Расчет редуктора

 

Содержание

 

Введение …………………………………………………………………………………………………3

 

1. Кинематический расчет привода…………………………………………………………………… 4

 

1.1 Подбор электродвигателя …………………………………………………………………………5

 

1.2 Уточнение передаточных чисел  привода ……………………………………………………….5

 

1.3 Определение частот вращения  и вращающих моментов на валах  …………………………..…6

 

2. Расчет цилиндрической передачи  …………………………………………………………………..7

 

2.1 Выбор твердости, термической  обработки и материала колес………………………………….. 7

 

2.2 Определение допускаемых контактных  напряжений ……………………………………………...8

 

2.3 Определение допускаемых напряжений  изгиба ………………………………………………..11

.

2.4 Проектный расчет …………………………………………………………………………………13

 

2.4.1 Межосевое расстояние …………………………………………………………………………13

 

2.4.2 Предварительные основные размеры  колеса ……………………………………………………17

 

2.4.3 Модуль передачи ……………………………………………………………………………….18

 

2.4.4 Суммарное число зубьев и  угол наклона ……………………………………………………….19

 

2.4.5 Число зубьев шестерни и  колеса ……………………………………………………………….20

 

2.4.6 Фактическое передаточное число  ………………………………………………………….....20

 

2.4.7 Диаметры колес ……………………………………………………………………………………21

 

2.4.8 Размеры заготовок ………………………………………………………………………………...22

 

2.4.9 Проверка зубьев колес по  контактным напряжениям ………………………………………..22

 

2.4.10 Силы в зацеплении ………………………………………………………………………………23

 

3. Эскизное проектирование ………………………………………………………………………….24

 

3.1 Проектные расчеты валов …………………………………………………………………………24

 

3.2 Расстояние между деталями  передач …………………………………………………………..25

 

3.3 Выбор типов подшипников ………………………………………………………………………26

 

3.4 Схемы установки подшипников  …………………………………………………………………26

 

3.5 Составление компоновочной схемы  …………………………………………………………….26

 

4. Конструирование зубчатых колес  …………………………………………………………………27

 

4.1 Шестерня ……………………………………………………………………………………………27

 

4.2 Зубчатое колесо ……………………………………………………………………………………28

 

5. Подбор шпоночных соединений  …………………………………………………………………….29

 

5.1 Подбор шпонки для соединения  зубчатого колеса и вала………………………………………..29

 

5.2 Подбор шпонок входного и  выходного хвостовиков …………………………………………..31

 

6. Подбор подшипников качения  на заданный ресурс ……………………………………………..32

 

6.1 Подшипники быстроходного вала  ………………………………………………………………32

 

6.2 Подшипники тихоходного вала  …………………………………………………………………..33

 

7. Конструирование корпусных деталей  …………………………………………………………….35

 

8. Конструирование крышек подшипников  …………………………………………………………..37

 

9. Расчет валов на прочность………………………………………………………………………….39

 

9.1 Входной вал ………………………………………………………………………………………..40

 

9.2 Выходной вал ………………………………………………………………………………………..43

 

10. Выбор манжетных уплотнений  ………………………………………………………………….48

 

10.1 Входной вал ………………………………………………………………………………………48

 

10.2 Выходной вал ……………………………………………………………………………………..48

 

11. Выбор смазочных материалов  и системы смазывания…………………………………………... 49

 

12. Порядок сборки привода, выполнение необходимых регулировочных работ ……………..51

 

Список используемой литературы………………………………………………………………….. 52

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Современное общество отличается от первобытного использованием машин.

 

Применение  предметов, усиливающих  возможности рук (палки, камни), и  особенно освоение дополнительных источников энергии (костёр, лошадь) не только позволило  человечеству выжить, но и обеспечило в дальнейшем победу над превосходящими силами природы. 

 

Жизнь людей, даже самых отсталых племён, теперь немыслима без различных  механических устройств и приспособлений (греч. "механа" – хитрость).

 

Машиностроение – катализатор  научно – технического прогресса, и  основные производственно – технологические  процессы выполняются машинами или  автоматическими линиями. В этой связи машиностроению принадлежит  ведущая роль среди других отраслей промышленности и благодаря чему семь развитых государств производят 66% мирового ВВП.

 

История использования машин начинается с глубокой древности. Известно применение пружин в луках для метания  стрел, катков для перемещения тяжестей.

 

Такие простые детали машин, как  металлические цапфы, примитивные  зубчатые колеса, винты, кривошипы были известны до Архимеда (3-й век до новой  эры). В эпоху возрождения Леонардо да Винчи (в 15 веке) создал новые механизмы: зубчатые колеса с перекрещивающимися осями, шарнирные цепи, подшипники качения. Уже тогда применялись канатные и ременные передачи, грузовые винты, шарнирные муфты.

 

серьёз говорить о применении машин  можно лишь с эпохи промышленной революции XVIII века, когда изобретение  паровой машины дало гигантский технологический  рывок и сформировало современный  мир в его нынешнем виде. Здесь  важен энергетический аспект проблемы.

 

 

С тех же пор наметились основные закономерности устройства и функционирования механизмов и машин, сложились наиболее рациональные и удобные формы  их составных частей - деталей. В  процессе механизации производства и транспорта, по мере увеличения нагрузок и сложности конструкций, возросла потребность не только в интуитивном, но и в научном подходе к  созданию и эксплуатации машин. 

 

Развитие промышленности и, особенно, самой передовой техники того времени – железнодорожного транспорта, потребовало большого количества инженеров-механиков. Поэтому в ведущих университетах  Запада уже с 30-х годов XIX века, а  в Санкт-Петербургском университете с 1892 года читается самостоятельный  курс "Детали Машин". Без этого  курса теперь невозможна подготовка инженера-механика любой специальности.

 

Развитие теории и расчета деталей  машин связаны с многими именами  русских ученных. П.Л.Чебышев, математик  и механик, изобретатель более 40 различных  механизмов, в том числе и арифмометра. Н.Е. Жуковский, автор исследований по механике твердого тела, гидро- и  аэродинамике. Л.В. Ассур, создатель  рациональной классификации плоских  шарнирных механизмов. В.Л. Кирпичев, автор первого учебника по деталям  машин.

 

При этом подлинно высококвалифицированным  специалистом, способным  решать конкретные инженерно-технические проблемы становится лишь тот, кто усвоит взаимосвязь  и преемственность  между фундаментальными, прикладными, общетехническими и специальными знаниями.

 

 

 

1. Кинематический  расчет

 

1.1 Подбор электродвигателя 

 

Потребляемую мощность (кВт) привода (мощность на выходе) определяют по формуле:

 

Pв = Tв ∙ nв ∙ 2π = 300 ∙  400 ∙ 2 ∙ 3.1415 / (60 ∙ 1000) = 12.6 кВт. 

 

Тогда требуемая мощность электродвигателя [1, стр. 5]

 

Pэ.тр = Pв/ηобщ,

 

где ηобщ = η1 η2 η3 ...

 

Здесь η1, η2, η3 ... - КПД отдельных  звеньев кинематической цепи, ориентировочные  значения которых с учетом потерь в подшипниках можно принимать  по табл. 1.1 (1, стр. 6).

 

Общий КПД привода

 

ηобщ = ηзηмηмηоп;

 

где ηз - КПД зубчатой передачи; ηм - КПД соединительной муфты; ηм - КПД  соединительной муфты; ηоп - КПД опор редуктора.

 

По табл. 1.1: ηз = 0.97; ηм = 0.98; ηм = 0.98; ηоп = 0.992;

 

Тогда

 

ηобщ = 0.97∙0.98∙0.98∙0.992 = 0.91;

 

Требуемая мощность электродвигателя

 

Pэ.тр = 12.6 / 0.91 = 13.85 кВт; 

 

Требуемая частота вращения вала электродвигателя вычислим, подставляя в формулу для nэ.тр средние значения передаточных чисел из рекомендуемого диапазона  для присутствующих передач.

 

 

nэ.тр = nв ∙ Uцил = 400 ∙ 4 = 1600 мин-1;

 

где Uцил - передаточное число передачи одноступенчатого цилиндрического  редуктора;

 

По табл. 24.9 [1, стр. 417] выбираем электродвигатель АИР160S4: P = 15 кВт; n = 1455 мин-1.

 

Отношение максимального вращающего момента к номинальному Tmax/T = 2.9.

 

1.2 Уточнение передаточных  чисел привода 

 

После выбора n определяют общее передаточное число привода [1, стр. 8]

 

Uобщ = n/nв; 

 

Uобщ = 1455 / 400 = 3.64;

 

Полученное расчетом общее передаточное число распределяют между редуктором и другими передачами, между отдельными ступенями редуктора.

 

Если в схеме привода отсутствует  ременная или цепная передача, то передаточное число редуктора [1, стр. 8]

 

Uред = Uобщ = 3.64.

 

1.3 Определение частот  вращения и вращающих моментов  на валах 

 

После определения передаточных чисел  ступеней редуктора (коробки передач) вычисляют частоты вращения и  вращающие моменты на валах передачи.

 

Если в заданной схеме отсутствует  цепная передача на выходе, то частота  вращения вала колеса цилиндрической передачи

 

n2 = nв = 400 мин-1.

 

Частота вращения вала шестерни цилиндрической передачи

 

n1 = n2Uцил = 400 ∙ 3.64 = 1456 мин-1.

 

Момент на валу колеса цилиндрической передачи при отсутствии цепной передачи

 

T2 = Tв/(ηмηоп) = 300 / (0.98 ∙ 0.98) = 312.37 (Н∙м);

 

где ηоп - КПД опор приводного вала; ηм - КПД муфты.

 

Вращающий момент на валу шестерни цилиндрической передачи

 

T1 = T2/ (Uцилηцил) = 312.37 /(3.64 ∙ 0.97) = 88.47 (Н∙м).

 

где ηцил - КПД цилиндрической передачи; Uцил - передаточное число цилиндрической передачи.

 

Сводная таблица с данными необходимыми для расчета редуктора:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Расчет цилиндрической  передачи

 

2.1 Выбор твердости, термической  обработки и материала колес 

 

В зависимости от вида изделия, условий  его эксплуатации и требований к  габаритным размерам выбирают необходимую  твердость колес и материалы  для их изготовления. Для силовых  передач чаще всего применяют  стали. Передачи со стальными зубчатыми  колесами имеют минимальную массу  и габариты, тем меньше, чем выше твердость рабочих поверхностей зубьев, которая в свою очередь  зависит от марки стали и варианта термической обработки (табл. 1). [1, стр.11]

 

Табл. 1 [1, табл. 2.1, стр. 11]

На практике в основном применяют  следующие варианты термической  обработки (т.о.):

I - т.о. колеса - улучшение, твердость  235...262 HB; т.о. шестерни - улучшение,  твердость 269...302 HB. Марки стали  одинаковы для колеса и шестерни: 45, 40Х, 35 ХМ и др. Зубья колес  из улучшаемых сталей хорошо  прирабатываются и не подвержены  хрупкому разрушению, но имеют  ограниченную нагрузочную способность.  Применяют в слабо- и средненагруженных  передачах. 

II - т.о. колеса - улучшение, твердость  269...302 HB; т.о. шестерни - улучшение  и закалка ТВЧ, твердость поверхности  в зависимости от марки стали  (см. табл. 1) 45...50 HRCэ, 48...53 HRCэ. Твердость  сердцевины зуба соответствует термообработке улучшение. Марки сталей одинаковы для колеса и шестерни: 40Х, 40ХН, 35ХМ и др.

III - т.о. колеса и шестерни  одинаковая - улучшение и закалка  ТВЧ, твердость поверхности в  зависимости от марки стали: 45...50 HRCэ, 48...53 HRCэ. Марки сталей одинаковы для колеса и шестерни: 40Х, 40ХН, 35ХМ и др.