Проект модернизации бортового редуктора хода одноковшового экскаватора ЭО-5126

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФГАОУ ВО «Уральский федеральный университет

имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Институт новых материалов и технологий

Кафедра «Подъемно транспортные машины и роботы»

Отчет по преддипломной практике

На тему: «Проект модернизации бортового редуктора хода одноковшового экскаватора ЭО - 5126»

Выполнил: Макаров Д.А.

Научный руководитель:

Мосиенко О.В.

Екатеринбург 2020 г



Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

ФГАОУ ВО «УрФУ имени первого Президента России Б.Н. Ельцина»

Институт новых материалов и технологий Департамент машиностроения

Кафедра подъёмно-транспортных машин и роботов

Группа __НМТ-553065__________

Код, наименование направления ___23.05.02 Транспортные средства специального назначения_

Траектория образовательной программы __№5391 (очн.)_________________________________

ИНДИВИДУАЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ

На учебную/производственную практику студента

Макаров Денис Андреевич

1. Тема задания на практику_____ Проект модернизации бортового редуктора хода одноковошового экскаватора ЭО - 5126

2. Срок практики с __02.09.2020__ по __06.12.2020__ Срок сдачи студентом отчета ____06.12______

3. Место прохождения практики ___кафедра ПТМиР________________________________________

4. Вид практики (Тип)__Преддипломная практика ___________________________________

5. Содержание отчета __Введение; Аналитическая часть; Технология производства работ; Конструкторская часть; Технологическая часть; Заключение; Библиографический список. ______

Рабочий график (план) проведения практики

Этапы практики	Наименование работ студента	Срок	Примечание
организационный	Ознакомление с рабочей программой. Изучение методических рекомендаций. Инструктаж по технике безопасности.	02.09 - 02.10
основной	Выполнение индивидуального задания. Ежедневная работа по месту практики. Мероприятия по сбору материала. Заполнение дневника, отчета по практике.	02.10 - 02.11
заключительный	Подведение итогов и составление отчета. Систематизация, анализ, обработка собранного в ходе практики материала. Предоставление отчета, защита отчета.	02.11 - 06.12

Руководитель от УрФУ___________________________ Мосиенко О.В. (подпись) расшифровка подписи

Задание принял к исполнению (студент) _______ Макаров Д.А. расшифровка подписи



СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Назначение экскаватора

1.2 Трансмиссионная установка

1.3 Особенности экскаватора

2. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ

2.1 Технология и организация производства работ

3. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

3.1 Тяговый расчет

3.2 Кинематический расчет

3.3 Расчет зубчатой передачи

3.3.1 Расчет допустимых контактных напряжений

3.3.2 Расчет допустимых напряжений изгиба

3.3.3 Межосевое расстояние

3.3.4 Предварительные основные размеры

3.3.5 Силы в зацеплении

3.4 Прочностной расчет

3.4.1 Проверка зубьев колес по контактным напряжениям

3.4.2 Проверка зубьев по напряжениям изгиба

3.5 Подбор подшипников

3.6 Расчет шлицевого соединения

4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

4.1 Назначение детали

4.2 Анализ технологичности детали

4.3 Анализ точности и шероховатости поверхностей

4.4 Характеристика материала

4.5 Разработка технологического процесса

4.6 Обоснование выбора заготовки

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ



ВВЕДЕНИЕ

Развитие дорожной отрасли - одна из важных составляющих экономики Российской Федерации - в значительной степени зависит от эффективно функционирующей системы эксплуатации и ремонта, обеспечивающей поддержание средств механизации на высоком уровне работоспособности в течение всего срока их эксплуатации. Среди различных видов строительных работ значительный объем приходится на разработку грунтов. Необходимость эксплуатации машин в комплексе приводит к тому, что потеря работоспособности одной из машин приведет к нарушению всего технологического процесса. Взаимодействие узлов и агрегатов машин формирует сложную конструктивно-технологическую систему, эффективность которой характеризуется несколькими показателями, например, КПД и энергоемкость.

В настоящее время гидрофицированные машины составляют 80% от общего количества. Работа гидроприводов под нагрузкой составляет 85% от общего срока службы. При этом на выполнение наиболее энергоемких операций приходится от 50 до 70%. Для машин велико число включений основных элементов, оказывающих влияние на загрузку гидропривода и характер ее изменения. Таким образом, режимы работ исполнительных механизмов весьма напряженные.

Широкое применение находят такие универсальные строительные машины, как самоходные краны и одноковшовые экскаваторы. Кроме того, эти машины, как правило, являются ведущими в комплексах машин при капитальном ремонте и строительстве дорог, промышленных и гражданских объектов и пр. рабочее оборудование экскаваторов, приобретающее большие значения моментов инерции при циклическом движении, являются источником динамических нагрузок. Такты рабочего цикла экскаватора обеспечиваются высокой мощностью двигателя и повышенным расходом топлива. Процесс загрузки ковша характеризуется большими динамическими нагрузками и малым КПД гидропривода. Неполная загрузка ковша приводит к снижению производительности и эффективности работы экскаватора. Повышенные нагрузки на технику ужесточают требования к ее надежности, долговечности с минимизацией затрат на эксплуатационные расходы.

Технологические возможности такой землеройной машины, как экскаватора, зависят от мощности силовой установки, вида рабочего оборудования, вместимости ковша и системы его привода. Показателями эффективности работы экскаватора будут: производительность, КПД гидропривода, затрачиваемая мощность на единицу объема разрабатываемого грунта, экономичность, минимальное время рабочего цикла (т.к. при исправном гидроприводе на поворот стрелы расходуется до 70% рабочего времени цикла экскаватора) и состояние гидропривода. В гидроприводах механическая энергия преобразуется в гидравлическую, в этой форме перемещается, управляется или регулируется, а затем снова преобразуется в механическую энергию.

Целью данной работы является выполнить модернизацию, с целью улучшения всех основных показателей, серийно выпускаемого редуктора хода гусеничного экскаватора, имеющего гидрообъемную трансмиссию, повышение надежности составных частей при эксплуатации, увеличив при этом срок его службы.



1. АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1 Назначение экскаватора

Одноковшовый универсальный полноповоротный экскаватор ЭО_5126 на гусеничном ходу, предназначен для разработки не мерзлых грунтов категории I_IV, а также предварительно разрыхленных скальных и мерзлых грунтов с величиной кусков не более 200 мм в диапазоне температур окружающей среды от плюс 40 °С до минус 40 °С.

Скорость передвижения: 4 км/ч :

Диапазон регулирования: 0 -- max

Применяемый двигатель - дизельный, четырехтактный, шестицилиндровый, V -образный ЯМЗ -238Г. Номинальная мощность 125 кВт, Частота вращения вала при номинальной мощности, с-1 (об/мин) 28,33 (1700).

1.2 Трансмиссионная установка

Трансмиссионная установка состоит из трансмиссии и приводов отбора мощности на управление экскаватором.

Техническая функция трансмиссии - проведение механической энергии от двигателя к ходовому оборудованию и приводу рабочего оборудования, управления ими, распределения мощности между ними, регулирования скорости движения и развиваемого тягового усилия путем изменения угловых скоростей и крутящих моментов ведущих колес движителя. В зависимости от использованных элементов трансформации энергии различают механические, гидромеханические и другие.

На экскаваторе применена гидрообъемная трансмиссия. Она включает в себя: раздаточный редуктор с установленными на нем гидронасосами, и два бортовых редуктора хода с гидромоторами.

Экскаватор состоит из трех основных частей: ходовой гусеничной тележки, поворотной платформы с механизмами, кабиной, капотом и сменного рабочего оборудования. Ходовая тележка тракторного типа имеет пружинный механизм сдавания и гидравлический механизм натягивания гусеничных лент. В гидравлической схеме применен двухпоточный привод от двух аксиально-поршневых насосов с автоматическим регулированием давления в напорных гидролиниях и принудительным регулированием давления управления. Использование насосов регулируемой подачи позволяет по сравнению с насосами постоянной подачи уменьшить мощность, необходимую для привода насосной установки, а также снизить потери энергии на дроссеоирование и нагрев рабочей жидости.

1.3 Особенности экскаватора

Ходовые тележки правой и левой стороны приводятся в движение гидромотором. Разворот экскаватора происходит при включении одного из гидромоторов хода или при включении обоих в разные стороны. Во время стоянки и при копании ходовые тележки заторможены двумя нормально замкнутыми тормозами дискового типа.

Движение рабочих органов (стрелы, рукоятки, ковша) осуществляется гидроцилиндрами.

Кинематические схемы экскаватора с бурильным и грейферным оборудованием на напорной штанге имеют дополнительные кинематические механизмы для вращения бура, подъема (опускания) штанги и раскрытия (закрытия) челюстей грейферного ковша.

Теплозвукоизолированная кабина машиниста, имеющая хорошую обзорность, оснащена автономным отопителем О-ЗО и дополнительной водяной печкой, использующей теплоту от системы охлаждения дизеля. В кабине установлено комфортабельное кресло-пульт с мягкой амортизацией, регулируемое по горизонтали и высоте.

Командоаппараты гидроуправления, вмонтированные в кресло, имеют небольшие ход и усилия и удобны в управлении.

Крутящий момент от коленчатого вала двигателя передаётся трем, установленным на редукторе насосам, которые преобразуют подведённую к их валу механическую энергию в энергию потока рабочей жидкости. В гидросистеме привода ходового механизма рабочая жидкость поступает к двум гидромоторам, установленным на бортовых редукторах. На бортовых редукторах установлены ведущие колёса. Управление разными секциями гидрораспределителя обеспечивает бортовой поворот экскаватора. Рабочая жидкость от данных насосов так же подается к редуктору поворота и исполнительным органам экскаватора. Третий насос, имеющий рабочий объем 12 см3 подает рабочую жидкость под давлением в систему управления изделием. Гидронасосы, обеспечивающие основную работу (движение изделия, поворот и работу исполнительных органов) имеют рабочий объем 160 см3.



2. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА РАБОТ

2.1 Технология и организация производства работ

Технологическая схема производства земляных работ складывается из четырех основных рабочих процессов: разработки и выемки грунта, транспортирования его к месту укладки, укладки грунта в насыпь или отвал, отделки земляного сооружения, т.е. доведения выемки и насыпи до проектного профиля.

Основную долю земляных работ по разработке и выемке грунта выполняют одноковшовыми экскаваторами. При разработке небольших котлованов, траншей, устройстве выемок для дорог и каналов и др. одноковшовыми экскаваторами обычно кроме разработки и выемки грунта производят его транспортирование и укладку в отвал.

При производстве земляных работ экскаватором с транспортированием грунта на расстояния, превышающие возможности рабочих органов экскаватора, применяют комплекс машин для комплексной механизации выполняемых работ. В его состав входят автомобили-самосвалы и другие машины. Этим способом роют крупные котлованы, выемки для дорог и каналов, производят вскрышные работы в карьерах и др.

Таблица 2.1 Рациональная грузоподъемность автомобилей-самосвалов

Дальность перемещения грунта, км	Вместимость ковша экскаватора, мЗ	Дальность перемещения грунта, км	Вместимость ковша экскаватора, м3
	1,25	1,6		1,25	1,6
0,5	7	10	3	12	18
1	10	10	4	18	18
1,5	10	12	5	18	18
2	12	18



При разработке грунта экскаватором с погрузкой в транспортные средства транспортные машины необходимых типов рекомендуется подбирать с учетом вместимости ковша экскаватора (таблица 2.1).

Экскаваторный способ комплексной механизации земляных работ является наиболее распространенным, так как технологическая универсальность одноковшового экскаватора, а также возможность его работы с различными видами транспортных средств позволяют применять экскаваторные комплексы машин для земляных работ почти всех видов при грунтах различных групп.

Эффективность использования экскаватора в значительной степени зависит от правильной организации работ на объекте, особенно транспортирования грунта и квалификации машиниста.

Машинисту экскаватора перед началом работ выдают технологическую карту и наряд на выполнение работ.

Нормы выработки и расценки при выполнении экскаваторных работ устанавливают в зависимости от группы грунта. Едиными нормами и расценками предусмотрено распределение всех грунтов по группам в зависимости от трудности их разработки. Группу трудности разработки грунта устанавливают с учетом его характеристик.

Глубину (м) расположенных выше уровня грунтовых вод котлованов и траншей, имеющих вертикальные без крепления стенки, принимают не более:

в песчаных и крупнообломочных грунтах.............................................1

в супесях....................................................................................................1,25

в суглинках и глинах, кроме очень прочных.........................................1,5

в очень прочных суглинках и глинах (плотностью 2,15 т/м3).............2

Мокрыми следует считать грунты, находящиеся ниже уровня грунтовых вод, а также грунты, расположенные выше (м) уровня грунтовых вод: -

крупный, средний и мелкий песок...........................................................0,3

пылеватый песок и супесь........................................................................0,5

суглинок, глина и лессовый грунт...........................................................1

Крутизну откосов в котлованах и траншеях глубиной до 5 м можно принимать по данным табл. 3.2.

Таб.2.2. Максимально допускаемая крутизна откосов выемок в различных грунтах (угол между направлением откоса и горизонталью)

Грунт	Глубина выемки, м
	До 1,5	1,5-3	3-5
Насыпной	56	45	38
Песчаный и гравийный влажный (ненасыщенный)	63	45	45
Глинистый:
супесь	76	56	50
суглинок	90	63	53
глина	90	76	63
лесс и лессовидный сухой	90	63	63
Моренный:
песчаный, супесчаный	76	60	53
суглинистый	78	63	57

При глубине выемок более 5 м в не переувлажненных грунтах и менее 5 м в грунтах при неблагоприятных гидрогеологических условиях и в грунтах, не предусмотренных (табл.2.2), крутизну откосов определяют расчетом и указывают в проектах работ.

В забое грунт разрабатывают несколькими проходками. Параметры проходок и забоев должны обеспечивать возможность работы экскаватора с наименьшими затратами времени на выполнение рабочего цикла экскавации (копание, поворот платформы с груженым ковшом, разгрузка ковша, поворот платформы в забой и опускание ковша в положение копания). Продолжительность цикла экскавации -- один из основных факторов, влияющих на производительность экскаватора. При этом особое значение имеют операции поворота платформы, занимающие до 60% времени цикла.

Для снижения времени на выполнение рабочего цикла экскавации грунта выполняют следующее:

ширину проходок принимают такой, чтобы экскаватор мог работать при среднем угле поворота в пределах 70°;

длину проходок устанавливают с учетом возможно меньшего числа вводов экскаватора в забой и выводов его из забоя;

радиус копания выбирают в пределах 0,7--0,9 наибольшего радиуса копания;

копают грунт при полной мощности двигателя;

по возможности максимально совмещают рабочие операции;

при разработке грунтов I--II категории применяют ковш вместимостью 2 м3.

Работа с оборудованием прямая лопата. Грунт разрабатывают выше уровня стоянки экскаватора лобовыми или боковыми проходками.



3. КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ

Задача данного дипломного проекта выполнить модернизацию, с целью улучшения всех основных показателей, серийно выпускаемого редуктора хода гусеничного экскаватора, имеющего гидрообъемную трансмиссию, повышение надежности составных частей при эксплуатации, увеличив при этом срок его службы. Для этого нам необходимо проанализировать существующую серийную конструкцию редуктора хода гусеничного экскаватора ЭО - 5126.

Редуктор хода состоит из трех планетарных рядов, гидромотора, установленного на корпусе редуктора и фрикционного тормоза.

В корпусе, выполненном в виде зубчатого колеса с внутренними зубьями, установлены три планетарных ряда, включающие в себя водила в сборе с сателлитами и центральная шестерня.

Тормоз предназначен для удержания машины на уклоне, во время стоянки, и перемещении груза. Тормоз является нормально-замкнутым и имеет поршень, перемещающийся в корпусе под давлением масла разжимая пакет фрикционных дисков в процессе работы. На выходном валу гидромотора установлена шестерня, на которой закреплен барабан, имеющий по наружному диаметру шлицы, в которые входят зубья фрикционных дисков тормоза с внутренним зацеплением. В пакете эти диски чередуются с фрикционными дисками с наружным зацеплением, зубья которых входят в зацепление со шлицами на корпусе тормоза.

Масло в редуктор хода заливается через отверстие, закрываемое пробкой, контролируется через отверстие.

Конструктивно проектируемый редуктор хода аналогичен редуктору хода гусеничного экскаватора ЭО-5126: планетарный, трехступенчатый. Так как новая машина имеет более высокую массу, то передаточное число редуктора будет отличаться от серийного. В связи с этим, размеры составных элементов будут оригинальными. Третий планетарный ряд выполнен так, чтобы водило с сателлитами вращалось вокруг оси, этим обеспечивается более качественная смазка трущихся элементов, повышается долговечность работы редуктора и его надежность.

3.1 Тяговый расчет

Целью расчета является определение тягового усилия для равномерного движения и поворота экскаватора и сравнение его с тяговым усилием, развиваемым двигателем.

Исходные данные:

G = 320000 Н - масса экскаватора

Движение по горизонтали:

Необходимое тяговое усилие определяется по формуле уравнения движения экскаватора:

2ST = WВН + WИ + WK + WB , (3.1)

где ST - тяговое усилие на одной гусенице;

WВН - внутреннее сопротивление ходовых механизмов;

WИ - сопротивление инерции при трогании с места;

WK - сопротивление грунта при перемещении экскаватора;

WB - сопротивление ветра.

Внутреннее сопротивление ходовых механизмов:

WВН = б * ( W1 + W2 + W3 + W4 + W5 + W6 + W7 ), (3.2)

где б =1,2 - коэффициент, учитывающий добавочное сопротивление от

внешних сил;

W1 - сопротивление в подшипниках опорных катков;

W2 - сопротивление в подшипниках ведущих колес;

W3 - сопротивление в подшипниках направляющих колес;

W4 - сопротивление качению опорных катков по гусеничным лентам;

W5 - сопротивление изгибанию гусеничных лент на ведущих колесах;

W6 - сопротивление изгибанию гусеничных цепей на направляющих колесах;

W7 - сопротивление изгибанию гусеничных цепей по поддерживающим каткам.

Величины W3, W5 , W6 находятся в функциональной зависимости от ST.

Можно записать:

WВН = б * ( W1 + W2 + lST + W4 + mST + nST+ W7 ), (3.3)

где l, m, n - коэффициенты функциональной зависимости величин W3, W5 ,W6

Если в формулу для определения ST подставить значение WВН и преобразовать ее, то она примет вид:

Сопротивление в подшипниках опорных катков:

где qЗВ - масса гусеничных звеньев, лежащих на земле;

fПК?? приведенный коэффициент трения качения;

d1 =0,09 м - диаметр оси опорного катка;

D1 =0,52 м - диаметр опорного катка.



где q'ЗВ =368 Н - масса одного гусеничного звена;

L = 3,5 м - длина гусеничной ленты;

t = 0,203 м - шаг гусеничного звена.

Тогда:

qЗВ = 13425,655 Н.

Приведенный коэффициент трения качения:

где 1*10-5 м - коэффициент трения качения;

0,09 м - диаметр цапфы катка;

D = 0,15 м - наружный диаметр внутреннего кольца подшипника;

0,017 м - диаметр тела качения подшипника 3518.

Тогда: W1 = 251,435 Н

Сопротивление в подшипниках ведущих колес:

где приведенный коэффициент трения в подшипнике качения;

0,6252 м - диаметр ведущего колеса;

0,33 м - диаметр оси ведущего колеса;

n = 12 - количество опорных катков.



где 1*10-5 м - коэффициент трения качения;

D = 0,38 м - диаметр внутреннего кольца подшипника;

0,025 м - диаметр ролика подшипника.

1,273*10-3

W2 = 18,238 Н

Сопротивление в подшипниках направляющих колес: при переднем ходе

D3=где 0,56 м - диаметр натяжного колеса;

D3= 0,1 м - диаметр цапфы натяжного колеса.

Для подшипника 3520: dц = 0,1 м; D = 0,168

2,444*10-3

при заднем ходе



Тогда

;

Сопротивление качению опорных катков по гусеничным лентам:

где - коэффициент трения качения катков по гусеничным лентам.

Сопротивление изгибанию гусеничных цепей на ведущих колесах при переднем ходе:

где - коэффициент трения в шарнирах звеньев цепи;

d0 = 0,044 м -диаметр пальцев шарниров звеньев гусеницы.

при заднем ходе:



следовательно, m = 0,05665; m' =0,04931

Сопротивление изгибанию гусеничных цепей на направляющих колесах при переднем ходе:

при заднем ходе:

Cледовательно,

n = 0,0165; n'= 0,11.

Сопротивление движению гусеничных цепей по поддерживающим каткам:

где D4 = 0,18 м - диаметр поддерживающего катка;

d4 = 0,05 м - диаметр оси поддерживающего катка;

- коэффициент трения качения звеньев гусеницы по поддерживающим каткам;

q1ЗВ - вес верхней части гусеничной цепи



где L' =1,185 м - длина гусеничной ленты, лежащей на поддерживающих катках.

Для подшипника 310:

D = 0,0687 м ; 0,05 м; 0,01905

2,4*10-3

Подставив значения величин, получим

Сопротивление сил инерции при трогании с места

где v = 3 км/ч = 0,8333 м/с;

g = 9,81 м/с2- ускорение свободного падения;

tP = 2 c - время разгона экскаватора.

Сопротивление грунта при перемещении экскаватора

где n = 2 - число гусеничных лент;

b = 0,61 м - ширина гусеничного звена;

p - среднее давление на грунт;

p0 = 0,3*9,81*106 Н/(м2*м) - постоянный для данной почвы коэффициент удельного сопротивления почвы смятию;

h - глубина погружения гусеницы.

Среднее давление на грунт

где D' =0,977 м - диаметр окружности, описанной вокруг гусеницы на ведущем колесе.

Глубина погружения гусеницы

Подставив значения величин, получим

Сопротивление ветру

(3.15)

где q = 125 Па - предельно допустимое динамическое давление ветра по ГОСТ 1451 - 77;

F - наветренная площадь экскаватора, которую определяют по рис.1.



Рисунок 1 - Наветренная площадь экскаватора

Наветренная площадь экскаватора

Тогда

WВ = 768,211 Н

Необходимое тяговое усилие при движении по горизонтальной поверхности:

при трогании с места передним ходом

при трогании с места задним ходом



при установившемся движении передним ходом

при установившемся движении задним ходом

Движение на подъем

Сопротивление подъему при движении: уклон 5о

уклон 20о

Необходимое тяговое усилие при движении задним ходом при трогании с места: уклон 5о

уклон 20о



Движение при повороте:

Сопротивление повороту

где МС - момент сопротивления повороту;

r - радиус разворота .

Рисунок 2 - Движение при повороте

LСР = 3600 мм;

B = 2570 мм;

r = 2570 мм

Момент сопротивления повороту



где µ - коэффициент сопротивления повороту:

где µmax = 0,8;

a = 0,85 - постоянный коэффициент;

r - радиус поворота на забегающей гусенице.

Подставив значения, получим

Необходимое тяговое усилие:

для поворота при переднем ходе

для поворота при заднем ходе



Тяговое усилие гидромотора

где

М2М - максимальный крутящий момент гидромотора ходового механизма; v - постоянная гидромотора;

максимальное давление в гидромоторе;

кпд гидромотора; экскаватор подшипник кинематический шлицевый

ux = 84,798 - передаточное число редуктора привода ходового механизма; 0,943 - кпд привода ходового механизма.

Из расчета видно, что следовательно разворот вокруг

застопоренной гусеницы осуществим.

Тяговое усилие, необходимое для преодоления сцепления гусеничных лент с грунтом Тяговое усилие



где коэффициент сцепления с грунтом для влажной стерни.

Для определения основных размеров зубчатых зацеплений выполним кинематический расчет.

3.2 Кинематический расчет

Расчет произведем для первой (ведущей) быстроходной ступени редуктора. Момент на солнечную шестерню передачи поступает через шлицевое соединение от вала гидромотора 303.3.112 производства ОАО «ПСМ» г. Екатеринбург. Вращающий момент гидромотора Т, Н·м

Номинальная частота вращения вала гидромотора, n, мин-1 1200

Для первой ступени планетарного редуктора зададим передаточное отношение u=5,2. Число зубьев солнечной шестерни za=15.

Определим число зубьев эпицикла:

(3.34)

Определим предварительное значение числа зубьев сателлита:

(3.35)

Выберем табличные значения коэффициентов смещения x1 и x2 согласно значениям zg=24 и za=15: x1=0,32; x2=0,86

Определим коэффициент В:



, (3.36)

где

По номограмме определим угол зацепления передачи внешнего зацепления .

По номограмме определим угол зацепления передачи внутреннего зацепления .

Уточним числа зубьев колес планетарной передачи по условиям соосности и сборки.

Условие соосности:

, (3.37)

отсюда:



Условие выполняется.

Условие сборки.

, (3.38)

где: nw=3 - число сателлитов;

- любое целое число.

Условие выполняется.

Далее произведем расчет зубчатой передачи солнечная шестерня - сателлит.

3.3 Расчет зубчатой передачи

Исходные данные:

тип зубчатой передачи прямозубая

передаточное число u' 1,6

вращающий момент шестерни T, Н·м 332

частота вращения шестерни n1, мин-1 1200

требуемый ресурс работы привода L, час 10000

Таблица 3.1 - Твердости колес и методы термической обработки

Материал шестерни и колеса		Сталь 40Х
Термообработка		Улучшение
Предельные размеры заготовки:
Dпр	мм	200
Sпр	мм	125
Твердость зубьев:
в сердцевине	HB	235 … 262
на поверхности	HB	235 … 262
Предел текучести	МПа	640

Термообработка сателлита - улучшение, твердость 269…302 HB; термообработка шестерни - улучшение и закалка током высокой частоты (ТВЧ), твердость 45…50 HRCэ. Твердость сердцевины зуба соответствует термообработке улучшение. Марка стали одинакова для сателлита и шестерни - 40Х.

3.3.1 Расчет допустимых контактных напряжений

Допустимые контактные напряжения для шестерни и для сателлита определяется по общей зависимости, учитывая влияние на контактную прочность долговечности (ресурса), шероховатости сопрягаемых поверхностей зубьев и окружной скорости:

, (3.39)

где: =965 (МПа) - предел контактной выносливости;

SН=1,1 - коэффициент запаса прочности;

ZR=0,95 - коэффициент влияния шероховатости;

Zv - коэффициент влияния окружной скорости;

ZN - коэффициент долговечности, рассчитывается по формуле:



, (3.40)

где NHG - число циклов перелома кривой усталости;

(ч циклов)

Nk - ресурс передачи;

Lh - суммарное время передачи;

(ч)

(ч циклов)

(МПа)

3.3.2 Расчет допустимых напряжений изгиба

Допустимые напряжения изгиба для шестерни и для сателлита определяется по общей зависимости, учитывая влияние на сопротивление усталости при изгибе долговечности (ресурса), шероховатости поверхности выкружки и реверса нагрузки:

, (3.41)

где: =650 (МПа) - предел выносливости

SF=1,7 - коэффициент запаса прочности;

YN=0,72 - коэффициент долговечности;

YR=1 - коэффициент влияния шероховатости;

YA=1 - коэффициент влияния двусторонней нагрузки;

(МПа)

3.3.3 Межосевое расстояние

Предварительное значение межосевого расстояния aw', мм

, (3.42)

где: K=10 - коэффициент, зависящий от твердости шестерни и зубчатого колеса;

(мм)

Определим окружную скорость ведущей шестерни v, м/с

м/с

Выбираем 7-ю степень точности по ГОСТ 1643-81 для шестерни и зубчатого колеса.

Уточним предварительно найденное значение межосевого расстояния по формуле:



, (3.44)

где: Ка=450 - для прямозубых зубчатых колес;

kw=1,2 - коэффициент неравномерности распределения нагрузки между сателлитами;

- коэффициент ширины для симметричного расположения шестерни и зубчатого колеса относительно опор;

nw=3 - число сателлитов;

KH - коэффициент нагрузки, рассчитывается по формуле:

, (3.45)

где: - коэффициент, учитывающий внутреннюю динамику нагружения, связанную прежде всего с ошибками шагов зацепления и погрешностями профилей зубьев шестерни и колеса. Значения коэффициента принимаются по таблице, в зависимости от степени точности передачи по нормам плавности, окружной скорости и твердости рабочей поверхности;

- коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по длине контактных линий, обуславливаемую погрешностями изготовления и упругими деформациями валов, подшипников. Определяется по формуле:

, (3.45)

где: - коэффициент неравномерности распределения нагрузки в начальный период работы;

- коэффициент, учитывающий приработку зубьев.

- коэффициент, определяемый по формуле:

Теперь определим коэффициент нагрузки:

Вычислим уточненное значение межосевого расстояния:

(мм)

Найденное значение межосевого расстояния округлим до ближайшего стандартного значения из ряда стандартных межосевых расстояний для крупносерийного производства - мм.

3.3.4 Предварительные основные размеры

Ширина зубчатого венца эпицикла:

(4.46)



(мм)

Ширина зубчатого венца сателлита:

мм

Ширина зубчатого венца солнечной шестерни:

мм

Определим модуль зацепления:

(4.47)

мм

Принимаем значение модуля, округленное до ближайшего стандартного значения m=5 мм.

Уточним межосевое расстояние:

(4.48)

мм



Диаметры колес:

Делительные диаметры:

шестерни мм;

сателлита мм;

эпицикла мм.

Диаметры окружностей вершин:

шестерни мм;

сателлита мм;

эпицикла мм.

Диаметры окружностей впадин:

шестерни мм;

сателлита мм.

эпицикла мм.

3.3.5 Силы в зацеплении

Окружная Н;

Радиальная Н;

Осевая Н.

3.4 Прочностной расчет

3.4.1 Проверка зубьев колес по контактным напряжениям

Расчетное значение контактного напряжения



(4.49)

(МПа)

Найденное расчетное значение напряжения не превышает допустимого (416,5 МПа < 718,4 МПа).

3.4.2 Проверка зубьев по напряжениям изгиба

Расчетное напряжение изгиба в зубьях шестерни:

, (4.50)

где: YFS=3,96 - коэффициент, учитывающий форму зуба и концентрацию напряжений. Зависит от приведенного числа ;

- коэффициент, учитывающий угол наклона зубьев;

- коэффициент, учитывающий степень точности.

(МПа)

Найденное расчетное значение напряжения не превышает допустимого (201,69 МПа < 273,7 МПа).

Расчетное напряжение изгиба в зубьях колеса:



(4.51)

(МПа)

Найденное расчетное значение напряжения не превышает допустимого (189,47 МПа < 273,7 МПа).

3.5 Подбор подшипников

Произведем подбор подшипников для опор сателлита (z=24, m=5).

Определение реакций опор

b=10 мм;

c=10 мм;

Рисунок 3 - Реакции опор.



(Н)

(Н)

(Н)

(Н)

(Н)

(Н)

Опоры равнонагружены. Поскольку число сателлитов nw=3, нагрузка на опоры уменьшается в три раза Fr=1570 Н.

Выбираем подшипник с короткими роликами легкой серии 2106 ГОСТ 8328-75.



Таблица 3.2 - Выбор подшипников

Cr, кН	19,5
Cor, кН	10,0
E	0
Y	0
X	1
V	1

Принимаем коэффициенты:

Кб=1,5 - для условия кратковременных перегрузок до 150%

КT=1,1 - для работы при температуре до 150°

Рассчитаем эквивалентную динамическую нагрузку:

(Н)

Определим скорректированный ресурс подшипника при а1=1 (вероятность безотказной работы 90%), а23=0,75 (обычные условия работы), k=3 (шариковый подшипник):

(ч)

Так как расчетный ресурс меньше требуемого (5914<10000), то подшипник легкой серии 2106 ГОСТ 8328-75 непригоден. Выберем подшипник средней серии 2206 ГОСТ 8328-75.

Таблица 3.3 - Выбор подшипников

Cr, кН	28,1
Cor, кН	14,6



Рассчитаем эквивалентную динамическую нагрузку:

(Н)

Определим скорректированный ресурс подшипника:

(ч)

Так как расчетный ресурс больше требуемого (17696>10000), то подшипник средней серии 2206 ГОСТ 8328-75 пригоден.

3.6 Расчет шлицевого соединения

Рассчитаем шлицевое соединение солнечной шестерни планетарной передачи с валом гидромотора на смятие и износ. Результат расчета будет считаться удовлетворительным при условии, что напряжение смятия шлицевого соединения не будет превышать допустимого для данного материала и условий эксплуатации.

Напряжение смятия рассчитывается по формуле:

, (4.52)

где: Т - номинальный крутящий момент;

Кз=0,7…0,8 - коэффициент неравномерности нагрузки по зубьям;

z - число зубьев;

h - рабочая высота зубьев;

l - рабочая длина зубьев;

dср - средний диаметр соединения.

Для эвольвентных зубьев принимается:

;

Таким образом, расчетная формула 3.20 принимает следующий вид:

(4.53)

Исходные данные для данного соединения:

крутящий момент Т, Н·м 332

число зубьев z 12

модуль m, мм 2

рабочая длина зубьев l, мм 42

Определим напряжение смятия по формуле 4.21:

(МПа)

Найденное значение напряжения смятия входит в интервал допустимого напряжения смятия МПа для тяжелых условий эксплуатации и твердости материала сопрягаемых деталей .



4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

4.1 Назначение детали

Рассматриваемая в дипломном проекте деталь шестерня солнечная является ведущей шестерней первого планетарного ряда редуктора хода гусеничного экскаватора. Редуктор хода служит для передачи крутящего момента от гидромотора, установленного на корпусе, к ведущему колесу машины, обеспечивая тем самым ее движение. В состав редуктора так же входит и стояночный тормоз, обеспечивающий останов экскаватора и удержание его на подъеме и при работе ковшом.

4.2 Анализ технологичности детали

Технологичность конструкции детали - один из факторов, существенно влияющих на характер технологического процесса. Конструкция детали является технологичной, если при её изготовлении и эксплуатации затраты материала, времени и средств минимальны.

Деталь шестерня солнечная представляет собой тело вращения. Деталь имеет зубчатый венец, наружные и внутренние шлицы, внутренне сквозное отверстие, канавки для установки пружинных колец на наружной и внутренней поверхностях.

Проанализировав конструкцию детали приходим к выводу, что она соответствует следующим требованиям:

Конструкция состоит из унифицированных конструктивных элементов, что обеспечивает обработку с минимальным числом инструментов и использование типовых подпрограмм при обработке на станках с ЧПУ.

Конструкция детали обеспечивает возможность использования типовых технологических процессов.

Деталь имеет рациональную форму, удобные базирующие поверхности.

Конструкция детали позволяет использовать рациональный способ получения заготовки.

Проанализируем технические требования к детали:

Конструкторской базой данной детали является внутренний шлицевый венец. Внутренние шлицы служат для установки данной детали на вал гиромотора и передачи крутящего момента. Работа остальных поверхностей уже зависит от точной установки детали. Для получения детали механической обработкой с заданной точностью конструкторскую базу используем в качестве технологической. Операции зубофрезерования, шлифования и зубошлифования производятся установкой детали на цанговую шлицевую оправку. Требование твёрдости поверхностей детали обеспечивается цементацией с последующей закалкой.

Так как деталь предназначена для работы внутри сборочной единицы, заполненной маслом, то нет необходимости производить какое-либо покрытие.

4.3 Анализ точности и шероховатости поверхностей

Вид механической обработки и количество переходов определяются в зависимости от качества поверхности и точности обработки.

Черновое точение применяется для поверхностей с шероховатостью 40-80мкм и с 12-14 квалитетом точности (поверхности 46, 49,5, 57, 60, торец 69, поверхности канавок 1,9 мм, 2,2 мм).

Чистовое точение применяется для поверхностей с шероховатостью 20мкм 11-9 квалитета точности. Это поверхности 41, 86.

Протягивание применяется для получения поверхностей Ra 2,5 и выше с точностью с 7 квалитета, это внутренние шлицы 45.

Шлифование применяется для получения поверхности 6-7 квалитета точности с шероховатостью Ra 2,5 мкм, в данном случае предварительное шлифование после токарной обработки Ш60.

Заданные допуски и шероховатости поверхностей соответствуют конструктивному назначению детали. Основными конструктивными элементами являются внутренние шлицы и наружный зубчатый венец. Именно эти поверхности имеют наиболее высокий класс точности и меньшую шероховатость. Менее ответственные поверхности выполнены с большими допусками и шероховатостью. Оптимальность точности и шероховатости можно оценить с помощью коэффициентов точности и шероховатости соответственно. Коэффициент точности определяется по формуле:

ч; (4.1) где

А - квалитеты точности обработки;

- число размеров с соответствующим квалитетом;

= (6+2·8 + 2·11 + 4 12 + 6 14 + 13)/16 = 105/16

;

Коэффициент шероховатости определяется по формуле:

; (4.2)

где Б - класс шероховатости поверхности;

- число поверхностей с соответствующей шероховатостью;



.

Расчётные коэффициенты являются относительными показателями и их значения можно оценивать следующим образом:

Чем меньше значение коэффициента точности и больше коэффициент шероховатости, тем соответственно выше средняя точность обработки и меньше средняя шероховатость, т.е. труднее получить поверхности с заданной точностью и шероховатостью.

Точность размеров и шероховатость поверхностей детали оптимальны, обоснованы конструктивно и экономически.

Точность и шероховатость поверхностей обеспечивают требуемую точность установки, обработки и контроля.

4.4 Характеристика материала

Деталь «шестерня солнечная» изготовлена из стали 20Х2Н4А ГОСТ4543-71.

Назначение стали: шестерни, вал-шестерни, пальцы и другие цементируемые особо ответственные детали, к которым предъявляются требования высокой прочности, пластичности и вязкости сердцевины при высокой поверхностной твёрдости, детали, работающие под действием ударных нагрузок и при отрицательных температурах.

Сталь 20Х2Н4А - хромоникелевая высококачественная сталь, химический состав которой по ГОСТ 4543-71.

Углерод 0,16…0,22%

Марганец 0,3…0,6%

Кремний 0,17…0,37%

Хром 1,25…1,65%

Никель 3,25…3,65%

Фосфор 0,025% max

Сера 0,025% max

Медь 0,3% max.

Легирующие элементы придают стали коррозионную стойкость, высокую прочность и пластичность, увеличивают прокаливаемость, повышают сопротивление ударным нагрузкам. Хромоникелевая сталь является наиболее распространённой конструкционной сталью, т.к. после термообработки (она подвергается цементации) приобретает высокую твёрдость, упругость и сопротивление ударным нагрузкам. Сталь 20Х2Н4А хорошо обрабатывается резанием. Температура ковки: начала 1200С, конца 800С. Сечения до 100мм охлаждаются на воздухе, 100…350мм - в яме. Сталь трудносвариваемая. Способы сварки: ручная дуговая сварка, автоматическая дуговая сварка под флюсом. Необходимы подогрев и последующая термическая обработка. Сталь малосклонна к отпускной хрупкости.

4.5 Разработка технологического процесса

Разработка технологического процесса изготовления детали представляет собой комплекс взаимосвязанных работ, включающих:

выбор исходной заготовки;

выбор технологических баз;

подбор типового технологического процесса;

определение последовательности и содержание технологических операций;

определение и выбор средств технологического оснащения, средств автоматизации и механизации, составление заказов на них;

назначение и расчёт режимов резания, нормирование процесса;

определение профессий и квалификации исполнителей;

организацию производственных участков, выбор средств внутрицехового транспорта;

планировку производственных участков с разработкой операций перемещения изделия и отходов;

оформление технологической документации на весь технологический процесс.

При выборе оборудования необходимо учитывать его технические и технологические возможности применительно к обрабатываемой детали, тип производства, который зависит от программы выпуска деталей. В условиях серийного производства при обработке нескольких однотипных деталей широкое применение получили станки с числовым программным управлением. При разработке проектного технологического процесса используются токарные станки с ЧПУ.

Применяя современные режущие инструменты можно сократить число переходов при обработке деталей.

Маршрутный технологический процесс:

005 Заготовительная

010 Токарная с ЧПУ

015 Токарная с ЧПУ

020 Токарная с ЧПУ

025 Зубофрезерная

030 Слесарно-моечная

035 Контрольная

040 Термообработка

045 Горизонтально-протяжная

050 Зубофрезерная

055 Круглошлифовальная

060 Зубошлифовальная

065 Слесарно-моечная

070 Контрольная

Дальнейшая разработка технологического процесса состоит в определении порядка выполнения переходов для получения заданных поверхностей с наименьшими затратами времени при заданных параметрах точности и шероховатости.

4.6 Обоснование выбора заготовки

Правильный выбор исходной заготовки существенно влияет на технико-экономические показатели технологического процесса изготовления детали. При выборе технологических методов и процессов получения заготовок учитываются прогрессивные тенденции развития технологии машиностроения. Решение задачи формообразования детали целесообразно перенести на заготовительную стадию и тем самым снизить расход материала, уменьшить долю затрат на механическую обработку в себестоимости готовой детали.

Для этого оптимальным методом получения заготовки является штамповка, штампосварной или штамполитой вариант.

Основные факторы, влияющие на выбор способа получения заготовки:

тип производства;

материал и требования, предъявляемые к деталям;

качество поверхности заготовки, обеспечивающее заданную точность;

масса и конфигурация детали.

Для заданной детали, в условиях единичного производства для обработки стали 20Х2Н4А на оборудовании с ЧПУ наиболее выгодно применить способ получения заготовки на горизонтально-ковочной машине. Этот способ даёт возможность получить заготовку по форме максимально приближённой к форме детали с минимальными припусками и достаточно высокой точностью без сдвига в плоскости разъема штампа.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Задачей данной работы являлось выполнить модернизацию редуктора хода серийного гусеничного экскаватора имеющего гидрообъемную трансмиссию с целью улучшения всех основных показателей, повышение надежности составных частей при эксплуатации, увеличив при этом срок его службы.

В ходе выполнения данной задачи был разработан редуктор хода с повышенной надежностью, достигнутой разработкой новых конструктивных деталей, тем самым увеличивая срок его службы, более высоким коэффициентом унификации, при этом меньшим по габаритам. Тем самым были достигнуты цели стоящие перед началом работы.



СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Бородачев И. П. Бондаков Б. Ф. и др. Справочник конструктора дорожных машин -М.: Машиностроение. 1973.

2. Борисов А. М. и др. Сельскохозяйственные погрузочно-разгрузочные машины. - М.: Машиностроение 1973.

3. Федоров Д. И. Бондарович Б. А. Надежность рабочего оборудования землеройных машин. -М.: Машиностроение. 1981.

4. Чернилевский Д. В. Курсовое проектирование деталей машин и механизмов: Учебн. Пособие.- М.: Высш. школа. 1980.

5. Домбровский Н. Г. и др. Строительные машины: Учебник для студентов вузов по специальности: "Автомобильные дороги".-М.: Машиностроение. 1971.

6. ГОСТ 30067-93. Экскаваторы одноковшовые универсальные полноповоротные. Общие технические условия. - М.: Изд-во стандартов, 1990.

7. ГОСТ 27247-87. Машины землеройные. Метод определения тяговой характеристики. - М.: Изд-во стандартов.

8. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. - М.: Изд-во стандартов.

9. Справочник технолога машиностроителя. В 2-х т. Под ред. Косиловой А.Г. и Мещарикова Р.К.-М.: Машиностроение. 1985.

10. Маталин А. А. Технология машиностроения: Учебник для машиностроительных вузов по специальности Технология машиностроения -Л.: Машиностроение. 1985.

11. Платонов В. Ф. Легашвилли Г. Р. Гусеничные и колесные транспортно тяговые машины. -М.: Машиностроение. 1981.

12. Полосин М. Д. Устройство и эксплуатация подъемно-транспортных и строительных машин: Учебник. -М. "Проф. Обр. Изд.". 2001.

13. Раннев А. В. Полосин М. Д. Устройство и эксплуатация Дорожностроительных машин: Учебник. - М. "Академия". 2000.

14. Раннев А. В. Одноковшовые строительные экскаваторы. - М.: Высшая школа. 1991.

15. Строительные и дорожные машины. Ежемесячный научно-технический и производственный журнал. - М. "СДМ - Пресс".

16. Федоров Д. И. Рабочие органы землеройных машин. - М.: Машиностроение. 1989.

17. Федоров Д. И. Бондарович Б. А. Надежность рабочего оборудования землеройных машин. -М.: Машиностроение. 1981.

18. Чернилевский Д. В. Курсовое проектирование деталей машин и механизмов: Учебн. Пособие.- М.: Высш. школа. 1980.

Размещено на Allbest.ru