Проектировка и расчёт привода технической системы и прямозубой конической передачи. Расчет ведомого вала прямозубой конической передачи

Задание:

  Спроектировать и рассчитать привод технической системы и прямозубую коническую передачу. Выполнить полный расчет ведомого вала прямозубой конической передачи. Подобрать по ГОСТ и рассчитать кулачковую муфту, соединяющую валы двигателя и передаточного механизма. Подобрать по ГОСТ и проверить на прочность шпоночное соединение ведомого вала прямозубой конической передачи с колесом.

  Исходные данные:

Р₄= 16.2 кВт – мощность на ведомом валу конической прямозубой передачи

ω₄= 1.9π рад/с – угловая скорость вращения ведомого вала конической прямозубой передачи

 

1 Расчет привода

1.1 КПД привода:

η₁= 0.9         - червячной (при  числе заходов червяка: z = 4)

η₂= 0.97       - клиноременной передачи

η₃= 0.94       - открытой зубчатой конической

η_п= 0.995     - пары подшипников качения

Общий КПД:   η= η₁*η₂*η₃*η_п⁵  = 0.8

1.2  Требуемая мощность двигателя:   Р_т= Р₄/η  = 16.2/0.8= 20.25кВт

Выбор двигателя по ГОСТ:    Р_дв > P_т

Выбираем двигатель 4А180S2У3:               [1, с.70]

Р_дв = 22кВт                      - мощность двигателя;

n_дв = 3000 об/мин           - частота вращения вала;

s = 2%                              - скольжение;

d_в = 55мм                        - диаметр вала;

l₁ = 110мм                       - длина хвостовика вала двигателя.

1.3 Принимаем  Р₁= Р_дв

n₁ = n_дв(1 – s) = 3000(1- 0.02) = 2940 об/мин

ω₁ = πn/30 = 98π  рад/с

1.4 Рассчитаем мощности на каждом валу привода:

P₂=  η_п²η₁P₁ = 0.995² * 0.9 * 22 =  19.6 кВт

P₃= η_п²η₂P₂ = 0.995² * 0.97 * 19.6 =  18.822 кВт

P₄= η_пη₃P₃= 0.995 * 0.94 * 18.822 =  17.604 кВт

1.5 Передаточное отношение приводов

Общее передаточное отношение:

u_общ = ω₁/ω₄ = 98π/1.9π = 51.579

Подбираем по ГОСТ передаточное отношение червяка редуктора:

u₁ = 8                                                                                                                  [1, табл.5.5]        

Выбираем передаточное отношение конической прямозубой передачи:

u₃ = 3                                     (3 £ u₃ £ 7)                                                                                         [1, табл.5.5]

Рассчитаем передаточное отношение клиноременной передачи:

u₂ = u_общ /(u₁ * u₃) = 51.579/(8 * 3) = 2.149

1.6 Находим угловые скорости и число оборотов каждого вала:

ω₂= ω₁/u₁ = 307.876 / 8 = 38.4745 рад/с

ω₃= ω₂/u₂ = 38.4745 / 2.149 = 17.908 рад/с

ω₄= ω₃/u₃ = 17.908 / 3 = 5.969 рад/с

1.7 Крутящие моменты на каждом валу привода:

T₁ = P₁/ω₁ = 22000 / 307.876 = 71.457 Нм

T₂ = P₂/ω₂ = 19600 / 38.4745 = 509.428 Нм

T₃ = P₃/ω₃ = 18822 / 17.908 = 1051.038 Нм

T₄ = P₄/ω₄ = 17604 / 5.969 = 2949.237 Нм

2 Расчет конической прямозубой передачи

2.1 Выбор материала зубчатых колес:                                                   [1, c.173]

Для шестерни: ст.30ХГС улучшенная твердостью 280НВ, для которой:

[σ]_1H= 840 МПа       - допускаемое контактное напряжение;

[σ]_1F= 730 МПа       - допускаемое напряжение при изгибе.

Для зубчатого колеса: ст.30ХГС улучшенная твердостью 260НВ, для которой:

[σ]_2H= 800 МПа       - допускаемое контактное напряжение;

[σ]_2F= 700 МПа       - допускаемое напряжение при изгибе.

Общее контактное напряжение [σ_H]= 800 МПа   (выбираем наименьшее)

2.2  Расчет параметров колес

Внешний делительный диаметр колеса:

k_hβ= 1.45                                                                                                  [1, табл. 9.11]

ψ_Re= 0.5       - к-т длины зуба

k_d= 99

Назначаем: z₁= 29,   тогда    z₂= z₁u₃ = 29*3 = 87

Внешний окружной модуль:  

По ГОСТ 9563 – 60:       m_e= 5мм                                                         [2, c.276]

Уточняем внешний делительный диаметр колеса:  d_e2= m_ez₂= 87*5= 435мм

По ГОСТ 12289 – 66: d_e2= 500мм                                                         [2, c.280]

( при d_e2= 450мм не проходит проверка на контактную прочность)

Основные размеры конической передачи:

        - длина зуба

По ГОСТ  12289 – 66:  b= 115мм;                                                        [2, c.285]

Внешний делительный диаметр шестерни:

d_e1= m_e * z₁ = 5 * 29 = 145мм

Углы при вершинах конусов: 

             

Средний делительный диаметр шестерни:

Графически найдем: 

d₂= 391мм

Диаметры выступов зубьев:

Диаметр впадин зубьев:

Средняя окружная скорость:  

Степень точности передачи найдем по [1, табл. 9.9] 

s = 8

2.3  Проверочный расчет по контактным напряжениям:

            - механический к-т                                                  [1, с.163]

   - к-т формы зуба                                                      [1, с.163]

                               - к-т суммарной длины контактных линий          [1, с.163]

 -  прочность передачи по контактному напряжению обеспечена.

2.4  Проверочный расчет зуба на изгиб:

по [1, табл. 9.10]:

Y_F1= 3.8

Y_F2= 3.6

Расчет зуба на изгиб будем вести по шестерне, как наименее прочной:

где:

Y_ξ= 1                      - к-т перекрытия колес

Y_β= 1                     - к-т, учитывающий наклон зуба

K_F= K_FαK_FβK_Fv

K_Fα= 1

K_Fβ= αK_Hβ= 1.74                                                                           [2,табл. 9.11]

K_Fv= 1.25                                                                                      [2,табл. 9.13]

 -  прочность зуба на изгиб обеспечена.

3 Расчет ведомого вала конической прямозубой передачи

 

l_k1 =100мм

l₂ = l₃ = l₅ = 50мм

l₆ = 20мм

l₄ = 200мм

l₇ = 150мм

3.1 Определение нагрузок на опоры и изгибающих моментов