Курсовая. ДолженкоР-209. Курсовая работа упрощенные расчеты привода и проектирование цилиндрического одноступенчатого редуктора пояснительная записка
Скачать 0.52 Mb.
|
Федеральное агентство по рыболовству 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 – КПД открытой передачи (в данном случае ременной) = 0,95; =0,99; - КПД муфты; =0,98; - КПД редуктора; = = 0,98 - КПД в опорах валов, n – число валов, n = 2 1.Определение КПД 2.Необходимая мощность по формуле: 3.Передаточное число привода Где – частота вращения вала электродвигателя, об/мин.; – частота вращения ведомого вала редуктора, об/мин.(по заданию); (об/мин). 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: 725 об/мин; 76 Рад/с; 2.1 Ведущий вал редуктора Так как шестерня редуктора находится на валу электродвигателя, то принимать надо 725 об/мин; 76 рад/с; 2.2 Ведомый вал редуктора 85 об/мин – по заданию; Уточняемое передаточное число редуктора Рад/с 2.3 Момент на валу электродвигателя определяется по формуле н н 2.4 Момент на ведущем валу редуктора определяется по формуле 8,5 0.98 н 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 = 650 н/ - колёса твёрдость 260 НВ1, предел текучести = 540 3.1. Определяется допускаемые контактные напряжения. Предварительно, для стали 40x [9, с. 57 - таблица 12], найдём: + 70, 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 3.4. Определим ширину зубчатого венца ко еса и шестерни по формулам 3.5. Определим модуль зубьев по формуле мм 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 H H H 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 – допускаемое касательное напряжение, н/мм2 Для расчета принимаем: М1 = 131 н м = 131 х 103 н мм2, = 20 н/мм2 32мм 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 1,5)d1; 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; l2 = 1,5 х 40 = 60 мм 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 1,5)d4 l4 = 1,5 х 40 = 60 мм Принимаем: l4 = 60 мм. 4.2. Расчет ведомого вала Конструктивная схема тихоходного вала представлена на рисунке 2. Рис.2 – Линейные размеры 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: 65 мм 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 1,5) d1 = 1,5 x 32 = 48 мм 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 1,5)d3; 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, , Н - 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: Н; Fr = 2454 Н; = 2522 Н; Мк = 110 н м; Fм = 1704 Н; d1W = 80 мм; L = 324 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 ; ; 1519 Н 0; ; 915 Н Проверка решения: ; 0 0; 0=0 строим эпюры изгибающих моментов Участок 1 0 Z1 L/2; 0 < Z1 < 0,162 м ; при Z1 = 0; M1 = 0 0,162 м; 246 н м Участок 2 0 Z2 L/2; 0 < Z2 < 0,162 м ; при Z2 = 0; M1 = 0 0,162 м; 148 н м определяем дополнительный момент от силы 100 н м 5.1.2. Вертикальная плоскость действия сил (рис. 3,б) – определяем реакции сил в опорах подшипников ; = 0; 4076 Н ; = 0; 853 H Проверка решения: 1704+853-6818+7076=0 0=0 ; 1704+853-6818+7076=0; 0=0 строим эпюры изгибающих моментов Участок 1 0 Z1 L/2; 0 < Z1 < 0,162 м ; при Z1 = 0; M1 = 0 0,162 м; 660 н м Участок 2 0 Z2 L/2; 0 < Z2 < 0,162 м ; при Z2 = 0; M1 = 0 0,162 м; 276 н м Определяем эквивалентный момент, действующий в опасном сечении вала, по гипотезе касательных напряжений (третья гипотеза прочности) 331 н м 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; = 2522 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 ; 0; 1472 Н ; 0; -18,4 Н Рис. 4 – Эпюра расчета ведущего вала Проверка решения: ; (-514) + 1564 – 2078 = 0; 0 = 0 строим эпюры изгибающих моментов Участок 1 0 Z1 L/2; 0 < Z1 < 0,162 м ; при Z1 = 0; M1 = 0 0,162 м 2,9н м Участок 2 0 Z2 L/2; 0 < Z2 < 0,162 м ; при Z2 = 0; M1 = 0 0,162 м -400 н м определяем дополнительный момент от силы 403 н м 5.2.2. Вертикальная плоскость действия сил (Рис. 4,б) определяем реакции сил в опорах подшипников ; 3409 Н ; 3409 H Проверка решения: ; - 3409 + 6818 - 3409 = 0; 0 = 0 строим эпюры изгибающих моментов Участок 1 0 Z1 L/2; 0 < Z1 < 0,162 м ; при Z1 = 0; M1 = 0 0,162 м - 552 н м Участок 2 0 Z2 L/2; 0 < Z2 < 0162 м ; при Z2 = 0; M1 = 0 0,162 м; -552 н м 5.2.3. Определяем эквивалентный момент, действующий в опасном сечении вала, по гипотезе касательных напряжений (третья гипотеза прочности) 692 н м 6. РАСЧЕТ ПОДШИПНИКОВ НА ДИНАМИЧЕСКУЮ И СТАТИЧЕСКУЮ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТЬ Рассчитаем шариковый радиально-упорный подшипник. Выполнение расчёта подшипника осуществляется в следующей последовательности: 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 =25 мм, для подшипников 305 находим: C = 7,3 (динамическая грузоподъёмность) = 4,3 (статическая грузоподъёмность) Из кинематического и силового расчёта косозубой передачи применяем: 320об/мин (ведущий вал передачи) = 2522H (осевая нагрузка) 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 коэффициенты для однорядных подшипников При расчете подшипник на статическую грузоподъемность должно соблюдаться условие где – коэффициент надежности при статическом нагружении при высоких требованиях к легкости вращения Условие соблюдено 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. Размеры шпонки (ширину в, высоту h, глубину паза вала t1 и ступицы t2) выбирают в зависимости от диаметра (d’) вала по ГОСТ 23360 -78 (таблица 1). 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 10) мм меньше длины ступицы и согласовывают со стандартом. 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 - допускаемое напряжение на смятие Напряжение на срез в сечении шпонки определяют из условия прочности: ; где: = 60 н/мм2 – допускаемое напряжение на срез. 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 21 н/мм2 < 120 н/мм2 Прочность обеспечена. 7.4. Определяем прочность на срез по формуле (55) 2,5 н/мм2 < 60 н/мм2 Прочность обеспечена. 8. Выбор муфты для соединения валов Для передачи момента на ведущий вал редуктора применяем упругие втулочно-пальцевые муфты МУВП (ГОСТ 21424-75) 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 Таблица 2. Основные размеры муфты
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 = в – 0,2d = 22 – 0,2 x 44 = 13 мм К = = 6,6 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. Дал определение реакций в опорах подшипников и построение эпюр изгибающих и крутящих моментов и произвел расчет подшипников качения на динамическую и статическую грузоподъемность. Сделал выбор и расчет шпонок и выбор муфты для соединения валов. 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. Литература 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. |