Проектирование одноступенчатого цилиндрического редуктора

Ишимбайский нефтяной колледж ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОДНОСТУПЕНЧАТОГО ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО РЕДУКТОРА Курсовой проект 150411 ОП2-04 ПЗ Выполнил: А.Ю. Егоров Проверил: Р.Ш. Ахтямов 2007 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ 1.1 Кинематическая схема привода 1.2 Кинематический расчет привода 1.3 Выбор материалов зубчатых передач и определение допускаемых напряжений 1.4 Расчет зубчатой передачи редуктора 1.5 Нагрузки валов редуктора 1.6 Проектный расчет валов. Эскизная компоновка редуктора 1.7 Расчетная схема валов редуктора 1.8 Проверочный расчет подшипников 1.9 Конструктивная компоновка привода 1.10.Проверочные расчеты 1.11. Технический уровень редуктора ЗАКЛЮЧЕНИЕ СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПРИЛОЖЕНИЕ ГРАФИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ ВВЕДЕНИЕ Развитие и повышение эффективности машиностроения возможно при существенном росте уровня автоматизации производственного процесса. В последние годы широкое ра с пространение получили работы по созданию новых высокоэффективных автоматизированных механосборочных прои з водств и реконструкции действующих производств на базе использования современного оборудования и средств упра в ления всеми этапами производства. В машиностроении внедряется производственное оборудование, оснащённое си с темами числового программного управления и микропроце с сорной техникой, на его базе создаются автоматизированные участки и ц е хи, управляемые от ЭВМ. Проектируемые и реализуемые производственные пр о цессы должны обеспечивать решение следующих задач: в ы пуск продукции необходимого качества, без которого затр а ченные на неё труд и материальные ресурсы будут израсх о дованы бесполезно; выпуск требуемого количества изделий в заданный срок при минимальных затратах живого труда и вложенных капитальных затратах. Проектированием и реконструкцией машиностроител ь ного производства занимается ряд проектных институтов ГИПРО и ОРГ по отраслям машиностроения, которые на о с нове изучения специфики отрасли используют при проект и ровании последние достижения науки и техники, внедряют новые безотходные и ресурсосберегающие технологии, ш и роко применяют типовые проекты, унифицированные конс т рукции, системы автоматизированного проектирования (САПР), а также поддерживают те с ную связь с научно-исследовательскими, проектно-конструкторскими, строительными организациями и машиностроительными предпр и ятиями в целях быстрейшего внедрения в проекты резул ь татов их работ. Эти проектные институты принимают участие в разработке заданий на проектирование, выборе площадки для строительства или обследовании действующего производства при реконструкции и техническом перевооружении, определении объёмов, этапов и стоимости пр о ектных и изыскательных работ. Они выдают заказчику те х нические требования на разработку специального произво д ственного оборудования, определяют объёмы строительно-монтажных работ, состав и число оборудования, компле к тующих изделий и материалов, обеспечивают патентную чистоту проектных решений, строительные организации технической документации в сроки, установленные догов о ром, участвуют в приёмке в эксплуатацию объектов стро и тельства и освоении проектных мощностей, организуют авторский, а в необходимом случае и технический надзор за строител ь ством. Основой производственного процесса является подробно разработанная технологическая часть, что свид е тельствует о приоритетной роли технолога в процессе и з готовления изделий машиностроения. Активное участие технолог должен принимать не только в процессе изгото в ления изделий, но и в работе таких вспомогательных си с тем, как системы инструментообеспечения, контроля кач е ства изделий, складской, охраны труда обслуживающего персонала, транспортной, технического обслуживания и управления, а также подготовки производс т ва. Очевидно, что круг задач эффективной эксплуатации производственных си с тем весьма широк, эти задачи сложны и многообразны, особенно если учесть масштабы совреме н ного производства и уровень техники, и решение их требует от технолога широкого кругозора и глубоких знаний различных дисци п лин. Совершенствование машиностроительного производства происходит в результате обобщения опыта использования новейших средств производства и комплексной автоматиз а ции производственных процессов на базе применения пр о мышленных роботов, автоматических транспортных средств, контрольно-измерительных машин и т.п. В дал ь нейшем это позволит создавать интегрированные произво д ства, обеспечивающие автоматизацию основных и вспомогательных процессов, и при мин и мальном участии человека в производственном процессе выпускать изделия требуемого качества и в необход и мом объёме. В настоящее время идёт интенсивное расширение н о менклатуры производимых изделий и увеличение общего их количества. Наряду с этим возрастают требования к кач е ству изделий. Это ведёт за собой необходимость повышения точности технологического оборудования, его мощности, быстродействия, степени автоматизации и экологической чистоты всей производственной си с темы. Существенным является и то, что рост стоимости пр о изводственного оборудования опережает повышение уровня его точности и производительности. Естественно, что в таких условиях без достаточно высокой надёжности работы всей производственной системы нельзя рассчитывать на эффективное её функционирование. Широкая номенклатура выпускаемых изделий требует высокой гибкости произво д ственной системы, т.е. быстрой перенастройки произво д ственного процесса. Из этого следует, что принимаемые технико-организационные решения должны приниматься оперативно. В этих условиях неоптимальные решения значительно сниж а ют потенциальную возможность используемой производственной системы. И чем сложнее эта система, тем потери будут больше. Решение указанных проблем в и дится в углублении познаний о закономерностях в производственных процессах и производстве в ц е лом. 1.1 КИНЕМАТИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРИВОДА Цель: 1. Изучить и вычертить схему привода. 2. Проанализировать назначение и конструкцию элементов приводного устро й ства. 3. Определить ресурс приводного устройства. 1.1.1 Чертёж кинематической схемы 1-двигатель. 2-муфта упругая втулочно-пальцевая. 3-шестерня. 4-вал быстроходный , 5-вал тихоходный. 6-колесо зубчатое Рисунок 1.1.1 – Кинематическая схема привода 1.1.2 Условия экс плуатации приводного устройства Привод предназначен для получения вращающего момента на ведомом валу за счёт уменьшения его угловой скорости. Условия работы: мощность на тихоходном валуне Р Т = 2,8 кВт, частота вращения тихоходного вала n T = 250 об/мин, не реверсивная, число рабочих смен 1, при 8-и часовой рабочей смене срок службы привода 6 лет, характер нагрузки – споко й ный без толчков. 1.1.3 Ср ок службу приводного устройства Срок службы (ресурс) L h , ч, определяем по формуле: (1.1.1) где L h - срок службы приводн о го устройства; L r - срок службы привода, лет; t c - продолжительность смены, ч; L с – число смен. Из полученного значения вычитаем 10% на профилактику, текущий р е монт, не рабочие дни. 1.2. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА Цель: 1. Определить мощность и частоту вращения двигателя. 2. Определить передаточное число привода. 3. Рассчитать силовые и кинематические параметры привода. Двигатель является одним из основных элементов машинного агрегата. Для проектируемых машинных агрегатов рекомендуется трехфазные асинхронные короткозамкнутые двигатели серии 4А. Эти двигатели наиболее универсальны. Закрытое и обдуваемое исполнение позволяет применить эти двигатели для работы в загрязненных условиях, в открытых помещениях и т. п. 1.2.1. Определяем мощности и частоты вращения двигателя. Мощность двигателя зависит от требуемой мощности рабочей машины, а его частота вращения – от частоты вращения приводного вала рабочей машины (ведомого вала редуктора). Исходные данные: кВт, об/мин (1.2.1) (3,152кВт) где -общий КПД провода - коэффициент полезного действия зубчатой передачи редуктора, муфты и подшипников качения. - КПД муфты - КПД закрытой цилиндрической зубчатой передачи. Принимаем -КПД одной пары подшипников качения. 1.2.2. По табл. К1 выбираем двигатель серии 4А с номинальной мощностью. Рном = 4,0 кВт, применив для расчета четыре варианта типа двигателя. вариант Тип двигателя Номинальная мощность Рном, кВт Частота вращения, об/мин синхронная При номинальном режиме, Пном 1 4АМ100 S 2УЗ 4,0 3000 2880 2 4АМ100 L 4УЗ 4,0 1500 1430 3 4АМ112М B 6УЗ 4,0 1000 950 4 4АМ1 3 2М8УЗ 4,0 750 720 Выбор оптимального типа двигателя зависит от типов передач, входящих в привод, кинематических характеристик рабочей машины, и производится после определения передаточного числа привода. При этом надо учесть, что двигатели с большой частотой вращения (синхронной 3000 об/мин) имеют низкий рабочий ресурс, а двигатель с низкими частотами (синхронными 720 об/мин) весьма металлоемкими, поэтому их нежелательно применять без особой необходимости в приводах общего назначения малой мощности. 1.2.3.Определяем передаточное число редуктора для 4-х вариантов двигателя по формуле: (1.2.2.) варианты 1 2 3 4 Передаточное число 10 , 28 5 , 10 3 , 39 2 , 57 Выбираем двигатель 4АМ100 L 4УЗ (Рном = 4,0 кВт; n ном = 1430 об/мин), передаточное число редуктора u = 5,10, что находится в диапозоне рекомендуемых значений u = 2.0…6.3 1.2.4. Частота вращения, угловая скорость, мощность и вращающий момент на каждом валу. Вал I (быстроходный) об/мин (1.2.3.) рад/с кВт (1.2.4.) Н·м Вал II (тихоходный) (1.2.5.) об/мин (1.2.6.) рад/с (1.2.7.) кВт (1.2.8.) Н·м Угловая скорость от ведущего к ведомому валу уменьшается с до За счет этого вращающий момент растет до В этом и есть назначение силовой передачи. 1.3.ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ И ОПР ЕДЕЛЕНИЕ ДОПУСКАЕМЫХ НАПРЯЖЕНИЙ Цель: 1.Выбрать твердость, термообработку и материал зубчатых колес. 2.Определить допускаемые контактные напряжения. 3.Определить допускаемые напряжения на изгиб. 1.3.1.Выбор твердости, термообр аботки и материала колес Стали в настоящее время – основной материал для изготовления зубчатых колес. Для равномерного изнашивания зубьев и лучшей их прирабатываемости твердость шестерни НВ, назначается больше твердости колеса НВ 2. Исходные данные: рад/с рад/с ч. Рекомендуется в зубчатых передачах марки сталей шестерни и колеса выбирать одинаковые. При этом, для передач, к размерам, которых не предъявляют высоких требований, следует применять дешевые марки сталей типа 45. Выбираем материал зубчатых колес (шестерни и колеса). Принимаем сталь 45 с термообработкой – улучшение. По табл. 3.2. принимаем: - для шестерни сталь 45 твердость 235…262 НВ (248 НВ ср ), -наибольшая толщина, сечение заготовки мм. -для колеса сталь 40 твердость 192…228 (210 НВ ср ), -наибольшая толщина, сечения заготовки мм. 1.3.2.Определение до пускаемых контактных напряжений а) Определить коэффициент долговечности : ; (1.3.1.) где - число циклов перемены напряжений, соответствующее пределу выносливости. N – Число циклов перемены напряжений за весь срок службы (наработка). (1.3.2.) - для шестерни; - для колеса; Т.к. и , то коэффициенты долговечности и . б) определяем допускаемое контактное напряжение , соответствующее числу циклов перемены напряжений N но . Для шестерни Для колеса в) определяем допускаемые контактные напряжения для шестерни и колеса. (1.3.3.) (1.3.4.) Т.к. НВ 1ср - НВ 2ср = 248-210=38 лежит в пределе 20…50, расчет зубьев на контактную прочность ведем по меньшему значению , полученные для шестерни и колеса, т.е. 1.3.3. Определяем допускаемые напряжения изгиба, для зубьев шестерни и колеса . а) рассчитываем коэффициент долговечности K FL . Наработка за весь срок службы: для шестерни для колеса Число циклов перемены напряжений, соответствующее пределу выносливости для обоих колес. Т.к. и , то коэффициенты долговечности и . б) по табл. 3.1 определяем допускаемое напряжение изгиба, соответствующее числу циклов перемены напряжений N FU . Для шестерни Для колеса в) определяем допускаемые напряжения изгиба для шестерни и колеса: 1.3.4. Составляем табличный ответ к задаче Марки стали Д пред Термооб- работка НВ 1ср S пред НВ 2ср шестерня 45 125 у 2 48 513 255 колесо 4 0 6 0 у 2 10 445 216 1.4.РАСЧЕ Т ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ РЕДУКТОРА Цель: 1. Выполнить проектный расчет редукторной пары. 2. Выполнить проверочный расчет редукторной пары. Расчет зубчатой закрытой передачи производится в 2 этапа: первый расчет – проектный, второй – проверочный. В процессе проектного расчета задаются целым рядом табличных величин и коэффициентов; результаты некоторых расчетных величин округляют до целых или стандартных значений; в поисках оптимальных решений приходится неоднократно деталь пересчеты. Исходные данные: Н м; u =5,1; ; ; Проектный расчет: 1.4.1. Определяем межосевое расстояние , мм: (1.4.1.) Где Ка – вспомогательный коэффициент. - коэффициент ширины венца колеса равный 0,28…0,36 – для шестерни, расположенной симметрично относительно опор. Примем . Кнв – коэффициент неравномерности нагрузки по длине зуб. Для прирабатывающихся зубьев Кнв = 1,0. принимаем стандартное значение мм. ГОСТ. 6636-69 1.4.2. Определяем модуль зацепления m , мм (1.4.2.) Где К m – вспомогательный коэффициент, для косозубых передач. К m = 5,8. (1.4.3.) мм. – делительный диаметр колеса. (1.4.4.) мм. – ширина венца колеса. - Допускаемое напряжение изгиба материала колеса с менее прочным зубом, т.е. мм. Для силовых зубчатых передач при твердости колес НВ рекомендуется мм. Принимаем m = 1,5 мм по ГОСТ 9563-60. 1.4.3.Определяем угол наклона зубьев (1.4.5.) Что находится в допустимых пределах 1.4.4. определяем суммарное число зубьев шестерни и колеса (1.4.6.) Принимаем 1.4.5. Уточняем угол наклона зубьев (1.4.7.) 1.4.6.Число зубьев шестерни (1.4.8.) Принимаем Z 1 = 34 Условие выполняется. 1.4.7. Число зубьев колеса (1.4.9.) 1.4.8. Фактическое передаточное число и его отклонение от заданного u (1.4.10.) (1.4.11.) Условие выполняется. 1.4.9. Фактическое межосевое расстояние (1.4.12.) мм. 1.4.10. Основные геометрические параметры передачи, мм Параметр шестерня колесо Диаметр Делительный Вершин зубьев Впадин зубьев Ширина венца Проверочный расчет: 1.4.11. Проверим межосевое расстояние (1.4.13.) мм 1.4.12. Проверим пригодность заготовок колес Диаметр заготовки шестерни мм мм Толщина сечения заготовки колеса (без выемок) мм Условие и выполняется, следовательно изменяется материал колес или вид. В термообработки нет надобности. 1.4.13. Окружная скорость зубчатых колес (1.4.14.) м/с По табл. 4.1. принимаем 9-ю степень точности. 1.4.14. Силы и зацепления окружная сила Н Радиальная сила Н Осевая сила Н 1.4.15. Проверяем контактные напряжения , (1.4.15.) Где К на – коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями. Для V – 2 м/с и 9 – степени точности из графика К на = 1,12. Кн v – коэффициент динамической нагрузки. Для окружной скорости v – 1,9 м/с и 9 – степени точности К н v = 1,03. Недогрузка составляет Следовательно, контактная прочность зубьев обеспечивается. 1.4.16. Проверяем напряжение изгиба зубьев шестерни и колеса (1.4.16.) (1.4.17.) Где - коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями. Для степени 9- степени точности =1,0 - коэффициент неравномерности нагрузки по длине зубаю для прирабатывающихся зубьев колес =1. - коэффициент динамической нагрузки. Для окружной скорости V = 1,9 м/с и 9 – степени точности = 1,14 и - коэффициент формы зуба шестерни и колеса. Для и . = 3,80 и = 3,62. - коэффициент учитывающий наклон зубьев. Для косозубых колес. (1.4.18.) Расчетные напряжения зубьев в основании ножи зубьев: Колеса =211 Шестерни =255 . Следовательно, прочность зубьев на изгиб обеспечивается. Проектный расчет параметры значения параметры значения Межосевое расстояние , мм Модуль зацепления m , мм Ширина зубного венца, мм Шестерни b 1 Колеса b 2 Число зубьев Шестерни Z 1 Колеса Z 2 Модуль зубьев Контактные нап-ряжения , Напряжения изгиба 160 1,5 53 50 34 174 237 100 211 Диаметр делительной окружности , мм Шестерни d 1 Колеса d 2 Диаметр окружности вершин Шестерни da 1 Колеса da 2 Диаметр окружности впадин Шестерни df 1 Колеса df 2 51 261 54 265 47 257 Проверочный расчет Параметр Допуск. знач. Расчет. знач. примечание Контактные напряжения , 445 445 Недогрузка 2% Напряжение изгиба, 255 227 211 100 1.4.17. Составляем табличный ответ к задаче 1.5 НАГРУЗКИ ВАЛО В РЕДУКТОРА Цель: 1. Определить силы в зубчатом зацепление редуктора. 2. Определить консольные силы. 3. Построить силовую схему нагружения валов, Редукторные валы испытывают два вида деформации - изгиб и кручение. Деформация кручения на валах возникает под действием вращающих моментов, приложенных со стороны движения и рабочей машины. Деформация изгиба ва лов вызывается силами в зубчатом зацеплении редуктора и консольными силами со сторон муфт. 1.5.1 Определение сил в зубчатом зацеплен ии Значения сил F t , F r , F a , найдены в разделе 1.4, а вращающие моменты T 1 и Т 2 получены в разделе 1.1. F t1 = F t2 =731 H T 1 = 21,06 H м F r1 = F r2 = T 2 = 95,5 H м F a 1 = F a 2 = На рисунке 1.5.1 дана схема сил в зацеплении косозубой цилиндрической передачи. 1 .5.2 Определение консольных сил Консольная нагрузка вызывается муфтами, соединяющими двигатель с редуктором и редуктор с рабочей машиной. Консольная сила от муфты определяется по формулам: На быстроходном валу F М1 , Н: (1.5.1) где Т 1 – вращающий момент на быстроходном валу, Н