Курсовая. ДолженкоР-209. Курсовая работа упрощенные расчеты привода и проектирование цилиндрического одноступенчатого редуктора пояснительная записка
![]()
|
![]() Санкт-Петербургский морской рыбопромышленный колледж ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Курсовая работа УПРОЩЕННЫЕ РАСЧЕТЫ ПРИВОДА И ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ОДНОСТУПЕНЧАТОГО РЕДУКТОРА ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА КРТМ.М16.001 Разработал курсант гр. М-209 ______________ Е.Д. Жуков «___» ____________ 2020 г. Руководитель _______________ Л.О. Титова «___» ____________ 2020 г. Нормоконтроль _______________ «___» ____________ 2020 г. Содержание ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………………….4 1.ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПРИВОДА ……………………………………………5 2. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ, СИЛОВОЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА ……………………………...6 3. РАСЧЕТ ПЕРЕДАЧИ ОДНОСТУПЕНЧАТОГО ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО РЕДУКТОРА…………………………………………………………………………………….7 4. РАСЧЕТ ВАЛОВ РЕДУКТОРА С УКАЗАНИЕМ ИХ РАЗМЕРОВ И СТУПЕНЕЙ…10 4.1 Расчет ведущего (быстроходного) вала …………………………………………….10 4.2. Расчет ведомого (тихоходного) вала ……………………………………………….11 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РЕАКЦИЙ В ОПОРАХ ПОДШИПНИКОВ И ПОСТРОЕНИЕ…...14 ЭПЮР ИЗГИБАЮЩИХ И КРУТЯЩИХ МОМЕНТОВ 5.1 Быстроходный вал ………………………………………………………………………14 5.2. Тихоходный вал ………………………………………………………………………...17 6. РАСЧЕТ ПОДШИПНИКОВ НА ДИНАМИЧЕСКУЮ И СТАТИЧЕСКУЮ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТЬ……………………………………………………………………..22 7. ВЫБОР И РАСЧЕТ ШПОНОК …………………………………………………………..24 8. ВЫБОР МУФТЫ ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ ВАЛОВ ……………………………………….26 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ЛИТЕРАТУРА ![]() ВВЕДЕНИЕ Редуктор – это механизм, передающий и преобразующий крутящий момент, с одной или более механическими передачами. Основные характеристики редуктора — КПД, передаточное отношение, передаваемая мощность, максимальные угловые скорости валов, количество ведущих и ведомых валов, тип и количество передач и ступеней. Обычно редуктором называют устройство, преобразующее высокую угловую скорость вращения входного вала в более низкую на выходном валу, повышая при этом вращающий момент, такой редуктор обычно называют демультипликатором, а редуктор, который преобразует низкую угловую скорость в более высокую обычно называют мультипликатором. В данной работе мною будут приведены упрощенные расчеты привода, а именно произведен выбор электродвигателя привода, сделан кинематический и силовой расчет привода , расчет передачи одноступенчатого цилиндрического редуктора, расчет валов редуктора с указанием их размеров и ступеней. Будет дано определение реакций в опорах подшипников и построение эпюр изгибающих и крутящих моментов и произведен расчет подшипников качения на динамическую и статическую грузоподъемность. Будет сделан выбор и расчет шпонок и выбор муфты для соединения валов. ![]() 1. Выбор электродвигателя привода Необходимая мощность: ![]() Где Pдв – мощность электродвигателя, кВт; P2 – мощность на ведомом валу редуктора, кВт; - КПД привода. КПД определяется по формуле ![]() Где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 1.Определение КПД ![]() 2.Необходимая мощность по формуле: ![]() 3.Передаточное число привода ![]() Где ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Расчетные значения Рдв = 8,4 кВт и nдв= 340 об/мин позволяет выбрать трехфазный асинхронный электродвигатель типа А02-62-8 с мощностью Pдв = 10 кВт и частотой вращения вала nдв = 725 об/мин согласно ГОСТ 13859-68 2. Кинематический, силовой расчет привода Вал электродвигателя рассчитывается следующим образом: ![]() ![]() ![]() ![]() 2.1 Ведущий вал редуктора Так как шестерня редуктора находится на валу электродвигателя, то принимать надо ![]() ![]() 2.2 Ведомый вал редуктора ![]() Уточняемое передаточное число редуктора ![]() ![]() 2.3 Момент на валу электродвигателя определяется по формуле ![]() ![]() ![]() ![]() 2.4 Момент на ведущем валу редуктора определяется по формуле ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 3. Расчет передачи одноступенчатого цилиндрического редуктора Сначала рассчитывается прямозубая передача одноступенчатого цилиндрического редуктора. Для изготовления шестерни и колеса принимается сталь 40X. - шестерни твёрдостью 300 НВ1, предел текучести ![]() ![]() - колёса твёрдость 260 НВ1, предел текучести ![]() ![]() 3.1. Определяется допускаемые контактные напряжения. Предварительно, для стали 40x [9, с. 57 - таблица 12], найдём: ![]() ![]() НВ1 = 300, ![]() НВ2 = 250, ![]() Тогда ![]() ![]() Принимаю ![]() ![]() 3.2. Допускаемое напряжение изгиба Предварительно, для стали 40X, найдём: ![]() НВ1 = 300, ![]() НВ2 = 260, ![]() Тогда ![]() ![]() Принимаю ![]() 3.3. Определим межосевое расстояние передачи по формуле ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 3.5. Определим модуль зубьев по формуле ![]() 3.6. Определим число зубьев шестерни и колеса по формуле (55) - суммарное число зубьев: ![]() - число зубьев шестерни: ![]() - число зубьев колеса: ![]() Принимаем ![]() ![]() 3.7. Определим основные геометрические размеры передачи по формуле - делительный диаметр колеса и шестерни: ![]() ![]() Принимаем ![]() ![]() - диаметр окружностей вершин косела и шестерни: ![]() ![]() Принимаем ![]() ![]() 3.8. Определим окружную скорость зубчатых колес по формуле ![]() принимаем V = 1,4 м/с 3.9 Определяем силы в зацеплении по формулам – окружная сила: ![]() – осевая сила: ![]() ![]() ![]() -радиальная сила: ![]() Принимаем ![]() ![]() ![]() 3.10. Определим расчётное контактное напряжение по формуле (62) – Проверочный расчёт ![]() Контактная прочность зубьев обеспечена, т.к. ![]() 3.11. Определим напряжение изгиба в основании ножки зуба колес по формуле (63) – проверочный расчет ![]() Прочность зуба на изгиб обеспечена так как, т.к. ![]() 4. Расчёт валов редуктора с указанием их размеров и ступеней 4.1. Расчет ведущего вала Конструктивная схема ведущего вала представлена на рисунке 1. ![]() ![]() Рис.1 – Линейные размеры ведущего вала Упрощенный расчет линейных размеров ведущего вала одноступенчатого редуктора осуществляется в следующей последовательности: 4.1.1. Определяем диаметр выступающего конца вала (d1) ![]() где: M1 – вращающий момент на валу, н м ![]() Для расчета принимаем: М1 = 131 н м = 131 х 103 н мм2, ![]() ![]() Согласно ГОСТ 6636- 80 получаемый результат округляем до значения d1 = 32 мм. Отметим, что дальнейшие расчеты параметров ведущего вала определяются в зависимости от размеров d1, которые можно изменить исходя из конструктивных соображений. 4.1.2. Определяем длину выступающего конца вала (l1) l1 = (1,1 ![]() l1 = 1,5d1 = 1,5 х 32 = 48 мм Принимаем: l1 = 48 мм 4.1.3 Определяем значения диаметра (d2) и длины (l2) вала, предназначенные для монтажа подшипникового узла. Значения высоты буртика t, фаски ступицы f, фаски подшипника r определяем из соотношений, приведённых в таблице 1. Таблица 1. Значения высоты буртика t, фаски ступицы f, фаски подшипника r
d2 = d1 + 2t d2 = 32 + 2 x 3 = 38 мм - 204подшипник Исходя из конструктивных соображений и целесообразности выбора подшипников качения одной серии и размеров принимаем d2 = 40 мм. l2 = 1,5d2; ![]() Принимаем: l2 = 60 мм. Учитывая, что шестерня выполняется за одно целое с валом, определяем диаметр (d3) и длину (l3) d3= d2 + 3,2r ; d3 = 32 + 3,2 х 3 = 48 мм Принимаем: d3 = 48 мм. Окончательно устанавливаем, что l3 = d3 = 48 мм, а ширина шестерни, определенная по формуле, равна lст = 72 м Определяем значения диаметра (d4) и длины (l4) вала, предназначенные для монтажа подшипникового узла. d4 = d2 = 24 мм l4 = (0,5 ![]() l4 = 1,5 х 40 = 60 мм Принимаем: l4 = 60 мм. 4.2. Расчет ведомого вала ![]() ![]() Упрощенный расчет линейных размеров тихоходного вала одноступенчатого редуктора осуществляется по аналогии расчета быстроходного вала. Последовательность расчета следующая: 4.2.1.Определяем диаметр выступающего конца вала (d1) по формуле. Для расчета принимаем: М2 = 1091 х 103 н мм, [r]к = 20 н/мм2. Тогда: ![]() Согласно ГОСТ 6636-80 полученный результат округляем до значения d1 = 65 мм 4.2.2.Остальные параметры ведомого вала определяются по формулам: l1 = (1,1 ![]() Принимаем: l1 = 48 мм d2 = d1 + 2t = 32 + 2 x 3 = 38 мм - 203 подшипник Принимаем: d2 = 45 мм, l1 = 97 мм l2 = 57 мм d3 = d2 + 3,2r = 38 + 3,2 x 3 = 48 мм Принимаем d3 = 48 мм 4.2.3.Определяем длину ступицы зубчатого колеса по формуле Lст = (1,2 ![]() lст = 1,5 х d3 = 1,5 x 48 = 72 мм Принимаем: lcм = 72 мм Окончательно устанавливаем: d3 = 47 мм d4 = d2 = 38 мм l4 = 57 мм Учитывая опыт проектирования буксовых узлов быстроходных и тихоходных валов одноступенчатых цилиндрических редукторов средней мощности (до 14 кВт) и значение расчетного диаметра d2= 55 мм, принимаем шариковый радиальный подшипник ГОСТ 831-75. Принимаем расстояние между точками опор вала равным Lm = 105 мм согласно расчетов и с учетом: зазора (8 - 10 мм) между внутренней стенкой корпуса и торцом зубчатого колеса; зазора (4 - 8 мм) между внутренней стенкой корпуса и торцом подшипника; - расстояния (8 – 12 мм) для установки масло удерживающих колец. ![]() 5. Определение реакций в опорах подшипников и построение эпюр изгибающих и крутящих моментов Основными параметрами, определяющими величины реакций в опорах подшипников и результирующего изгибающего момента сечения вала, являются: - окружная сила F1,Н - радиальная сила, F1, Н - осевая сила, ![]() ![]() - вращающий момент, передающийся валу от муфты Мк, который одинаков во всех его сечениях. Общий алгоритм решения поставленной задачи следующий: Строится расчетная схема и показывается силовая нагрузка валов. Определяются реакции в опорах подшипников вала в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Производится расчет и построение эпюр изгибающих моментов от вертикальных и горизонтальных сил. Определяется наибольшее значение эквивалентного момента по гипотезе касательных напряжений (третья гипотеза прочности) 5.1 Быстроходный вал Рассмотрим ведущий вал редуктора, конструктивная и силовая схемы которого показаны на рисунке 4 Расчетные параметры: ![]() ![]() Fr = 2454 Н; ![]() Мк = 110 н м; Fм = 1704 Н; d1W = 80 мм; ![]() ![]() ![]() Рис. 3 – Эпюра расчета ведущего вала Последовательность решения: 5.1.1. Горизонтальная плоскость действия сил ( рис.3,а) определяем реакции сил в опорах подшипников ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Проверка решения: ![]() ![]() ![]() строим эпюры изгибающих моментов Участок 1 0 ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Участок 2 0 ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() определяем дополнительный момент от силы ![]() ![]() 5.1.2. Вертикальная плоскость действия сил (рис. 3,б) – определяем реакции сил в опорах подшипников ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 1704+853-6818+7076=0; 0=0 строим эпюры изгибающих моментов Участок 1 0 ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Участок 2 0 ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Определяем эквивалентный момент, действующий в опасном сечении вала, по гипотезе касательных напряжений (третья гипотеза прочности) ![]() 5.2. Тихоходный вал Рассмотрим ведомый вал редуктора, конструктивная и силовая схемы которого показаны на рис. 4. Расчетные параметры: Ft = 6918 Н; Fr = 2454 Н; ![]() Мк = 110 н м d2w = 320 мм; L = 324 мм ( выбирается из конструктивных соображений). ![]() 5.2.1 Горизонтальная плоскость действия сил (рис.4,а) определяем реакции сил в опорах подшипников ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Проверка решения: ![]() ![]() (-514) + 1564 – 2078 = 0; 0 = 0 строим эпюры изгибающих моментов Участок 1 0 ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Участок 2 0 ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() определяем дополнительный момент от силы ![]() ![]() 5.2.2. Вертикальная плоскость действия сил (Рис. 4,б) определяем реакции сил в опорах подшипников ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Проверка решения: ![]() ![]() - 3409 + 6818 - 3409 = 0; 0 = 0 строим эпюры изгибающих моментов Участок 1 0 ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() Участок 2 0 ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() ![]() 5.2.3. Определяем эквивалентный момент, действующий в опасном сечении вала, по гипотезе касательных напряжений (третья гипотеза прочности) ![]() 6. РАСЧЕТ ПОДШИПНИКОВ НА ДИНАМИЧЕСКУЮ И СТАТИЧЕСКУЮ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТЬ Рассчитаем шариковый радиально-упорный подшипник. ![]() 6.1 Определим радиальную нагрузку, действующую на опоры подшипников, исходя из расчета вала на сложное сопротивление по найденным величинам реакций в опорах ![]() ![]() 6.2. Определим эквивалентную динамическую нагрузку по формуле: P = ![]() 6.3 Из таблицы 13, по значению диаметра вала ![]() находим: C = 7,3 ![]() ![]() ![]() Из кинематического и силового расчёта косозубой передачи применяем: ![]() ![]() 6.4 определим долговечность подшипников (L) в млн. оборотов по формуле (68) ![]() 6.5. Определяем долговечность подшипника в часах по формуле (70); ![]() 6.6. Определим расчет подшипника на статическую нагрузку по формулам: ![]() где ![]() При расчете подшипник на статическую грузоподъемность должно соблюдаться условие ![]() где ![]() ![]() ![]() ![]() 7. Выбор и расчет шпонок Наибольшее распространение в машиностроении получили призматические шпонки, обладающие повышенной несущей способностью и позволяющие осуществить закрепление на валу зубчатых колес (шкивов, звездоче) с малой длиной ступицы. ![]() Таблица 1. Параметры призматических шпонок
Примечание. Длины шпонок l выбирают из ряда: 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90, 100…, 500. Длину шпонки конструктивно принимают на (5 ![]() Прочность выбранной шпонки проверяют по напряжениям на смятие: ![]() где: Mк – крутящий момент на валу, н м d - диаметр вала, мм h - высота шпонки, мм t1 –глубина паза вала, мм lp = l – в – рабочая длина шпонки, мм l – длина шпонки, мм в – ширина шпонки, мм ![]() Напряжение на срез в сечении шпонки определяют из условия прочности: ![]() где: ![]() Выбор и расчет для соединения зубчатого колеса и тихоходного вала и одноступенчатого редуктора осуществляется в следующей последовательности: ![]() 7.1. Определяем основные расчетные данные, к которым относятся: - крутящий момент на тихоходном валу равный Мк = М2 = н м = 53 х 103 н мм; - диаметр тихоходного вала равный d3 = 30 мм; - ширина ступицы зубчатого колеса равная lcт = 120 мм; 7.2. Согласно ГОСТ 23360-78 для диаметра находим параметры шпонки: - высота шпонки h = 7 мм - ширина шпонки в = 8 мм - глубина паза вала t1 = 4 мм - длина шпонки l = 50 мм - рабочая длина шпонки lр = l – в = 50 – 8 = 42 мм 7.3. Определяем прочность шпонки на смятие по формуле ![]() Прочность обеспечена. 7.4. Определяем прочность на срез по формуле (55) ![]() Прочность обеспечена. 8. Выбор муфты для соединения валов ![]() Сила, с которой муфта давит на ведущий вал редуктора, определяется по формуле: ![]() где: FM – окружная сила, действующая на ведущий вал редуктора, Н F1 –окружная сила, Н Конструкция муфты представлена на рисунке 6. ![]() Рис. 5 – Муфта МУВП ![]()
Выбор муфты осуществляем исходя из следующих соображений: расчетами установлено, что выступающий конец быстроходного вала редуктора имеет диаметр d1 = 25 мм крутящий момент на ведущем валу редуктора равен М1 = 131 н м допускаемый крутящий момент на ведущем валу редуктора определяется по формуле ![]() Окончательно принимаем муфту МУВП со следующими параметрами: d = 40 мм Д = 170 мм L = 324 мм в = d = 44 мм ![]() ![]() ![]() Заключение В данной работе я привел упрощенные расчеты привода, а именно произвел выбор электродвигателя привода, сделал кинематический и силовой расчет привода, расчет передачи одноступенчатого цилиндрического редуктора, расчет валов редуктора с указанием их размеров и ступеней. ![]() На основании проведенных расчетов были выполнены следующие чертежи: КРТМ.15.02.06.М17.002 – чертеж цилиндрической зубчатой передачи; КРТМ.15.02.06.М17.003 – чертеж ведомого вала редуктора; КРТМ.15.02.06.М17.004 – чертеж муфты. ![]() 1. Аркуша А.И. Техническая механика. Теоретическая механика и сопротивление материалов. – М; Высшая школа, 2002. 2. Боков В. Н. и др. Детали машин: Атлас. – М: Машиностроение, 1993. 3. Дунаев П. Ф., Леликов О. П. Детали машин. Курсовое проектирование. – М.: Высшая школа, 2001. 4. Цикович Г. М. и др. Руководство к решению задач по сопротивлению материалов. – М.: Высшая школа, 2001. 5. Кудрявцев В. Н. и др. Курсовое проектирование деталей машин. – СПб: Машиностроение, 1994. 6. Чернавский С.Л. и др. Курсовое проектирование деталей машин. – М.: Машиностроение, 1999. 7. Чернилевский Д. В. Курсовое проектирование деталей машин и механизмов. – М.: Высшая школа, 1990. 8. Шейиблит А. Е. Курсовое проектирование деталей машин. - Калининград: Янтарный сказ, 1999. 9. Шашков Н.А., Шашкова Е.Н. Техническая механика. Упрощённые расчёты привода и проектирования цилиндрического одноступенчатого редуктора.// Руководство к выполнению курсового проекта. – СПб: Изд. СПбМРК,2006. – 138 с. |