Расчет двухступенчатого коническо-цилиндрического редуктора

Санкт-Петербургский  Национальный Исследовательский Университет

Информационных  Технологий, Механики и Оптики

Институт  Холода и Биотехнологий

 

 

 

Кафедра деталей  машин и основ

 инженерного  проектирования

 

Курсовой  проект

Расчетно-пояснительная  записка

«Расчет двухступенчатого

коническо-цилиндрического редуктора»

 

 

 

Выполнил  студент  группы:

Руководитель  проекта:

 

 

 

 

Санкт-Петербург 2012

Содержание

1. Исходные данные и схема редуктора
2. Предварительный расчет привода
3. Расчет цилиндрической зубчатой передачи
4. Расчет конической зубчатой передачи
5. Первый этап эскизного проектирования
6. Расчет валов
1. Схема редуктора с усилиями в зацеплении
2. Конструирование быстроходного вала и проверочный расчет
3. Конструирование промежуточного вала и проверочный расчет
4. Конструирование тихоходного вала и проверочный расчет
7. Выбор и расчет шпонок
8. Выбор и расчет подшипников
9. Конструирование литых корпусных деталей
10. Смазка в редукторе

 

1. Предварительный расчет  привода.

Предварительный расчет привода включает в себя силовой расчет (определение  мощностей и вращающих моментов на валах) и кинематический расчет (определение  частот вращения валов).

Привод состоит из двигателя, механических передач и  муфт.

1. Выбор электродвигателя
1. Коэффициент полезного действия редуктора

 

Где:

 - коэффициент полезного действия редуктора

- коэффициент  полезного действия конической  передачи

- коэффициент  полезного действия зубчатой  передачи

- коэффициент  полезного действия подшипников

i - количество пар подшипников

 

 

Где:

- коэффициент  полезного действия привода

- коэффициент  полезного действия муфт

 

2. Расчетная мощность двигателя

 

Где:

- Расчетная мощность  электродвигателя,  кВт

- мощность на валу (из задания), кВт

 кВт

3. Подбор двигателя по ГОСТ 19523-81

Типоразмер: 4А 160 S2

Мощность: 15 кВт

Частота вращения вала: 2940 об/мин

2. Кинематический расчет привода
1. Определение передаточного числа редуктора

 

Где:

- передаточного число редуктора

- частота вращения вала электродвигателя, об/мин

- частота вращения выходного вала редуктора об/мин

 

2. Разбивка передаточного отношения по ступеням

Цилиндрическая зубчатая передача 

Коническая зубчатая передача 

 

3. Частота вращения валов.

Быстроходный:   ,  2940 об/мин

Промежуточный:   ,  об/мин

Тихоходный:   ,   об/мин

Проверка:   , 

4. Угловые скорости вращения валов в редукторе

Быстроходный:    ,    рад/с

Промежуточный:   ,    рад/с

Тихоходный:    ,    рад/с

5. Мощность передаваемая валами.

Быстроходный:   ,  кВт

Промежуточный:    ,  кВт

Тихоходный:    ,   кВт

6. Вращающие моменты передаваемые валами

Быстроходный:   ,     Н*м

Промежуточный:  ,     Н*м

Тихоходный:  ,     Н*м

3. Расчет цилиндрической зубчатой пары
1. Начальные данные

   Н*м , вращающий момент на колесе

 1176 об/мин  ,  частота вращения

  ,  передаточное число в передаче

2. Выбор материала для зубчатых колес
1. Для шестерни материал принимаем по таблице «Механические характеристики сталей для зубчатых  колес»

Сталь 40 ,  Термическая обработка: нормализация.

Механические характеристики: МПа; МПа;

2. Для колеса материал принимаем по таблице «Механические характеристики сталей для зубчатых  колес»

Сталь 35 ,  Термическая обработка: нормализация.

Механические характеристики: МПа; МПа;

3. Определение допускаемых  контактных напряжений
1. Определение допускаемых контактных напряжений

 

- допускаемое  контактное напряжение, МПа

- предел выносливости  стали, ,

 МПа

- коэффициент  запаса прочности, 

-  коэффициент учитывающий шероховатость,

- коэффициент учитывающий окружную скорость,

- коэффициент учитывающий размер колеса,

- коэффициент  долговечности, 

- показатель степени в  уравнении кривой выносливости

-базовое число  циклов, 10⁷

-эквивалентное  число циклов,

  ,   циклов

 циклов

  

 МПа

2. Определение допускаемых напряжений изгиба

 

- допускаемое напряжение изгиба, МПа

- предел выносливости зубьев, ,  МПа

- коэффициент запаса прочности, 

-  коэффициент учитывающий способ получения колеса,

- коэффициент учитывающий приложение нагрузки,

- коэффициент долговечности,

- показатель степени в  уравнении кривой выносливости

- базовое число циклов, 10⁷

- эквивалентное число циклов

, 

 циклов

Так как  то принимаем равному единице.

 МПа

4. Расчет межосевого расстояния

 

- межосевое расстояние,  мм

-коэффициент,  равный 310 Н/мм² для прямозубых передач

-коэффициент  нагрузки, равный 1.2

-коэффициент  ширины колеса, равный 0.3

 мм

По ГОСТ 2185-66 принимаем  мм

3.5 Модуль зацепления

   ,   мм

3.6 Число зубьев

- шестерня 

,  ,   

-колеса  , 

3.7 Делительный диаметр

- шестерня    ,  мм

- колесо    ,     мм

3.8 Начальные диаметры

- шестерня 

- колесо 

3.9 Ширина зубчатых колес

- шестерня  ,  мм

- колесо  ,  мм

3.10 Диаметры вершин зубьев

   ,  мм  

   ,  мм  

Где:

- коэффициент  высоты головки

3.11 Диаметры впадин

  ,   мм 

  ,    мм

Где:

-коэффициент  радиального зазора

3.12  Коэффициент торцевого перекрытия

, 

3.13 Эквивалентные числа зубьев

- шестерня    , 

- колесо    , 

3.14 Коэффициент  ширины колеса по диаметру шестерни

  , 

3.15 Окружная скорость в передаче

  ,   м/с

Проверка передаточного отношения

  ,   

3.16 Определение действующих  контактных напряжений

 

 

Где:

-вспомогательный коэффициент

- коэффициент учитывающий механические свойства материалов колес

(Н/мм²)^1/2

- коэффициент учитывающий форму сопряженных поверхностей зубьев

- коэффициент учитывающий суммарную длину контактных линий

  , 

(Н/мм²)^1/2

 

Где:

- коэффициент  нагрузки

- коэффициент учитывающий распределение нагрузки между зубьями

- коэффициент учитывающий распределение нагрузки по  ширине венца

- коэффициент учитывающий динамическую нагрузку в зацеплении

 

 МПа

3.17 Определение усилий в зацеплении

Окружное:   ,  Н

Осевое: ,  Н

Радиальная:   ,  Н

3.18 Проверка зубьев на изгибную выносливость

 

Где:

- коэффициент  формы зубьев

- коэффициент учитывающий наклон зубьев

- коэффициент  нагрузки

 

- коэффициент учитывающий распределение нагрузки между зубьями

- коэффициент учитывающий распределение нагрузки по  ширине венца

- коэффициент учитывающий динамическую нагрузку в зацеплении

 

- шестерня   МПа

- колесо  МПа

4. Расчет конической зубчатой пары.
1. Начальные данные

   Н*м , вращающий момент на колесе

 2940 об/мин  ,  частота вращения

  ,  передаточное число в передаче

2. Выбор материала для зубчатых колес
1. Для шестерни материал принимаем по таблице «Механические характеристики сталей для зубчатых  колес»

Сталь 40 ,  Термическая обработка: нормализация.

Механические характеристики: МПа; МПа;

2. Для колеса материал принимаем по таблице «Механические характеристики сталей для зубчатых  колес»

Сталь 35 ,  Термическая обработка: нормализация.

Механические  характеристики: МПа; МПа;

3. Предварительные параметры конической зубчатой передачи
1. Ориентировочный внешний делительный диаметр

 

Где:

- коэффициент, равный 260 Н/мм² для передач c круговыми зубьями

- допускаемое контактное напряжение, МПа

 

- предел выносливости  стали, ,

 МПа

- коэффициент  запаса прочности, 

-  коэффициент учитывающий шероховатость,

- коэффициент учитывающий окружную скорость,

- коэффициент учитывающий размер колеса,

- коэффициент  долговечности, 

- показатель степени в  уравнении кривой выносливости

-базовое число  циклов, 10⁷

-эквивалентное  число циклов,

  ,   циклов

 циклов

  

 МПа

- коэффициент  ширины зубчатого венца, равный 0.3

- коэффициент нагрузки, равный 1.2

мм

2. Предварительное число зубьев

 

Где:

- угол делительного  конуса шестерни

,

- средний угол  наклона зубьев, равный 

 

Рекомендуемая величина , поэтому принимаем

3. Внешний окружной модуль

 , мм

4. Число зубьев на колесе

 ,

5. Угол делительного конуса шестерни

 , 

  ,

6. Внешнее конусное расстояние

  , мм

7. Ширина зубчатых венцов

, мм

По ГОСТ 6636-69 принимаем  мм

4. Уточненные параметры конической зубчатой передачи
1. Действительное значение коэффициента ширины зубчатого венца

  ,

2. Коэффициента ширины зубчатого венца относительно эквивалентного  диаметра шестерни

, 

3. Среднее конусное расстояние

, мм

4. Средний делительный диаметр шестерни

, мм

5. Окружная скорость в передаче

, м/с

По окружной скорости в передаче выбирается степень точности.Принимаем степень точности равную n=7.

6. Коэффициент нагрузки

 

Где:

- коэффициент нагрузки

- коэффициент учитывающий распределение нагрузки между зубьями, равный 1.06

- коэффициент учитывающий распределение нагрузки по  ширине венца, равный 1.05

- коэффициент учитывающий динамическую нагрузку в зацеплении, равный 1.1

 

7. Вспомогательный  коэффициент

 

Где:

- коэффициент учитывающий форму сопряженных поверхностей зубьев, равный 1.75

- коэффициент учитывающий суммарную длину контактных линий

 

Где:

- коэффициент торцевого перекрытия

  ,

 

(Н/мм²)^1/2

5. Определение действующих  контактных напряжений.

 , МПа

6. Определение усилий в  зацеплении

Окружное:   ,  Н

Осевое:

,

 Н

, 

 Н

7. Модули в среднем сечении зубьев
1. Окружной модуль

, мм

2. Нормальный модуль

, мм

8. Эквивалентное число зубьев

  ,  
- шестерни 

- колеса 

9. Коэффициенты формы зубьев

- шестерни 

- колеса 

10. Проверка зубьев на изгибную выносливость

 

Где:

- коэффициент  формы зубьев

- коэффициент учитывающий наклон зубьев