Расчет одноступенчатого цилиндрического редуктора с цепной передачей

Содержание

1. Задание на курсовой проект                                                          стр. 3

2. Введение                                                                                         стр. 4

3. Кинематический расчет привода                                                   стр. 5

3.1. Выбор электродвигателя                                                  стр. 5

3.2. Расчет передаточных отношений                                     стр. 6

3.3. Расчет кинематических параметров                                 стр. 8

4. Расчет тихоходной передачи                                                        стр. 9

4.1. Выбор материала и термообработки                                стр. 9

4.2. Определение допускаемых контактных и изгибных       напряжений                                                                       стр. 9

4.3. Проектирование тихоходной передачи                            стр. 11

5. Расчет быстроходной передачи                                                     стр. 16

6. Расчет ременной передачи                                                             стр. 18

7. Расчет валов редуктора                                                                 стр. 21

8. Проверочный расчет тихоходного вала редуктора                      стр. 23

8.1. Определение реакций опор и расчет изгибающих моментов                                                                           стр. 23

8.2. Проверочный расчет подшипников                                 стр. 27

9. Проверочный расчет шпонок                                                        стр. 29

10. Проверочный расчет фланцевых винтов                                    стр. 30

11. Проектирование крышек подшипников                          стр. 31

12. Проектирование корпуса редуктора                                           стр. 32

13. Выбор муфты                                                                                стр. 34

14. Выбор марки масла                                                                       стр. 35

15. Проектирование рамы                                                                  стр. 36

16. Проектирование устройства натяжения                                      стр. 37

18. Список использованных источников                                          стр. 39

2. Введение

Машиностроению принадлежит ведущая роль среди других отраслей экономики, так как основные производственные процессы выполняют машины. Поэтому и технический уровень многих отраслей в значительной мере определяет уровень развития машиностроения.

Редуктор в современной промышленности имеет важное значение. Благодаря высокому КПД он широко применяется  в технике. Редуктор  - механизм, служащий для уменьшения частоты вращения и увеличения вращающего момента на валах. В корпусе редуктора расположены зубчатые и червячные передачи, неподвижно закрепленные на валах. Валы опираются на подшипники, размещенные в гнездах корпуса. Редуктора бывают одно-, двух- и многоступенчатые. Число ступеней редуктора зависит от передаточного числа. При передаточном числе до 5-8 используют одноступенчатые редуктора, при передаточном числе до 20-35 используют двухступенчатые редуктора.

3. Кинематический расчет привода

3.1. Выбор электродвигателя

Для выбора электродвигателя определяем требуемую его мощность и частоту вращения вала. Требуемая мощность определяется по формуле:

 кВт где     P_вых – мощность требуемая на выходном валу редуктора, кВт;

η_Σ  – суммарный КПД привода.

Суммарный КПД привода для последовательно соединенных передач:

, где     η₁ – КПД первой, ременной передачи;

η₂, η₃ – КПД второй, третьей зубчатой цилиндрической передачи;

η₄ – КПД муфты.

;

 кВт.

По таблице технических данных двигателей серии АИР выбираем двигатели с мощностью 4 кВт и с различной синхронной частотой вращения. Составим таблицу 1.

Таблица 1 - Двигатели серии АИР с P_дн = 4 кВт.

Для определения асинхронной, т.е. номинальной частоты вращения вала электродвигателя используем зависимость:

, об/мин где     n_дн – номинальное число оборотов вала двигателя, об/мин;

n_с – синхронная частота вращения, об/мин;

S – коэффициент скольжения ротора, %.

, об/мин;

, об/мин;

, об/мин;

, об/мин.

3.2. Расчет передаточных отношений

Определим суммарное передаточное число привода по формуле:

, где     n_вых – требуемое число оборотов выходного вала, об/мин.

U_1,2,3 – передаточное число ременной, цилиндрической передачи;

U_ред – передаточное число редуктора;

U_г.с. – передаточное число ременной передачи;

, об/мин где     ω_вых – угловая скорость выходного вала, рад/с

 об/мин.

;                  ;

;                  .

Разбиваем передаточное число привода на U_ред и U_г.с., принимая U_г.с.=2, получим:

;                ;

;            .

Разбиваем передаточное число редуктора U_ред  на U_т и U_б:

Округлим полученные значения до стандартных величин:

;              ;

;         ;

;           ,

;            .

Уточняем передаточное число редуктора U_ред:

;            ;

;      .

Найдем уточненное значение U_г.с.:

;           ;

;                   .

Выбираем двигатель АИР100L4 с n_с = 1500 об/мин. Дальнейшие расчеты ведем для него.

Определим отклонение передаточного отношения от требуемого:

3.3. Расчет кинематических параметров

Вращающий момент соответствующего вала: ;

Угловая скорость вала: ;  Мощность на валу: ;

Частота вращения вала: .

Используя выше приведенные формулы, вычисляем и заполняем таблицу 2. В последней строке значения мощности Р и угловой скорости  должны соответствовать заданным.

Таблица 2 – Результаты кинематического расчета.

4. Расчет тихоходной передачи

4.1. Выбор материала и термообработки

В мало- и средненагруженных предачах применяют зубчатые колеса с твердостью материала ≤ 350 НВ. При этом обеспечивается чистовое нарезание зубьев после термообработки, высокая точность изготовления и хорошая прирабатываемость зубьев. Для увеличения нагрузочной способности, уменьшения металоёмкости и габаритов предачи принимают разность твердостей шестерни и колеса > 70.

Выбираем материал для колеса Сталь 45, твердость 240 НВ, термическая обработка – улучшение.

Для шестерни выберем Сталь 40Х, твердость 45 HRC, термообработка – закалка ТВЧ.

4.2. Определение допускаемых контактных и изгибных напряжений

Для расчета необходимы следующие данные:

n₁ = 183,1 об/мин; n₂ = 51,58 об/мин; Р₁ = 3,81 кВт; U₁₂ = 3,55; Т₂ = 685,2 Н·м; β= 12º; L_Н = 2,5 тыс.часов;  i = 0,6;   j = 0,2;   k = 0,4;   y = 0,8;   z = 0,3.

Вычислим эквивалентное число циклов нагружения:

N_HEi = 60 · n_i · L_H · c ·(i^mн + j^mн ·y + k^mн ·z), где  m_H = 3;

N_FEi = 60 · n_i · L_H · c · (i^mF + j^mF · y + k^mF · z),

где (при _i =1) m_F = 9, т.к. НВ>350; (при _i =2) m_F = 6, т.к. НВ<350.

N_HE1 = 60 · 183,1 · 2500 · 1 · 0,2416 = 6635544;

N_HE2 = 60 · 51,58 · 2500 · 1 · 0,2416 = 1869259;

N_FE1 = 60 · 183,1 · 2500 · 1 · 0,01 = 274650;

N_FE2 = 60 · 51,58 · 2500 · 1 · 0,0479 = 370602.

Вычислим базовые числа циклов нагружений:

N_F0 = 4·10⁶;

N_H01 = НВ₁³= 450³ = 91125000;         N_H02 = 240³ = 13824000.

Рассчитаем коэффициенты долговечности по контактным напряжениям:

;

;           .

удовлетворяет 1 ≤ K_HL < 2,4.

Рассчитаем коэффициенты долговечности по изгибным напряжениям:

;

, удовлетворяет 1 ≤ K_FL < 1,6;

 удовлетворяет 1 ≤ K_FL < 2.

Расчет дпускаемых контактных напряжений:

[σ_H]_i = ;

где     σ_Н0 – предел выносливости при отнулевом цикле по

контактным напряжениям,

S_H – коэффициент безопасности,

K_HL – коэффициент долговечности.

При i = 1, S_H1=1,2;  σ_Н01=17·HRC+200.    При i = 2, S_H2=1,1;  σ_Н02=2·HВ+70.

σ_Н01 = 17·45 + 200 = 965 МПа;                   σ_Н02 = 2·240 + 70 = 550 МПа.

[σ_H]₁ =  = 893,43 МПа;                 [σ_H]₂ =  = 974 МПа.

Твердость принемают за среднее из [σ_H]₁  и [σ_H]₂ но не более 1,25 · [σ_H]_min:

[σ_H] =  = 933,715 МПа < 1116,8;

Принемаем [σ_H] = 933,7 МПа.

Расчет дпускаемых изгибных напряжений:

[σ_F] = ,

где     σ_F0 – предел выносливости при отнулевом цикле поконтактным

напряжениям,

S_F – коэффициент безопасности,

K_FL – коэффициент долговечности,

K_C – коэффициент реверсивности.

σ_F01 = 650,            σ_F02 = 432,

[σ_F]₁ =  = 500,16 МПа

[σ_F]₂ =  = 366,95 МПа

4.3. Проектирование тихоходной передачи

Межосевое расстояние:

а_W = К_а (u + 1) ,

где     K_a = 430 – коэффициент межосевого расстояния для косозубых передач,

Т- крутящий момент на валу колеса, Н×м

ψ_bа = 0,315 – коэффициент ширины колеса b₂ относительно межосевого