собранный вал укладывают в основании корпуса редуктора и надевают крышку корпуса, покрывая предварительно поверхности стыка фланцев спиртовым лаком. Для центровки устанавливают крышку на корпус с помощью двух конических штифтов; затягивают болты, крепящие крышку к корпусу.

6. После этого на ведомый вал надевают распорное кольцо, в подшипниковые камеры закладывают пластичную смазку, ставят крышки подшипников с комплектом металлических прокладок для регулировки.

7. Перед постановкой сквозных крышек в проточки закладывают войлочные уплотнения, пропитанные горячим маслом. Проверяют проворачиванием валов отсутствие заклинивания подшипников (валы должны проворачиваться от руки) и закрепляют крышки винтами.

8. Затем ввертывают пробку маслоспускного отверстия с прокладкой и жезловый маслоуказатель.

9. Заливают в корпус масло и закрывают смотровое отверстие крышкой с прокладкой из технического картона; закрепляют крышку болтами.

10. Собранный редуктор обкатывают и подвергают испытанию на стенде по программе, устанавливаемой техническими условиями.

15. Список используемых источников

1. Чернавский С.А. “Курсовое проектирование деталей машин”, М:, Машиностроение, 1988, 414с.

2. Шейнблит А.Е. “Курсовое проектирование деталей машин”, М:, Высшая школа, 2003, 74с.

3. Чернавский Д.В. “Детали машин проектирование приводов технологического оборудования”, М:, Машиностроение, 2001, 558с.

4. Фролов К. В. “Теория механизмов и механика машин” М:, Высшая школа, 2001, 496с.

Размещено на Allbest.ru