Энергетический и кинематический расчеты привода

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ И КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТЫ ПРИВОДА

Порядок расчета

1. Пронумеруем валы привода.

2. Вычислим мощность на первом валу (валу электродвигателя).

,

где - коэффициент полезного действия привода,

,

Где - коэффициент полезного действия червячной передачи, ;

- коэффициент полезного действия зубчатой конической передачи,

;

- коэффициент полезного действия муфты, ;

- коэффициент пары подшипников, ;

Тогда, коэффициент полезного действия цепного привода будет равным:

.

Отсюда, мощность на первом валу будет:

кВт.

3) Определяем частоту вращения первого вала.

Частота вращения первого вала:

,

где - частота вращения рабочего вала,

об/мин.

- передаточное число привода,

,

Где - передаточное число редуктора,

.

- передаточное число открытой конической зубчатой передачи,

.

Тогда, передаточное число привода:

.

Следовательно, частота вращения первого вала будет равна:

об/мин.

Предварительно принимаем об/мин.

Теперь найдем еще раз передаточное число привода:

,

.

Найдем передаточное число конической закрытой передачи:

,

По каталогу (таблица 1.1[1]) находим двигатель мощностьюкВт и частотой вращения об/мин, наименованием АИР 132М2/2910.

4. Вычислим частоты вращения валов привода.

об/мин.

об/мин.

,

об/мин.

,

об/мин.

5. Вычислим угловые скорости валов привода.

,

рад/с.

,

рад/с.

,

рад/с.

,

рад/с.

6. Вычислим мощность на валах привода.

кВт.

,

кВт.

,

кВт.

,

кВт.

7. Вычислим вращающие моменты на валах привода.

,

Нм.

,

Нм.

,

Нм.

,

Нм.

8. Сводная таблица характеристик валов.

Таблица 1.1

Номера вала

Мощность Р, кВт

Угловая скорость , рад/с

Частота вращения , об/мин

Вращающий момент Т, Нм

1

9,0

304,73

2910,0

29,53

2

8,64

304,73

2910,0

28,35

3

6,78

30,47

291

222,51

4

6,3

11,16

106,6

564,52

2. РАСЧЕТ открыйто конической прямозубой ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ

1. Выбор материала зубьев, термообработки и твердости.

При штучном и мелкосерийном производстве применяем сталь 45, твердость 235 НВ для колеса и твердостью 262 НВ для шестерни. Термообработка У – улучшение.

2. Определим число циклов нагружения зубьев.

Для зубьев шестерни ,

для зубьев шестерни ,

где - частота вращения шестерни,

об/мин,

- частота вращения колеса, об/мин,

- срок службы механизма,

,

Где - срок службы механизма, лет;

-число рабочих смен в сутках, ;

- продолжительность смены, ч;

- коэффициент пользования в течение года,;

- коэффициент использования рабочего времени в течение смены,

;

Тогда, срок службы механизма будет равным:

ч;

,

.

3. Определение допускаемых напряжений на усталостную контактную прочность:

для шестерни ;

для колеса ,

где - коэффициент безопасности, для зубчатых колес с однородной структурой материала(термообработка- нормализация и улучшение) .

;

- предел выносливости зубьев при контактном нагружении:

для шестерни ;

для колеса ;

Тогда:

МПа,

МПа.

- коэффициент долговечности:

для шестерни ,

для колеса ,

где - базовое число циклов нагружения зубьев,

,

;

,

.

Следовательно:

,

.

Коэффициент долговечности принимается в диапазоне ,

то принимаем и .

Вычисляем допускаемые напряжения:

МПа,

МПа.

Эквивалентное допускаемое напряжение вычисляем по формуле:

,

МПа.

Проверяем .

.

Полученное значение не превышает

4. Определим допускаемые напряжения при расчете зубьев на усталостную изгибную прочность:

Допускаемые напряжения при расчете зубьев на усталостную изгибную прочность:

для шестерни ,

для колеса ,

где - коэффициент безопасности,;

- коэффициент реверсивности, ;

- предел выносливости зубьев при изгибном нагружении:

для шестерни ;

для колеса ;

МПа;

МПа;

- коэффициент долговечности:

для шестерни ;

для колеса ;

где - базовое число циклов нагруже ния, ;

;

.

принимается в диапазоне

то принимаем и .

Тогда,

МПа,

МПа.

5. Вычисляем параметры зубчатой передач.

Исходные данные:

- вращающий момент на 3 валу, Н/м;

- угловая скорость 3 вала, рад/с;

- передаточное число конической зубчатой передачи, .

5.1 Углы делительных конусов.

Для шестерни ,

Для колеса .

;

;

Принимаем число зубьев шестерни и число зубьев колеса .

.

5.2 Средний модуль из условия изгибной выносливости

- коэффициент формы зуба, определяется для шестерни и колеса по таблице 6.6[1] по эквивалентному числу зубьев шестерни и колеса .

;

;

Отсюда,

;

;

В формулу подставляется большее из отношения и , то есть расчет модуля ведется по наиболее нагруженному зубу.

;

;

>;

;

- коэффициент ширины зубчатого венца,

,

;

- коэффициент, учитывающий вид конических зубчатых колес;

Для прямозубых колес ;

мм.

5.3 Средний диаметр шестерни

,

мм.

5.4 Ширина зубчатых венцов колес

,

мм.

5.5 Внешний модуль зацепления

,

мм.

5.6 Внешний делительный диаметр колеса

,

мм;

Принимается стандартное значение внешнего делительного диаметра колеса и ширина зубчатого венца по таблице 6.8[1].

мм;

мм.

5.7 Уточняется внешний модуль

,

мм.

5.8 Уточняется средний модуль

,

мм;

5.9 Уточняется средний диаметр шестерни

,

мм.

5.10 Окружная скорость колес

,

м/с.

По таблице 6.4[1] определяется степень точности передачи.

Степень точности – 9.

5.11 Внешний делительный диаметр шестерни

,

мм.

5.12 Внешнее конусное расстояние

,

мм.

5.13 Среднее конусное расстояние

,

мм.

5.14 Внешний диаметр окружности вершин зубьев

Для шестерни ,

Для колеса ;

мм;

мм.

5.15 Внешний диаметр окружности впадин зубьев

Для шестерни ,

Для колеса ;

мм,

мм.

5.16 Угол головки зуба

,

.

5.17 Угол ножки зуба

,

.

5.18 Угол конуса вершин зубьев (углы обточки)

Для шестерни ,

Для колеса ;

,

.

5.19 Угол конусов впадин

Для шестерни ,

Для колеса ;

,

.

5.20 Окружная сила на шестерне и колесе

,

Н.

5.21 Осевая сила на шестерни, радиальная сила на колесе

,

Где - угол зацепления, .

5.22 Радиальная сила на шестерне, осевая сила на колесе

,

Н.

5.23 Расчетное напряжение изгиба

Для шестерни ,

Для колеса ,

Где - коэффициент, учитывающий наклон зубьев,

- коэффициент формы зуба, ;

- коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между зубьями, ;

- коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по длине зуба, ;

- коэффициент динамической нагрузки, ;

Н,

Н

Так как и , то условие прочности по напряжения на изгиб выполнено.

3. РАСЧЕТ Закрытой червячной передачи

1. Выбор материала червячной пары

Червяки изготавливают из среднеуглеродистой (например, сталь 40,45,50) или легированной (например, 40Х, 40ХН) стали с поверхностной или объемной закалкой до твердости 45…53 HRC и последующей шлифовкой, и полировкой рабочих поверхностей.

При выборе материала колеса предварительно определяем ожидаемую скорость скольжения по эмпирической формуле.

,

Где - угловая скорость на валу червячного колеса, рад/с;

- передаточное число червячной передачи, ;

- вращающий момент на валу червячного колеса, ;

м/с.

Т.к ≥ 6 м/с, то выбираем материал БрО10Ф1 по таблице 7.3[1].

2. Определение допускаемых напряжений

Для червячных колес, зубчатый венец которых выполнен из оловянистых бронз (БрО10Ф1) контактное напряжение определяется по формуле:

,

Где - предел прочности бронзы при растяжении( таблица 7.3[1]),МПа.

МПа,

- коэффициент долговечности,

,

Где - базовое число циклов нагружения зубьев червячной передачи;

- эквивалентное число циклов нагружения зубьев червячного колеса, где

- частота вращения вала колеса, об/мин.

- время работы передачи за расчетный срок службы, возьмем из расчетов зубчатой передачи,

.

Если > , то принимаем и соответственно .

МПа.

Допускаемые изгибные напряжения для червячных колес, зубчатые венцы которых выполнены из бронзы:

При нереверсивной передаче , где

- предел текучести бронзы (таблица 7.3 [1]), МПа;

- коэффициент долговечности при расчете зубчатых колес на изгиб.

, здесь

;

, т.к мы рассчитывали выше, то для > принимаем ;

МПа

Расчет червячной передачи

Межосевое расстояние, мм

,

где

- число зубьев червячного колеса;

- число заходов червяка, принимается по передаточному числу (при );

- коэффициент диаметра червяка, и округляется до стандартного значения

;

;

мм.

Модуль зацепления, мм

,

. По таблице 7.1[1] принимаем

Фактическое межосевое расстояние, мм

,

мм. Выбираем стандартное из таблицы 7.1[1]

3.4 Делительный диаметр червяка, мм

,

мм.

3.5 Диаметр вершин витков, мм

,

мм.

3.6 Диаметр впадин витков, мм

,

мм.

3.7 Угол подъема линии витка червяка,

,

3.8 Окружная скорость червяка, м/с

,

Где - угловая скорость червяка, рад/с;

м/с.

3.9 Длина нарезной части червяка, мм

При ,

мм.

3.10 Диаметр делительной окружности колеса, мм

,

мм.

3.11 Диаметр вершин зубьев колеса, мм

Без смещения инструмента

,

мм.

3.12 Диаметр впадин зубьев колеса, мм

Без смещения инструмента

,

мм

3.13 Наибольший диаметр колеса, мм

,

мм.

3.14 Окружная скорость червячного колеса, м/с

,

м/с

3.15 Ширина зубчатого венца червячного колеса, мм

При ,

мм.

3.16 Скорость скольжения, м/с

,

м/с

По полученному значению скорости скольжения назначают степень точности передачи:

Степень точности 7.

3.17 КПД червячной передачи

,

Где - приведенный угол трения ( таблица 7.2 [1]),

3.18 Уточненный крутящий момент на валу червяка,

,

3.19 Окружная сила на червяке (осевая на колесе), Н

,

Н.

3.20 Окружная сила на колесе (осевая на червяке), Н

,

Н.

3.21 Радиальная сила на червяке(колесе), Н

Н

3.22 Расчетные контактные напряжения

,

Где , для практических расчетов берем

МПа,

,

Где - коэффициент формы зуба; определяется по таблице 7.4[1] в зависимости от эквивалентного числа зубьев , вычисляемого по формуле .

;

МПа;

3.23 Температура масла в редукторе

,

Где - температура окружающего воздуха , ;

- мощность на червяке, Вт, кВт

- КПД передачи (уточненное значение), ;

;

- площадь поверхности охлаждения корпуса (площадь днища редуктора не учитывается), ;

≥ , .

Используем искусственное охлаждение обдувом корпуса воздухом с помощью вентилятора, в этом случае

4. РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ВАЛОВ РЕДУКТОРА

1. Ориентировочный расчет быстроходного вала.

Диаметр вала определяется по формуле

,

где - допускаемое напряжение для вала,

МПа,

вращающий момент быстроходного вала,

мм.

2. Конструирование быстроходного вала редуктора

Диаметр вала из условия прочности на кручение на выход в конце вала:

мм.

В зависимости от условия эксплуатации вала выбираем тип выходного вала. Выбираем цилиндрический без наружной резьбы.

,

мм.

Следовательно, согласно таблице 9.3[1] получаем:

мм.

И получаем длину выходного конца вала :

мм.

2.1 Расчет диаметров подшипника

где мм (согласно рисунку 9.12[1]).

Тогда:

мм.

Так как значение должно быть кратно 5, то примем его равным 25 мм:

мм.

2.2 Расчет диаметра червяка

,

где мм (согласно рисунку 9.12[1]).

Тогда:

мм.

Диаметр принимаем из ряда Ra40 по ГОСТ 6636-69.

Соответственно:

мм.

3. Конструирование тихоходного вала червячного колеса.

3.1 Ориентировочный расчет

Диаметр вала определяется по формуле

,

Где , МПа;

мм.

3.2 Расчет выходного конца вала

В зависимости от условия эксплуатации вала выбираем тип выходного вала. Выбираем цилиндрический без наружной резьбы.

мм

Следовательно, согласно таблице 9.3[1] получаем:

мм.

И получаем длину выходного конца вала :

мм.

3.3 Расчет диаметров подшипников

,

где мм (согласно рисунку 9.12[1]).

мм;

Так как значение должно быть кратно 5, то примем его равным 45 мм

.

3.4 Расчет диаметра зубчатого колеса

,

где мм (согласно рисунку 9.12[1]).

мм,

Диаметр принимаем из ряда Ra40 по ГОСТ 6636-69.

Соответственно:

мм.

3.5 Расчет диаметра буртика

,

где мм (согласно рисунку 9.12[1]).

мм.

5. подбор подшипиков валов редуктора

1. Подшипники для быстроходного вала

Червяк устанавливается в трех подшипниках:

1.1 Два конических подшипника марки 7205.

1.2 Один радиально-роликовый с короткими цилиндрическими роликами марки 2205.

Диаметр цапфы быстроходного вала мм.

Подшипники для тихоходного вала

Устанавливают два конических подшипника марки 7209.

Диаметр цапфы тихоходного вала мм.

6. Подбор муфты

6.1 Подбор муфты по назначению

Так как муфту устанавливаем между двигателем и следующим валом, то выбираем упругую втулочно-пальцевую муфту.

6.2 Выбор по типу, размеру

Исходные данные:

, , где - вращающий момент вала,

мм.

мм. По таблице 1.1[1];

Муфту подбирают по условию ,

Где - расчетный вращающий момент,

, где

- коэффициент режима работы, для скребкового конвейера

.

Так как диаметр вала электродвигателя мм, то выбираем

Выбираем муфту: упругая втулочно-пальцевая 250-38-1-20-1-У2 ГОСТ 21424-93

7. конструирование конического колеса открытой зубчатой конической передачи

7.1 Выбор заготовки конического колеса.

Если мм, зубчатые колеса могут быть выполнены ковкой с подкладными штампами.

Если мм, зубчатые колеса могут быть выполнены литыми или составными.

У нас мм.

Наше колесо можно сделать литым.

7.2 Обод

При любой форме конических колес внешние углы зубьев притупляются фаской ,где - внешний модуль, мм, мм.

мм.

Толщина определяется по формуле:

,

мм.

Ширина базового торца зубчатого венца

,

мм.

7.3 Диск

Толщина диска для конструкций зубчатых колес принимается из соотношения

мм.

7.4 Ступица

Внутренний диаметр ступицы равен соответствующему диаметру вала. Наружный диаметр ступицы

мм.

мм

Длина ступицы ,

мм

← Предыдущая
Страница 1
Следующая →

Курсовой проект. Определение допускаемых напряжений. Расчет и конструирование валов редуктора. Расчет выходного конца вала. Расчет диаметра зубчатого колеса. Подбор подшипиков валов редуктора

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Искать ещё по теме...

Похожие материалы:

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok