Проектирование планетарного редуктора (максимальный момент на валу тихоходной ступени - 2000 Нм, частота вращения вала - 35 об/мин)

Страницы работы

Фрагмент текста работы

Расчетный момент на шестерне: ,    ТН1=425,53/3=141,84        ТН2=72,2/3=24,06


Расчет диаметров колес из условия контактной прочности.

Вели

чина

Размерность

Формула

Решение

Значение

Тихоходная ступень:

Расчетный момент на шестерне:

Th

Нм

Th=Ta/nw

Th=-425,53/3

-141,8

Передаточное число в зацеплении a-g:

u

u=(P-1)/2

u=(3,7-1)/2

1,35

(ybd)b

0,18

(ybd)a

(ybd)a=(ybd)b×p

(ybd)a=0,18×3,7

0,666

Расчет коэффициента неравномерности

распределения нагрузки в зацеплении:

W

стр. 130 [1]

1,03

Khb

рис. 6.16 [1]

1,3

Khå

Khå=W+Khb-1

Khå=1,03+1,3-1

1,33

Khv

по табл. 2.8 [1]

1,1

Расчет начального диаметра шестерни:

(dw)'ah

мм

d'W1=

d'W1=

53,2

Быстроходная ступень:

Расчетный момент на шестерне:

Th

Нм

Th=Ta/nw

Th=-72,2/3

-24,06

Передаточное число в зацеплении a-g:

u

u=(P-1)/2

u=(4,89-1)/2

1,9

(ybd)b

0,15

(ybd)a

(ybd)a=(ybd)b×p

(ybd)a=0,15×4,89

0,73

Расчет коэффициента неравномерности

распределения нагрузки в зацеплении:

W

стр. 130 [1]

1,03

Khb

рис. 6.16 [1]

1,2

Khå

Khå=W+Khb-1

Khå=1,03+1,2-1

1,23

Khv

по табл. 2.8 [1]

1,1

Расчет начального диаметра шестерни:

(dw)'ah

мм

d'W1=

d'W1=

27,5

4. Определение размеров зубчатых колес планетарного редуктора

по критерию изгибной выносливости зубьев.

Вели

чина

Размерность

Формула

Решение

Значение

Тихоходная и быстроходная ступени:

3.1 Эквивалентное время.

(tLFE)a,g

час

(tLFE)h=å(Ti/Tрасч)м×ti

(tLFE)h=[19×0,2+(0,7)9×0,35+(0,5)9×0,45]×8500

1827,5

(tLFE)b

час

(tLFE)h=å(Ti/Tрасч)м×ti

(tLFE)h=[16×0,2+(0,7)6×0,35+(0,5)6×0,45]×8500

2109,7



Величина

Размерность

Формула

Решение

Значение

Величины коэффициентов формы зуба для планетарного ряда:

Yfa

по рис. 2.23 [1]

4,25

Yfb

по рис. 2.24 [1]

3,55

Yfg

по рис. 2.23 [1]

4

Yfas

Yfas=Yfa/[sf]a

Yfas=4,25/470,6

0,9×10-2

Yfgs

Yfgs=Yfg/[sf]g

Yfgs=4/353

1,16×10-2

Yf/[sf]

max из Yfa/[sf]a и Yfg/[sf]g

1,16×10-2

Расчетный момент на шестерне:

TF

Нм

TF=Ta/nw

TF=425,5/3

141,8

Величина коэффициента неравномерности распределения нагрузки по ширине венцов:

KFå

KFå=KHå

1,33

KFV

по табл. 2.8 [1]

1,1

Делительный диаметр шестерни:

(d')af

мм

(d)af=

62,02

m'

мм

m'=(d')af/Za

m'=62,02/17

3,64

m

мм

стандартное по ГОСТ 9563-65

3,5

Быстроходная ступень:

Za

17

A

A=ZA×(1+P)/nw

A=17×(1+3,62)/3

26,18

N

26

Zb

Zb=N×nw-ZA

Zb=26×3-17

61

Zg

Zg=(Zb-Za)/2

Zg=(61-17)/2

22

Pфакт.

Pфакт.=Zb/Za

Pфакт.=61/17

3,588

D%

%

D%=(P- Pфакт.)/P×100%

D%=(3,62-3,588)/3,62 ×100%

0,88

Величины коэффициентов формы зуба для планетарного ряда:

Yfa

по рис. 2.23 [1]

4,25

Yfb

по рис. 2.24 [1]

4

Yfg

по рис. 2.23 [1]

3,55

Yfas

Yfas=Yfa/[sf]a

Yfas=4,25/470,6

0,9×10-2

Yfgs

Yfgs=Yfg/[sf]g

Yfgs=4/353

1,13×10-2

Yf/[sf]

max из Yfa/[sf]a и Yfg/[sf]g

1,13×10-2

Расчетный момент на шестерне:

TF

Нм

TF=Ta/nw

TF=154,639/3

51,55

Величина коэффициента неравномерности распределения нагрузки по ширине венцов:

KFå

KFå=KHå

1,23

KFV

по табл. 2.8 [1]

1,12

Делительный диаметр шестерни:

(d')af

мм

(d)af=

36,9

m'

мм

m'=(d')af/Za

m'=36,9/17

2,17

m

мм

стандартное по ГОСТ 9563-65

2


Корректировка чисел зубьев колес.

Вели

чина

Размерность

Формула

Решение

Значение

Тихоходная ступень:

Производим корректировку чисел зубьев т.к. (dw)'ah>(d)'af :

Za

Za=(dw)'ah/m

Za=68,3/3=19,5

20

A

A=Za(1+P)/nw

A=20×(1+3,2)/3

28

N

28

Zb

Zb=N×nw-Za

Zb=28×3-20

64

Zg

Zg=(Zb-Za)/2

Zg=(64-20)/2

22

Pфакт.

Pфакт.=Zb/Za

Pфакт.=64/20

3,2

D%

%

D%=(P- Pфакт.)/P×100%

D%=(3,2-3,2)/3,2×100%

0

Диаметры колес:

da

мм

da=m×Za

da=3,5×20

70

dg

мм

dg=m×Zg

dg=3,5×22

77

db

мм

db=m×Zb

db=3,5×64

224

Скорректированная ширина венцов:

bw

мм

bw=

=

37

Уточнение относительной ширины зубчатого венца

солнечного колеса:

(ybd)a

(ybd)a=bw/da

(ybd)a=37/70

0,529

Быстроходная ступень:

Производим корректировку чисел зубьев т.к. (dw)'ah>(d)'af :

Za

Za=(dw)'ah/m

Za=41,15/2=20,575

21

A

A=Za(1+P)/nw

A=21×(1+3,62)/3

32,34

N

32

Zb

Zb=N×nw-Za

Zb=32×3-21

75

Zg

Zg=(Zb-Za)/2

Zg=(75-21)/2

27

Pфакт.

Pфакт.=Zb/Za

Pфакт.=75/21

3,571

D%

%

D%=(P- Pфакт.)/P×100%

D%=(3,62-3,571)/3,62×100%

1,35

Диаметры колес:

da

мм

da=m×Za

da=2×21

42

dg

мм

dg=m×Zg

dg=2×27

54

db

мм

db=m×Zb

db=2×75

150

Скорректированная ширина венцов:

bw

мм

bw=

22

Уточнение относительной ширины зубчатого венца

солнечного колеса:

(ybd)a

(ybd)a=bw/da

(ybd)a=22/42

0,524

Параметры расчитываемой планетарной ступени:

Тихоходная ступень:

Za=20

Yfa=4,25

[sF]a=470,6 МПа

Yfa/[sF]a=0,9×10-2

da=70

Zg=22

YFg=4

[sF]g=353 МПа

YFg/[sF]g=1,16×10-2

dg=77

Zb=64

YFb=3,55

db=224

P=3,2

m=3,5

bw=37

(ybd)a=0,529

u=(22/20)=1,1


 Выбор марки стали и ТO для колеса b

Величина

Размерность

Формула

Решение

Значение

Тихоходная ступень

Величина контактных напряжений

МПа

=1151,5/3,21/2

643,5

Требуемая твёрдость поверхностей зубьев

HB

314

Максимальные напряжения изгиба

МПа

272,8

Твёрдость сердцевины зубьев

HB

259

Быстроходная ступень

Величина контактных напряжений

МПа

=

574

Требуемая твёрдость поверхностей зубьев

HB

280,8

Максимальные напряжения изгиба

МПа

272,8

Твёрдость сердцевины зубьев

HB

254,4

Для центрального колеса b выбираем сталь 40Х ГОСТ 4543-75,

термообработка улучшение до НВ (280-300)


5. Определение размеров зубчатых колес из условия

работоспособности подшипников. Проектирование узла сателлита.

Величина

Размерность

Формула

Решение

Значение

Тихоходная ступень:

Определяем min диаметр сателлита, обеспечивающий работоспособность встроенного подшипника:

LE

млн.об

LE=(NHE)g×10-6

LE=27×106×10-6

27

(dw)'g nk

мм

(dw)'g nk=

92,82

Корректируем все зубчатые колеса, поскольку (dw)'gnk>(d)g

Диаметр центрального колеса 'a':

(d)'ank

мм

(d)'ank=2×(dw)'g nk/(P-1)

(d)'ank=2×92,82/(3,2-1)

84,38

Число зубьев центрального колеса:

Z'a

Z'a=(d)'ank/m

Z'a=84,38/3,5=24,1

24

A

A=Z'a×(P+1)/m

A=24×(3,2+1)/3

33,6

N

34

Z'b

Z'b=N×m-Za

Z'b=34×3-24

78

Z'g

Z'g=(Z'b-Z'a)/2

Z'g=(78-24)/2

27

P'

P'=Z'b/Z'a

P'факт.=78/24

3,25

D%

%

D%=(P- P')/P×100%

D%=(3,2-3,25)/3,2×100%

-1,56

u'

u'=Z'g/Z'a

u'=27/24

1,125

Корректируем рабочую ширину колес:

bw

мм

25,4

Окончательно принимаем:

Za

24

Zg

27

Zb

78

m

мм

3,5

Основные диаметры колес планетарной ступени:

Делительный диаметр:

(d)a

мм

(d)a=mZa

(d)a=3,5×24

84

(d)g

мм

(d)g=mZg

(d)g=3,5×27

94,5

(d)b

мм

(d)b=mZb

(d)b=3,5×78

273

Диаметр окружности выступов:

(da)a

мм

(da)a=(d)a+2m

(da)a=84+2×3,5

91

(da)g

мм

(da)g=(d)g+2m

(da)g=94,5+2×3,5

101,5

(da)b

мм

(da)b=(d)b-1,75m

(da)b=273-1,75×3,5

266,9

Диаметр окружности впадин:

(df)a

мм

(df)a=(d)a-2,5m

(df)a=84-2,5×3,5

75,25

(df)g

мм

(df)g=(d)g-2,5m

(df)g=94,5-2,5×3,5

85,75

(df)b

мм

(df)b=(d)b+2,5m

(df)b=273+2,5×3,5

281,8

Межосевое расстояние:

aw

мм

aw=0,5×[(d)a+(d)g]

aw=0,5×(84+94,5)

89,25

'Min' толщина обвода обеспечивающая изгибную прочность сателлита:

hg

мм

hg=0,5×m×

hg=

9,09

Вели

чина

Размерность

Формула

Решение

Значение

Диаметр отверстия под подшипник:

D'

мм

D'=(df)g-2×hg

D'=85,75-2×9,09

67,57

nn

2

Радиальная нагрузка, воспринимаемая наиболее нагруженной опорой сателлита:

Fr

кН

Fr=(4×Ta×W)/((d)a×nw×nn)

Fr=(4×714,286×1.03)/(84×3×2)

5,839

Приведенная радиальная нагрузка:

V

стр. 189 [1]

1,2

Kd

стр. 135, 189 [1]

1,3

Kt

стр. 189 [1]

1

Pr

кН

Pr=V×Fr× Kd× Kt

Pr=1,2×5839×1,3×1

9,109

Расчетное значение динамической грузоподъемности подшипника:

m'

3,33

nзам.

0

Cрасч.

кН

Cрасч.=

Cрасч.=

24,5

Выбираем подшипник по ГОСТ 8328-75

Номер

42207

C

кН

25,6

D

мм

72

d

мм

35

B

мм

17

Назначаем основные геометрические параметры щёк водила.

th

мм

th=0,055×(d)b

th=0,055×273=15,02

16

tn

мм

tn=2×th

tn=2×15,02=30,02

32

Dh

мм

Dh=m×(Za+Zg)+d+20

Dh=3,5×(24+27)+35+20=233,5

250

dh

мм

dh=(da)a+10

dh=91+10

101

Быстроходная ступень:

Определяем min диаметр сателлита, обеспечивающий работоспособность встроенного подшипника:

LE

млн.об

LE=(NHE)g×10-6

LE=106×106×10-6

106

(dw)'g nk

мм

(dw)'g nk=

67,3

Корректируем рабочую ширину колес:

b’w

мм

14,4

Окончательно принимаем:

Za

26

Zg

34

Zb

94

m

мм

2

Рабочая ширина колес:

bw

мм

15

bg

мм

bg=bw+4m

bg=15+8

23

Вели

чина

Размерность

Формула

Решение

Значение

Основные диаметры колес планетарной ступени:

Делительный диаметр:

(d)a

мм

(d)a=mZa

(d)a=2×26

52

(d)g

мм

(d)g=mZg

(d)g=2×34

68

(d)b

мм

(d)b=mZb

(d)b=2×94

188

Диаметр окружности выступов:

(da)a

мм

(da)a=(d)a+2m

(da)a=52+2×2

56

(da)g

мм

(da)g=(d)g+2m

(da)g=68+2×2

72

(da)b

мм

(da)b=(d)b-1,75m

(da)b=188-1,75×2

184,5

Диаметр окружности впадин:

(df)a

мм

(df)a=(d)a-2,5m

(df)a=52-2,5×2

47

(df)g

мм

(df)g=(d)g-2,5m

(df)g=68-2,5×2

63

(df)b

мм

(df)b=(d)b+2,5m

(df)b=188+2,5×2

193

Межосевое расстояние:

aw

мм

aw=0,5×[(d)a+(d)g]

aw=0,5×(52+68)

60

'Min' толщина обвода обеспечивающая изгибную прочность сателлита:

hg

мм

hg=0,5×m×

Hg=0,5×2×

5,83

Диаметр отверстия под подшипник:

D'

мм

D'=(df)g-2×hg

D'=63-2×5,83

51,34

nn

2

Радиальная нагрузка, воспринимаемая наиболее нагруженной опорой сателлита:

Fr

кН

Fr=(4×Ta×W)/((d)a×nw×nn

Fr=(4×154,639×1.03)/(52×3×2)

2,042

Приведенная радиальная нагрузка:

V

стр. 189 [1]

1,2

Kd

стр. 135, 189 [1]

1,3

Kt

стр. 189 [1]

1

Pr

кН

Pr=V×Fr× Kd× Kt

Pr=1,2×2042×1,3×1

3,1855

Расчетное значение динамической грузоподъемности подшипника:

m'

3,33

nзам.

0

Cрасч.

 

кН

Cрасч.=

Cрасч.=

12,924

6.Проектировочный расчёт валов.

Быстроходная ступень.

Диаметр консольного участка вала

,  где - допускаемое значение касательных напряжений;

Т - крутящий момент передаваемый валом

 Н×м   для стали 18ХГТ временное сопротивление разрыву принимаем равным sв=1200Мпа

МПа              мм

Таким образом, диаметр консольного участка вала принимаем равным dk=32 мм

Диаметры посадочной шейки подшипника качения:

                     ,принимаем 35 мм

Тихоходная ступень:

                                     мм

Таким образом, диаметр консольного участка вала принимаем равным мм диаметры посадочной шейки подшипника качения:

, принимаем 80 мм

Проектировочный расчёт центрального колеса «а» тихоходной ступени.

Для расчета внутреннего диаметра центрального колеса «а» тихоходной ступени воспользуемся формулой:

Примечание: данное центральное колесо рассчитываем только на кручение, т.е. М=0 и  ,       где

После некоторых преобразований получаем выражение:       

  мм.   Принимаем ближайший меньший диаметр из стандартного ряда:    мм

Выбор подшипников качения.

Из рассчитанных диаметров валов выбираем подшипник качения

- для быстроходной ступени радиально-шариковый однорядный подшипник типа 207 по ГОСТ 8338-75: d=35мм D=72мм B=17мм C=20кH

- для тихоходной ступени радиально-шариковый однорядный подшипник типа 316 по ГОСТ 8338-75: d=80мм D=170мм B=39мм C=96.5кH

Выбор уплотнительных устройств.

На валы надеваем манжеты уплотнения, выбранные по ГОСТ 8752-70

- для быстроходной ступени d=35мм D=58мм h=10мм

-  для тихоходной ступени  d=80мм D=115мм  h=12мм

7.Проверочный расчет быстроходного вала.

На вал-шестерню действует реакция от упругой муфты:

,     гдеокружное усилие, действующее на пальцы муфты.

где - расстояние между осями пальцев муфты.

к

Определение силы, возникающие на зубчатом колесе а

Определение реакций опор:

   

  

Определение моментов:

                                  l1=60 мм                     l2=55 мм                     l3=32 мм

При

При

 Нм

При :      Нм

При :     

При             

При

Как видно из эпюры, опасным сечением является сечение 1-1, где концентратором напряжения является проточка 34 мм

 Н×м2

Максимальное нормальное напряжение в опасном сечении:

Максимальное тангенциальное напряжение в опасном сечении:

20Мпа

Механические характеристики материала вала-шестерни для стали 18ХГТ:

1000 МПа                                    800 МПа

Усталостные характеристики:

1. Предел выносливости при R= -1:

МПа

0,6×430=258МПа

Определение коэффициентов перехода от предела выносливости образца к пределу выносливости детали.

Коэффициент влияния абсолютных размеров: при 34 мм          

Коэффициенты шероховатости: при     

Эффективные коэффициенты концентраций напряжений: для концентратора в виде посадки с гарантированным натягом ;   .

Коэффициент упрочнения в расчетном сечении  после поверхностной обработки «цементация».

Коэффициент перехода:

  

              

Определение коэффициентов долговечности  и :

эквивалентное число циклов

коэффициент долговечности:

   , следовательно

Определение коэффициента запаса прочности:

                       

8. Проверочный расчёт шарикоподшипников быстроходного вала.

Проверочный расчет подшипников качения сводится к проверке неравенства , где долговечность подшипника, млн.об.

эквивалентная долговечность, которую подшипник должен выдержать за весь срок службы.

где  - для шарикоподшипников

20 kH (подшипник 207) - динамическая грузоподъемность

            

                                                           

условие выполнено.

9. Расчёт призматических и круглых шпонок.

Для валов данного редуктора выбираем призматические шпонки исполнения 2.

Быстроходная ступень:

для вала d=32мм рассчитываем рабочую длину шпонки:

[S]=2.3 допускаемое значение коэффициента запаса

Выбираем 22мм

,     где b=10мм - ширина шпонки

l=22+5=27

Шпонка 2-10´8´27 ГОСТ 8788-68

Тихоходная ступень:

для вала d=75мм рассчитываем рабочую длину шпонки:

,           где Та2=3000Н*м       d=75мм           h=14мм- высота шпонки        t1=9мм -глубина паза вала

350Мпа - предел текучести материала шпонки (Ст45)

-допускаемые напряжения смятия

[S]=2.3 допускаемое значение коэффициента запаса

Выбираем 90мм

, где b=20мм - ширина шпонки;   

l=90+10=100мм

Шпонка 2-20´14´100 ГОСТ 8788-68

Проектировочный расчёт штифтов.

Условия прочности:

          где - сила действующая на штифт

 - площадь поперечного сечения штифта

-диаметр штифта

Zшт - количество штифтов в ступени

Быстроходная ступень:

выбираем для штифтов Ст6, для которой предел текучести sт=450Мпа

[t]=0.25*sт=0.25*450=112.5 МПа

D=250мм;  Tb2=559.43 H*м;  dшт=8мм

Выбираем =3

Тихоходная ступень:

выбираем для штифтов Ст6, для которой предел текучести sт=450Мпа

[t]=0.25*sт=0.25*450=112.5 МПа

D=350мм;   Tb1=2285,714 H*м;   dшт=8мм

Выбираем =3

10.Расчет зубчатой муфты.

Проверочный расчёт соединительной муфты.

С целью предупреждения недопустимой степени изнашивания выполняют проверочный расчет по условному давлению.

где  при коэффициенте выносливости зуба

 коэффициент неравномерности удельной нагрузки

 крутящий момент, передаваемый муфтой;

ширина венца муфты

диаметр муфты

МПа

При данной ТХО - цементации, , следовательно, необходимое условие

Похожие материалы

Информация о работе