Выбор электродвигателя и кинематический расчет. Расчет цилиндрической зубчатой передачи. Промежуточный вал

Введение

Целью курсового проектирования является развитие самостоятельных навыков творческой работы студентов, определение степени практического овладения теоретическим курсом предмета «Детали машин и основы конструирования», а также развитие расчетно-графических навыков студентов в работе с прикладными компьютерными программами. Умение правильно и эффективно пользоваться технической литературой, справочниками и действующими государственными стандартами даёт студенту возможность быстрого использования полученных знаний в производственных условиях.        

Основные требования, предъявляемые к создаваемой машине: высокая производительность, надежность, технологичность, минимальные габариты и масса, удобство в эксплуатации и экономичность.         

Редуктором называют механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненный в виде отдельного агрегата и служащий для передачи мощности от двигателя к рабочей машине. 

Назначение редуктора – понижение угловой скорости и повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с валом ведущим.         

В курсовой работе необходимо спроектировать редуктор для цепного транспортера, подобрать электродвигатель, рассчитать цепную, ременную передачи, а также выполнить расчёты на прочность, жёсткость, износостойкость, долговечность деталей проектируемого редуктора.  Редуктор состоит из литого чугунного корпуса, в котором помещены элементы передачи: шестерни, колёса, подшипники, валы и пр.                 

1 Выбор электродвигателя и кинематический расчет     

Общий КПД привода конвейера:

, где по таблице 1.1[1] принимаем: 

- КПД цилиндрической передачи;

- КПД червячной передачи;

 - КПД пары подшипников качения;

 - КПД цепной передачи.

Зная общий КПД можем вычислить номинальную мощность:

График следует понимать так: в течение суток привод работает 50% времени, то есть продолжительность его включения ПВ = 50%.

В течение года привод работает 65% времени, и значит, общее время работы привода за 1 год составит:

Исходя из графика нагрузки видим, что с мощностью 1,44 кВт двигатель работает всего 0,2 времени, 0,003 времени двигатель работает с Nтреб·1,3, 0,3 времени двигатель работает с Nтреб·0,7 и 0,5·Nтреб двигатель работает 0,5 времени. 

Найдем эквивалентную мощность

По каталогу выпускаемых электродвигателей, выбираем двигатель мощностью 1,5 кВт. - 4А90L6. Но он будет недогружен на (1,5 /1,44 = 1,04) = 4% по номинальной мощности. 

Нам потребуется электродвигатель с частотой вращения 1000 мин^-1. Для данных двигателей по каталогу отношение пускового момента к номинальному .

Находим фактические обороты двигателя:

Найдем диаметр звездочки на конвейере:

Зная диаметр звездочки найдем число ее оборотов:

Теперь найдем общее передаточное отношение:

Для цилиндрической передачи

Для червячной передачи

Отношение цепной передачи:

Рассчитываем моменты на каждом валу:

- на валу двигателя

  ;

- на валу колеса цилиндрической передачи

;

- на валу колеса червячной передачи

;

- на валу звездочки цепной передачи

.  

Угловые скорости валов привода:

- угловая скорость двигателя:

 ;

- угловая скорость на входящем валу редуктора:

 ;

- угловая скорость на выходном валу редуктора:

 ;

- угловая скорость на конвейере: 

 .

2 Расчет цилиндрической зубчатой передачи

Выбираем материалы для изготовления шестерни и колеса. Для шестерни по [1], таблица 6.1 принимаем сталь 40ХН, термическая обработка – объемная закалка твердость HRC 40, для колеса принимаем сталь 40Х, термическая обработка - объемная закалка, твердость HRC 38.

Допускаемые контактные напряжения по формуле 7.2 [1]

, где   - предел контактной выносливости при базовом числе циклов.

По таблице 6.3[1] для углеродистых сталей с твердостью HRC 38-50 и термической обработкой (объемная закалка)  = 18HRC + 150;

 - коэффициент долговечности, принимаем  =1.

Коэффициент безопасности принимаем .

, - для шестерни;

, - для колеса.

Расчетное допускаемое напряжение:

Рассчитываем межосевое расстояние по формуле 7.1[1]:

где  – для косозубых передач

 = 1,25 – коэффициент неравномерности распределения нагрузки по ширине зубчатого венца – по таблице 7.1[1].

Коэффициент ширины колеса к межосевому расстоянию

.

По ГОСТ 2185-81 примем значение .

Выберем нормальный модуль зацепления в пределах  и приравняем его к стандартному значению:

       По ГОСТ 9563-80 примем

Определим суммарное число зубьев шестерни и колеса. Предварительно приняв угол наклона зубьев  , воспользуемся формулой 7.6[1] для косозубых колёс со стандартным нормальным модулем:

Число зубьев шестерни: .

Число зубьев колеса: .

Проверка значения передаточного числа:

Проверка межосевого расстояния:

Уточненное значение угла наклона зубьев:

Расчет делительных диаметров:

Шестерни:

Колеса:

Проверка:

Определение геометрических параметров передачи:

диаметры вершин зубьев:

Ширина колеса:

Ширина шестерни:

Коэффициент ширины шестерни по диаметру:

Окружная скорость и степень точности передачи:

По таблице 7.2 [1], при скорости , назначим 8-ю степень точности передачи и . По таблице 7.1 [1], при симметричном расположении колес примем . По таблице 7.3 [1] .

Проверку передачи на выносливость по контактным напряжениям выполним по формуле 7.13 [1]:

,

Условие на выносливость по контактным напряжениям выполнено.

Силы, действующие в зацеплении:

окружная: ;

радиальная: ;

осевая: .

Проверим зубья на выносливость по напряжениям изгиба по формуле 7.14 [1]

, где  - коэффициент нагрузки. .

По таблице 7.4 [1] примем  ; по таблице 7.5 [1] примем .

.

 - коэффициент, учитывающий форму зуба и зависящий (для косозубых передач) от эквивалентного числа зубьев.

Эквивалентные числа зубьев:

у шестерни:

у колеса:

По таблице 7.5 [1] примем  и

Допускаемое напряжение при проверке зубьев на выносливость по напряжениям изгиба:

По таблице 7.6 [1] для сталей 40ХН и 40Х с объемной закалкой примем ; .

Для шестерни:

Для колеса:

Допускаемые напряжения:

Для шестерни:

Для колеса:

Находим отношение

Для шестерни:

Для колеса:

Дальнейший расчет выполняем для колеса, у которого найденное отношение имеет большее значение. При этом сопряженное колесо будет иметь больший запас прочности.

Определим коэффициенты по формулам 7.18 [1] и 7.19 [1]:

где  – коэффициент торцового перекрытия,  – степень точности