Расчет редуктора вертикального одноступенчатого

1 Выбор электродвигателя и кинематический расчет

1.1 Мощность на валу электродвигателя, кВт

,                                                                (1)

где P_пр – мощность на приводном валу, кВт;

η _общ – общий к.п.д. привода.

1.1.1 Общий к.п.д привода

                                         (2)

где η_м  – к.п.д. муфты;

η_з.п – к.п.д.зубчатой передачи;

η_п.к – к.п.д. подшипников качения;

η_р.п - к.п.д. ременной передачи.

Принимаем по рекомендации [1, стр. 4, табл. 1.1]:

η_м = 0,98;

η_з.п = 0,96;

η_п.к = 0,99;

 η_р.п = 0,94.

 0,867

5,191

1.2   Ориентировочная частота вращения электродвигателя, об/мин

,                                                             (3)

где  n _пр – частота вращения приводного вала, об/мин;

u^’_пр – возможное общее передаточное число привода.

1.2.1 Возможное общее передаточное число привода

,                                                       (4)

Принимаем по рекомендации [1, стр. 6, табл. 1.2]:

5

22

1430

С учетом потребной частоты вращения и мощности выбираем электродвигатель                             с паспортными характеристиками:

Р_пасп= 5,5 кВт;

n_пасп= 1432 об/мин;

1.3 Кинематический расчет

1.3.1 Общее передаточное число привода при выбранном двигателе

;                                                        (5)

 22,031

1.3.2 Передаточное число редуктора

                                                                (6)

 5

1.3.3 Частота вращения валов, об/мин (угловая скорость, рад/с)

а) ведущий вал     

n ₁ = n _пасп / i_р.п,                                                         (7)

w ₁ = n ₁·p/30,                                                          (8)

n ₁ = 325,455 об/мин,

w ₁ = 34,064 рад/с.

б) ведомый вал   

                                                        n ₂ = n ₁ / u _ред,                                                   (9)

w ₂ = n ₂·p/30,                                                      (10)

n ₂ = 65,091 об/мин,

w ₂ = 6,813 рад/с.

1.3.4 Мощности на валах, кВт

а) ведущий вал           

P ₁ = P’ _дв ·η _р.п ·η _п.к;                                                      (11)

P ₁ = 4,831 кВт

б) ведомый вал

P ₂ = P ₁ ·η _з.п. ·η _п.к;                                                           (12)

 P ₂ = 4,164 кВт

1.3.5 Вращающие моменты на валах, Н·м

а) ведущий вал           

T ₁ = P ₁ ·10³ /  w₁                                                              (13)

T ₁ = 141,821 Н·м

б) ведомый вал

T ₂ = P ₂·10³  / w ₂;                                                              (14)

                                                  T ₂ = 611,185 Н·м

Таблица 1 – Результаты расчета

 

2 Выбор материалов и расчет допускаемых напряжений

Таблица 2

Параметр	Зубчатая передача
	шестерня	Колесо
Марка стали	35ХМ	40Х
НВ	241	230
Вид термообработки
, МПа	900	850
, МПа	800	550
, МПа	552	530
	1,1	1,1
, МПа	501,8	481,8

                                                  

 Расчет допускаемых контактных напряжений, МПа

                          ,                                                           (15)

где - предел усталостной выносливости материала при отнулевом цикле нагружения, МПа;

- коэффициент безопасности.

Предел усталостной выносливости, МПа

                             =2НВ+70;                                                          (16)

для шестерни = 552 МПа;

для колеса = 530 МПа.

Допускаемые контактные напряжения

для шестерни  501,8 МПа;

для колеса      481,8 МПа.

3 Расчет зубчатой передачи

Определить геометрические параметры колес одноступенчатого  зубчатого редуктора по условию контактной выносливости поверхности зубьев, проверить выносливость зубьев по напряжениям изгиба и статическую прочность зубьев при перегрузках.

3.1 Межосевое расстояние, мм

,                                (17)

где  - передаточное число редуктора; 

- приведенный модуль упругости, МПа ();

- крутящий момент на ведомом валу, Н×м;

- коэффициент концентрации нагрузки;

- допускаемое контактное напряжение колеса, МПа;

- коэффициент ширины  колеса относительно межосевого расстояния,

(= 0,4).

а)коэффициент концентрации нагрузки

Принимаем = 1,15

межосевое расстояние, мм

 203,55

Окончательно принимаем большее целое значение межосевого расстояния.

= 200 мм.

3.2 Нормальный модуль, мм

 мм                                                (18)

 2…4 мм.

Окончательно принимаем стандартное значение модуля по ГОСТ 9563-60

3 мм.

3.3 Угол наклона зубьев

 ,                                              (19)

где   угол наклона, град.

Для зубчатой передачи принято рекомендованное значение коэффициента осевого перекрытия

Рабочая ширина венца зубчатой передачи, мм

                                                    (20)

 80 мм.     

Решив формулу для коэффициента осевого перекрытия относительно , получено

                                                   (21)

 0,141

 8,123

Расчетное значение угла наклона находится в рекомендуемых пределах (от 8 до 20) .

3.4 Число зубьев шестерни и колеса

а) суммарное число зубьев

                                                                                                    (22)

 132

Окончательно для зубчатой пары принято целое значение числа зубьев:

 132

б) число зубьев шестерни

>17;                                                        (23)

 22

Окончательно принимаем число зубьев шестерни = 22

в) число зубьев колеса

,                                                       (21)

 110

г) фактическое передаточное отношение

,                                                          (22)

 5

3.5 Уточнение угла наклона зубьев по межосевому расстоянию, град

,                                                   (23)

 0,99

 8,109  

Уточненное значение угла наклона зубьев находится в рекомендуемых пределах ().

3.6 Диаметры делительных окружностей шестерни и колеса, мм

,                                                               (24)

 66,66 мм.

,                                                              (25)

 333,33 мм.

3.7 Уточнение межосевого расстояния, мм

,                                              (26)

 199,99 мм.

3.8 Модуль окружной, мм

,                                                          (27)

  3,03 мм.

3.9 Диаметры окружностей вершин зубьев шестерни и колеса, мм

,                                                         (28)

 72,72 мм.

,                                                         (29)

 339,39 мм.

3.10 Диаметры окружностей впадин зубьев шестерни и колеса, мм

,                                                      (30)

 59,085 мм.

,                                                      (31)

 325,755 мм.

3.11 Назначение степени точности зубчатой передачи

Окружная скорость, м/с

,                                                    (32)

где частота вращения ведущего вала, об/мин.

 1135,363 м/с.

Для  косозубой передачи с пониженными требованиями к точности и окружной скоростью 1135,363    назначается    степень точности; вид сопряжения - В (обозначение:   -В ГОСТ 1643-72).

3.12 Ширина колес, мм

,                                                                 (33)

 80 мм;

,                                                   (34)

 84…85 мм.

3.13 Уточнение коэффициентов

3.13.1 Коэффициент ширины шестерни относительно диаметра

,                                                           (35)

 1,2

Расчетное значение не превышает допускаемых значений (1,2…1,6).

3.13.2 Коэффициент ширины колеса относительно межосевого расстояния

,                                                        (36)

 0,4

Расчетное значение  находится в рекомендуемых пределах (0,2…0,6).

3.13.3 Коэффициент осевого перекрытия

,                                                         (37)

где уточненное значение угла наклона зубьев по межосевому расстоянию.

 1,2

Расчетное значение удовлетворяет рекомендациям ().

 

3.14  Проверочный расчет зубчатой передачи на сопротивление усталости по контактным напряжениям

3.14.1 Расчетная формула

              (38)

где коэффициент повышения прочности косозубых передач по контактным напряжениям;

крутящий момент на ведущем валу, Нмм;

   угол зацепления.

3.14.2 Данные для расчета

Таблица 3        

Из предыдущих расчетов
2,1*105	141,821	1,15	66,66	80	20	5	481,8

3.14.2.1 Коэффициент повышения прочности косозубых передач по контактным напряжениям а) коэффициент торцового перекрытия

                      (39)

 1,701

б) коэффициент повышения прочности косозубых передач по контактным напряжениям

                                               (40)

        0,763

3.14.3 Расчет

 381,178

Недогрузка цилиндрической зубчатой передачи составляет 20%, что не превышает допускаемых значений (15…20%).

3.15  Силы в зацеплении

3.15.1 Окружная сила, Н

                                                          (41)

 3667

3.15.2 Осевая сила, Н

                                                           (42)

 524

3.15.3 Радиальная сила, Н

                                                (43)

    1348

 

4 Ориентировочное определение диаметров валов

4.1 Ведущий вал

 

Рисунок 1 -  Эскиз ведущего вала

4.1.1 Определение среднего диаметра на кручение, мм

,                                                                      (44)

где  [τ] – допускаемые напряжения кручения, МПа.

Принимаем .

 28,69 мм.

4.1.2 Определение размеров хвостовика, мм

 32,36 мм                                              

 80

 1,6                                                      

4.1.3 Определение диаметра посадочной поверхности под подшипник, мм

,                                                           (45)

где r- размер фаски подшипника, (r=2,5 мм).

 37,36  мм.

Окончательно принимаем диаметр посадочной поверхности

 40 мм.          

4.1.4 Определение диаметра буртика подшипника

,                                                    (46)

 45 мм.

4.2 Ведомый вал

 

Рисунок 2 -  Эскиз ведомого вала

4.2.1 Определение среднего диаметра на кручение, мм

,                                                           (47)

Принимаем .

 46,71 мм.

4.2.2 Определение размеров хвостовика, мм

 50,55 мм.

 110

 2                                                                

4.2.3 Определение диаметра посадочной поверхности под подшипник, мм

,                                                                     (48)

 55,55 мм.

Окончательно принимаем диаметр посадочной поверхности под подшипник = 60 мм.

4.2.4 Определение диаметра буртика подшипника, мм

,                                                             (49)

 65 мм.

4.2.5 Посадочный диаметр под колесо, мм

,                                                              (50)

 70 мм.

Окончательно принимаем диаметр посадочной поверхности под колесо  70 мм.

4.3.6 Определение диаметра буртика колеса, мм

,                                                           (51)

 75 мм.

Окончательно принимаем  75 мм.

5 Подбор подшипников

В качестве опор валов выбираем подшипники шариковые радиальные однорядные средней серии ГОСТ 8338-75 [1, стр.417].

Таблица 4

 

Рисунок 3 – Эскиз подшипника шарикового радиального однорядного.

Диаметр шарика, мм

                                                 (52)

 12,8 мм,

 16 мм.

Толщина колец, мм

                                                               (53)

 6     мм,

 7,5  мм.

 

6 Конструктивные размеры

6.1 Определение зазоров

Зазор между вращающейся деталью и неподвижной, мм

                                                         

6.2 Конструирование колеса

Рисунок 4 – Эскиз колеса

а) диаметр ступицы, мм

,                                                      (54)

 108,5 мм.

б) длина ступицы, мм

                                                             (55)

 84 мм.

в) ширина торцов зубчатого венца, мм

                                             (56)

где m_n – нормальный модуль зацепления, мм;

 ширина зубчатого колеса, мм.

 10,6 мм.

6.3 Конструирование крышек подшипников

6.3.1 Ведущий вал

Рисунок 4 – Эскиз крышки глухой закладной

Диаметр наружного кольца подшипника D= 80 мм.

Толщина стенки крышки, мм

 6 мм.

Длина центрирующей части, мм

                                                                 (57)

где b – ширина канавки, мм

 5 мм.

Глубина канавки  0,5 мм.

 10

Толщина кольцевого выступа

 6 мм.

Высота кольцевого выступа

                                                              (58)

 3 мм.

Рисунок 5 – Эскиз крышки закладной проходной

В качестве уплотнения выбираем резиновую армированную манжету