2022_МУ_РАСЧЕТ 1 РЦ. Методические указания по проектированию зубчатых цилиндрических передач по дисциплине Детали машин для студентов всех форм обучения Екатеринбург
 Скачать 1.61 Mb.
|
|
Министерство просвещения Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Российский государственный профессионально-педагогический университет Институт инженерно-педагогического образования Кафедра энергетики и транспорта МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ ЗУБЧАТЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ по дисциплине Детали машин для студентов всех форм обучения Екатеринбург РГППУ 2022 2 Методические указания по проектированию зубчатых цилиндрических передач по дисциплине Детали машин. Екатеринбург, ФГАОУ ВО Рос. гос. проф.-пед. университет, 2022. – 42 с. Автор канд. техн. наук, доцент Н. Г. Новгородова Одобрены на заседании кафедры энергетики и транспорта ИПО РГППУ. Протокол от 08 сентября 2020 г. № 1. Заведующий кафедрой ЭТ АО. Прокубовская Рекомендованы к печати научно-методической комиссией института инженерно-педагогического образования РГППУ. Протокол от 13 сентября 2020 г. № 1. Председатель научно-методической комиссии института ИПО АО. Прокубовская Замдиректора научной библиотеки Е.Н. Билева Директор института ИПО Е.В. Чубаркова © ФГАОУ ВПО Российский государственный профессионально- педагогический университет, 2020 © Новгородова Н.Г., 2020 СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ ....................................................................................................................................... ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ. РАСЧЕТ КИНЕТИКИ ПРИВОДА ............................ Выбор электродвигателя для привода с открытой ременной передачей и цилиндрическим редуктором .................................................................................................... Определение основных кинематических и энергетических. параметров редуктора ..................................................................................................................... Выбор электродвигателя для привода с открытой цепной передачей и цилиндрическим редуктором .................................................................................................................................... Определение основных кинематических и энергетических. параметров редуктора ................................................................................................................... ВЫБОР СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ УПРУГОЙ МУФТЫ ........................................................ 14 РАСЧЕТЫ РЕДУКТОРНОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ .............................. Алгоритм проектирования цилиндрических зубчатых передач .......................................... Основные сведения к расчетам зубчатых передач .......................................................... Выбор материалов, термообработки и допускаемых ...................................................... напряжений ..................................................................................................................................... Определение расчетного крутящего момента ................................................................... Проектный расчет зубчатой цилиндрической передачи ................................................ Проверочный расчет зубьев колеса на выносливость по контактным напряжениям25 3.6 Проверочный расчет зубьев колес на выносливость по напряжениям изгиба. Определение сил в зацеплении зубчатой цилиндрической передачи .......................... ЛИТЕРАТУРА ................................................................................................................................ ПРИЛОЖЕНИЕ 1 .......................................................................................................................... ПРИЛОЖЕНИЕ 2 .......................................................................................................................... 32 4 ВВЕДЕНИЕ Данные методические указания предназначены для выполнения расчетов и проектирования зубчатых цилиндрических редукторных передач, входящих в состав технологических машин. Методические указания помогут студентам грамотно сконструировать цилиндрический двухступенчатый редуктор по любой из трех схем расположения колес в редукторе по развернутой схеме, по соосной схеме и с одной раздвоенной ступенью. Эта часть расчетов относится к началу расчетов по курсовому проекту. Курсовой проект по дисциплине Детали машин состоит из графической и текстовой частей. Графическая часть проекта содержит 2 листа сборочный чертеж редуктора (1 или 2 листа формата А деталировочные чертежи трех основных деталей редуктора зубчатого колеса, вала и сквозной подшипниковой крышки. Расчетно-пояснительная записка (РПЗ) проекта включает в себя основные расчеты передач, узлов и деталей привода машины. Она может быть скомпонована, например, в виде нижеследующих разделов содержание выбор источника энергии для привода машины выбор соединительной упругой муфты проектные и проверочные расчеты передачи выбор и расчет подшипников редуктора конструирование и расчет валов редуктора расчеты соединений зубчатых и червячных колес с валами редуктора выбор сорта масла и способа смазывания зацеплений и подшипников редуктора расчеты объёма и уровней масла в редукторе список литературы приложения (эскизная компоновка узла входного вала и передачи первой ступени редуктора, спецификации к сборочным чертежам. Оформление курсового проекта следует выполнять в соответствии с требованиями к чертежами технической документации по стандартам ЕСКД. 5 1 ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ. РАСЧЕТ КИНЕТИКИ ПРИВОДА 1.1 Выбор электродвигателя для привода с открытой ременной передачей и цилиндрическим редуктором Выбор электродвигателя производят по каталогам (ГОСТ 19523-81) в зависимости от рассчитанной требуемой мощности электродвигателя Р дв и числа оборотов его вала n дв (исход- ные данные в задании. Требуемую расчетную мощность электродвигателя определяют по формуле ВЫХ ТРЕБ Σ Р Р = ,кВт η (1) где η – общий КПД привода. КПД привода характеризует потери мощности при передаче энергии от электродвигателя к исполнительному органу машины. Его вычисляют как произведение КПД элементов привода. Рисунок Так, суммарный КПД для привода, приведенного на рис. 1, состоящего из электродвигателя, открытой клиноременной передачи 2, редукторной цилиндрической передачи 3, муфты 4 и двух пар подшипников на валах редуктора вычисляют по зависимости 2 Σ ОП РЕД М ПК η = η η η η , где М КПД муфты ОП – КПД открытой клиноременной передачи РЕД КПД редуктора ibbiibПКbi – КПД одной пары подшипников (показатель степени η ПК в формулах соответствует числу валов в приводе. Значения КПД – в табл. 1 : М = 0,98 ; ОП 0,96 ; РЕД = 0,98 ; η ПК = Таблица 1 – Значения КПД Передача КПД Зубчатая редукторная цилиндрическая передача 0,97 – 0,98 Цепная открытая 0,90 – 0,95 Клиноременная 0,95 – 0,97 Одна пара подшипников качения 0,99 Муфта соединительная 0,98 6 После вычисления суммарного КПД привода (табл) надо вычислить величину требуемой мощности электродвигателя .....кВт ВЫХ ТРЕБ Σ Р Р = = η Требуемая частота вращения вала электродвигателя n ДВ = n ВЫХ * u РЕД u ОП) где u ред – передаточное число редуктора ОП передаточное числооткрытой передачи (ременной или цепной). С целью сокращения времени на выбор электродвигателя, отвечающего требованиям исходных данных к проектированию машины, рассчитать диапазон возможных частот вращения вала электродвигателя n дв min = n ВЫХ РЕД min ОП n дв max = n ВЫХ РЕД max * u ОП Диапазон возможных частот вращения вала электродвигателя надо рассчитать по ф. (3) по значениям передаточных чисел, приведенных в табл. 2. Таблица 2 – Значения передаточных чисел Вид передачи Передаточное число наименьшее наибольшее Зубчатая цилиндрическая быстроходная ступень 3,15 5,0 тихоходная ступень 2,50 5,0 Ременная передача 2,00 4,0 Примечание. Быстроходной называется та передача, которая ближе к электродвигателю. Затем по каталогу электродвигателей (табл. 3) надо выбрать несколько электродвигателей, имеющих ˗ одинаковую мощность, но большую, чем рассчитанная по ф. (1); ˗ частоту вращения вала, входящую в диапазон от n дв min до n дв max, рассчитанный по формулам (3). Приведенные в таблице 3 электродвигатели могут иметь одинаковую мощность, но разные частоты вращения валов. Например, электродвигатели мощностью 4 кВт могут иметь частоту вращения вала 3000об/мин, 1500 об/мин, 1000 об/мин и 750 об/мин. Из них надо выбрать ОДИН, который обеспечит заданную частоту вращения вала на выходе привода n ВЫХ. После предварительного выбора электродвигателей надо создать табл. 5 параметров к окончательному выбору электродвигателя по Р ДВ > РАСЧ Р и частоте вращения вала двигателя из диапазона : ДВ min ДВ ДВmax n n n . Затем для каждого электродвигателя надо выполнить расчеты по формулами. Таблица 3 – Двигатели закрытые обдуваемые единой серии А по ГОСТ 19523-81 7 Мощность Р, кВт Синхронная частота вращения вала электродвигателя, об/мин 3000 1500 1000 750 Марка n дв Марка n дв Марка n дв Марка n дв 1,5 А 2850 80B4 1415 90L6 935 100L8 700 2,2 В 90L4 1425 100L6 950 112MA8 3,0 90L2 2840 100S4 1435 112MA6 955 112MB8 4,0 100S2 2880 100L4 1430 112MB6 950 132S8 720 5,5 100L2 112M4 1445 132S6 965 132M8 7,5 112M2 2900 132S4 1455 132M6 970 160S8 730 11,0 132M2 132M4 1460 160S6 975 160M8 Примечание. Пример условного обозначения электродвигателя мощностью 11 кВт с синхронной частотой вращения вала, равной 1500 об/мин: Электродвигатель А М У ГОСТ 19523–81 Примечание При выборе электродвигателя по табл. 3 следует иметь ввиду, что с увеличением частоты вращения его вала растет КПД. Однако, одновременно увеличивается суммарное передаточное число привода, следовательно, габариты, металлоемкость и стоимость привода. Фактическое передаточное число привода – это частное отделения частоты вращения вала двигателя и частоты вращения на выходе привода (4) Ориентировочное значение передаточного числа редуктора можно вычислить по формуле (5) Затем по ГОСТ 2185-66 надо выбрать БЛИЖАЙШЕЕ стандартное значение передаточного числа редуктора (табл. 4). Таблица 4 – Распределение общего передаточного числа двухступенчатого цилиндрического редуктора по ступеням согласно ГОСТ 2185-66 u РЕД 2,5 3,15 4,0 5,0 6,3 8,0 10,0 u РЕД 2,8 3,55 4,5 5,6 7,1 9,0 11,2 После выбора стандартного передаточного числа редуктора надо вычислить передаточное число открытой клиноременной передачи с точностью до сотых долей Σ ОП РЕД u u = u (6) Результаты вычисления надо занести в табл. 5 и выписать марку, габаритные размеры и диаметр вала выбранного электродвигателя. дв вых n u РЕД ФАКТ 8 Таблица 5 – Таблица параметров к выбору электродвигателя (например) Параметр № 1 № 2 № 3 Частота вращения вала без нагрузки n синхр об/мин 750 1000 1500 Частота вращения вала под рабочей нагрузкой n ДВ об/мин 730 970 1455 Фактическое передаточное число привода Стандартное передаточное число редуктора, РЕД Фактическое передаточное число открытой передачи u ОП Примечание . Синхронная частота вращения вала электродвигателя – это частота вращения вала без нагрузки, те. вхолостую, n синхр. При проектировочном расчете редуктора следует согласовать его размеры с размерами выбранного электродвигателя, чтобы получился рациональный по габаритам привод. 1.2 Определение основных кинематических и энергетических параметров редуктора После окончательного выбора электродвигателя, вычисления и согласования со стандартным передаточного числа редуктора перейти к вычислению его основных энергосиловых и кинематических параметров мощностей, крутящих моментов и частот вращения каждого вала редуктора. Запас мощности электродвигателя, те. отклонение стандартной (номинальной) мощности электродвигателя от требуемой мощности Р ТРЕБ : ДВ ТРЕБ ДВ P - P ΔP = *100% [20%] P (7) Расчет мощностей на валах редуктора можно выполнять ˗ по стандартной мощности электродвигателя Р ДВ (если ее отклонение от требуемой мощности электродвигателя Р ТРЕБ не превышает [20%]); ˗ по требуемой мощности электродвигателя Р ТРЕБ. если Р > [20%]. Для привода, показанного на рис. 1, мощность на первом валу редуктора Р = Р ДВ * ОП * η ПК ˗ мощность на втором валу редуктора Р = Р * η ПК * РЕД частота вращения первого вала редуктора ДВ 1 ОП n n где ОП- передаточное число открытой клиноременной передачи Σ ОП РЕД u u = u ˗ частота вращения второго вала редуктора РЕД = u ˗ крутящие моменты, передаваемые валами, Нм 9 Т РТ Р / n 2 (8) На начальном этапе проектирования редукторных передач диаметры валов определяют из ориентировочного расчета на чистое кручение по заниженным допускаемым напряжениям [ ] 3 i 3 Вi кр 16 T 10 d , мм τ (где Т – крутящий момент, передаваемый валом, Нм (i =1 для первого вала редуктора i = 2 для второго вала редуктора кр – допускаемые напряжения кручения кр = 15…25 МПа [8, с. 161]. Полученные значения диаметров валов редуктора следует округлить до ближайшего значения по нормальным рядам чисел согласно ГОСТ 6636–69. Результаты вычислений следует занести в сводную таблицу параметров редуктора (форма таблицы представлена в табл. 6). Таблица 6 – Сводная таблица основных параметров передач редуктора Валы u РЕД СТД Р i , кВт n i , об/мин Т Нм мм I II Примечание. Все результаты вычислений занести в таблицу 6 и использовать при проектировании передачи редуктора. По завершении раздела следует сделать выводы о проделанной работе. 1.3 Выбор электродвигателя для привода с открытой цепной передачей и цилиндрическим редуктором Выбор электродвигателя производят по каталогам (ГОСТ 19523-81) в зависимости от рассчитанной требуемой мощности электродвигателя Р дв и числа оборотов его вала n дв (исход- ные данные в задании. Требуемую расчетную мощность электродвигателя определяют по формуле ВЫХ ТРЕБ Σ Р Р = ,кВт η (10) где η – общий КПД привода. КПД привода характеризует потери мощности при передаче энергии от электродвигателя к исполнительному органу машины. Его вычисляют как произведение КПД элементов привода. 10 Рисунок 2 Суммарный КПД для привода, приведенного на рис. 2, состоящего из электродвигателя 1, упругой муфты 2, редукторной цилиндрической передачи 3, открытой цепной передачи 4, зубчатой муфты 5 и трёх пар подшипников на валах привода вычисляют по зависимости 2 3 Σ М РЕД ОП ПК η = В формуле приняты обозначения М КПД муфты ОП – КПД открытой цепной передачи РЕД КПД редуктора; η ПК – КПД одной пары подшипников (показатель степени η ПК в формулах соответствует числу валов в приводе. Значения КПД М = 0,98 ; ОП 0,93 ; РЕД = 0,98 ; η ПК = 0,99 табл. Таблица 7 – Значения КПД Передача КПД Зубчатая редукторная цилиндрическая передача 0,97 – 0,98 Цепная открытая 0,90 – 0,95 Одна пара подшипников качения 0,99 Муфта соединительная 0,98 После вычисления суммарного КПД привода надо вычислить величину требуемой мощности электродвигателя .....кВт ВЫХ ТРЕБ Σ Р Р = = η Требуемая частота вращения вала электродвигателя |