Проектирование привода с червячным одноступенчатым редуктором

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство образования

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет»

Факультет ИКПМТО

Кафедра МАХП

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

по дисциплине «Детали машин»

Студент группы 7ТС3ка-1                                                                     Степанов

Преподаватель                                                                                      Ступин

2015

Содержание

1.    Условия эксплуатации. 3

2.    Выбор электродвигателя. Кинематический и силовой расчет двигателя. 4

3.    Расчет закрытой червячной передачи. 6

3.1.     Выбор материала. 6

3.2.     Расчет допускаемых напряжений. 6

3.3.     Расчет геометрических параметров. 7

3.4.     Проверочный расчет. 8

4.    Расчет открытой конической передачи. 10

4.1.     Выбор материала. 10

4.2.     Расчет допускаемых напряжений. 10

4.3.     Расчет геометрических параметров. 11

4.4.     Проверочный расчет. 13

5.    Выбор муфты.. 15

6.    Нагрузки валов редуктора. 16

7.    Проектный расчет валов редуктора. 18

8.    Расчетная схема валов редуктора. 20

9.    Проверочный расчет подшипников. 24

10.      Конструктивная компоновка привода. 27

10.1.      Конструирование зубчатых колес. 27

10.2.      Конструирование валов. 27

10.3.      Выбор соединений. 28

10.4.      Конструирование подшипниковых узлов. 32

10.5.      Конструирование корпуса редуктора. 33

10.6.      Установка муфты на вал. 34

10.7.      Смазывание червячной передачи. 34

11.      Проверочные расчеты.. 36

11.1.      Проверочный расчет шпонок. 36

11.2.      Проверочный расчет стяжных винтов подшипниковых узлов. 36

11.3.      Проверочный расчет валов. 37

11.4.      Тепловой расчет червячного редуктора. 40

12.      Технический уровень редуктора. 41

12.1.      Определение массы редуктора. 41

12.2.      Определение критерия технического уровня редуктора. 41

13.      Конструирование рамы.. 42

Список использованных источников. 43

1.  Условия эксплуатации.

Ресурс машинного агрегата определяется по формуле:

L_h=365× L_Г × t_с×L_c,

Где     L_h – Ресурс агрегата;

L_Г –  срок службы агрегата;

t_с – продолжительность смены;

L_c – число смен.

Устанавливаем питатель для формовочной земли в литейный цех. Работа в две смены, режим работы – нормальный, продолжительность смены t_с=8 ч.

Определяем ресурс привода:

L_h=365× 5 × 8× 2 = 29,2×10³,

Приняв время простоя агрегата 15% от ресурса, получим

L_h=29,2×10³× 0,85 = 24,8×10³,

Рабочий ресурс агрегата принимаем L_h=25×10³ ч.

Результаты расчетов сводим в таблицу 1.1.

Таблица 1.1 – условия работы и ресурс агрегата

2.  Выбор электродвигателя. Кинематический и силовой расчет двигателя.

2.1  Определяем общий кпд привода по формуле:

h_общ=h₁×h₂×h₃²×h₄×h₅,

где h₁ - кпд муфты;

        h₂ - кпд закрытой червячной передачи;

        h₃ - кпд открытой конической зубчатой передачи;

        h₄ - кпд пары подшипников качения;

        h₅ - кпд пары подшипников скольжения.

По таблице 2.2 (1, с.40) назначаем следующие значения КПД элементов двигателя: η₁ = 0,98; η₂ = 0,85; η₃ = 0,93; η₄ = 0,993; η₅ = 0,985.

η_общ = 0,98·0,85·0,93·0,993²·0,985 = 0,75.

2.2  Определяем мощность Р₄ в Вт на валу рабочей машины:

P₄ = F_t·V,

где F_t – окружная сила на ободе диска, Н;

        V– скорость подачи формовочной земли, м/с;

P₄ = 4·10³·0,9 = 3600.

2.3  Определяем мощность электродвигателя Р'₁ в Вт по формуле:

Р'₁ = Р₄/η_общ;

Р'₁ = 3600/0,75 = 4800.

2.4  Определяем общее передаточное число привода u'_общ по формуле:

u'_общ = u'₂·u'₃,

где u'₂ – передаточное число закрытой червячной передачи;

        u'₃ – передаточное число открытой конической передачи.

По таблице 2.3 (1, с.43) назначаем следующие значения передаточных чисел u'₂ = 10; u'₃ = 7.

u'_общ = 7·10 = 70.

2.5  Определяем частоту вращения вала рабочей машины n₄ в об/мин по формуле:

n₄ = 60·V/π·D,

где D – диаметр тарелки питателя, м.

Подсчитываем частоту вращения n₄:

n₄ = 60·0,9/3,14·0,9 = 19 об/мин.

2.6  Определяем требуемую частоту вращения n'₁ в об/мин вала электродвигателя по формуле:

n'₁ = n₄·u'_общ;

n'₁ =19 · 70 = 1330 об/мин.

2.7  По  найденным  значениям   n'₁ = 1330 об/мин  и  Р'₁ = 4800 Вт  по таблице К9 (1, с.384)  выбираем  электродвигатель  4АМ112М4УЗ,  для  которого   n₁ = 1445 об/мин и Р₁ = 5,5 кВт.

2.8   Уточняем общее передаточное число двигателя:

u_общ = n₁/n₄;

u_общ = 1445/19 = 76.

Принимаем передаточное число закрытой передачи u₂ = 12,5, тогда

u₃ = u_общ/u₂;

u₃ = 76/12,5 = 6,08.

2.9  Определяем мощности Р_i в Вт на валах привода по формулам:

Р₁ = 5500.

Р₂ = Р₁·η₁·η₄;

Р₂ = 5500·0,98·0,993 = 5352.

Р₃ = Р₂·η₂·η₄;

Р₃ = 5352·0,85·0,993 = 4517.

Р₄ = Р₃·η₃·η₅;

Р₄ = 4517·0,93·0,985 = 4138.

2.10  Определяем частоты вращения n_i в об/мин и угловые скорости ω_i в рад/с валов привода:

                                 n₁ = 1445,                            ω₁ = π·n₁/30;

                                                                              ω₁ = 3,14·1445/30 = 151,32.

                                 n₂ = n₁,                                 ω₂ = ω₁.

                                 n₃ = n₁/u₂,                            ω₃ = ω₁/u₂;

n₂ =1445/12,5 = 115,6;       ω₃ = 151,32/12,5 = 12,1.

                                 n₄ = 19;                                ω₄ = ω₃/u₃;

                                                                              ω₄ = 12,1/6,08 = 1,99.

2.11 Определяем крутящие моменты Т_i в Н·м на валах привода по формуле:

Т_i = Р_i/ω_i;

Т₁ = 5500/151,32 = 36,35;

Т₂ = 5352/151,32 = 35,37;

Т₃ = 4517/12,1 = 373,3;

Т₄ = 4138/1,99 =2079.

Результаты расчетов сводим в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 – Кинематические и силовые параметры привода

3.  Расчет закрытой червячной передачи.

3.1.Выбор материала

Выбираем материал червяка.

В зависимости от передаваемой мощности по таблице 3.1 (1, с.49) выбираем для червяка сталь 40Х, твердость ³ 45 HRC_э1 термообработка– улучшение и закалка ТВЧ, полирование червяка для повышения КПД червячной передачи.

Для выбора материала зубчатого венца для червячного колеса определяем скорость скольжения по формуле:

Где    – угловая скорость вращения быстроходного вала;

             – Вращающий момент на валу редуктора.

Величины , , берем из таблицы 2.1.

Используя полученное значение скорости скольжения по таблице 3.5 (1, с.54) из группы II выбираем относительно дешевую бронзу БрА10Ж4Н4, полученную способом центробежного литья; [s]_В = 700 Н/мм²; [s]_Т = 460 Н/мм².

3.2.Расчет допускаемых напряжений

Допускаемые напряжения  определяем для зубчатого венца червячного колеса по формуле:

;

Которую берем из таблицы 3.6 (1, с.55) в зависимости от материала зубьев.

Коэффициент долговечности , где наработка

циклов;

Тогда ;

Для нереверсивной передачи ;

.

Результаты для удобства сведем в таблицу.

Таблица 3.1 – Механические характеристики червячной передачи

3.3.Расчет геометрических параметров

3.3.1 Определим главный параметр передачи – межосевое расстояние a_w, мм:

Где   Т₃ – Вращающий момент на тихоходном валу редуктора, Н∙м (таблица 2.1);

     [s]_Н – допускаемое контактное напряжение материала червячного колеса, Н/мм² (таблица 3.1).

Полученное значение округляем до ближайшего стандартного значения по таблице 13,15 (1, стр. 312-313). Получаем  из ряда дополнительных размеров.

3.3.2 Выбираем число витков z₁:

z₁ зависит от передаточного числа редуктора (таблица 2.1)

u₂ ....................... от 8 до 14      от 14 до 30       свыше 30

z₁  ....................... ....... 4                       2                     1

Получаем для нашего передаточного числа u₂=12,5,  z₁=4.

3.3.3 Определяем число зубьев червячного колеса: z₂= z₁ u₂ .

,

Из условия отсутствия подрезания зубьев рекомендуемое число зубьев , оптимальное значение , полученное нами значение, удовлетворяет обоим условиям, поэтому принимаем число зубьев червячного колеса .

3.3.4 Определяем модуль зацепления m, мм:

; .

Принимаем модуль зацепления .

3.3.5 Из условия жесткости определяем коэффициент диаметра червяка:

; .

Полученное значение округляем до ближайшего стандартного значения. Получаем .

3.3.6 Определяем коэффициент смещения инструмента x:

; .

Допустимые значения . Полученное значение удовлетворяет данному условию, поэтому оставляем .

3.3.7 Определяем фактическое передаточное число u_ф и проверяем его отклонение ∆u_ф от заданного u:

; .

;  

3.3.8 Определяем фактическое значение межосевого расстояния a_w, мм:

; .

3.3.9 Определяем основные геометрические размеры передачи, мм.

а) Основные размеры червяка:

делительный диаметр , ;

начальный диаметр , ;

диаметр вершин витков , ;

диаметр впадин витков , ;

делительный угол подъема линии витков ,

 ;

длина нарезаемой части червяка

Где  при , и  при .

б) Основные размеры венца червячного колеса:

делительный диаметр , ;

диаметр вершин зубьев ,

;

наибольший диаметр колеса ,

;

диаметр впадин зубьев ,

;

ширина венца , ;

радиусы закруглений зубьев , ;

, ;

условный угол обхвата червяка венцом колеса 2δ:

, ,

3.4.Проверочный расчет

3.4.1 Определим КПД червячной передачи ,

Где    γ – делительный угол подъема линии витков червяка;

          φ – угол трения.

Для определения угла трения найдем скорость скольжения:

, ;

При интерполяции значений из таблицы 3.9 (1, с.74) получили значение φ=1⁰38’22”

Получаем для КПД:

.

3.4.2 Проверим контактные напряжения для зубьев колеса по формуле:

;

Где    K – коэффициент нагрузки. Принимаем в зависимости от окружной скорости колеса , ,  поэтому берем K=1.

.

3.4.3 Определяем недогрузку или перегрузку передачи по формуле: