Привод ременно-цилиндрический. Редуктор цилиндрический одноступенчатый с открытой ременной передачей

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Томский политехнический университет»

Кафедра теоретической и прикладной механики

ПРИВОД РЕМЕННО-ЦИЛИНДРИЧЕСКИЙ

Пояснительная записка

МЕХ ПЗ

Студент __________________________

Руководитель работы доцент____________________________

Томск-2009

 

Редуктор цилиндрический одноступенчатый с открытой ременной передачей

 

Исходные данные:

      Номинальная мощность, передаваемая приводом   Рвых=  3,4 кВт.

     Частота вращения выходного вала   пвых=150 об/мин

Срок службы привода t=23000 часов

Привод реверсивный

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение______________________________________________4

Выбор  электродвигателя  и  кинематический  расчёт _____5

Расчёт зубчатых колес редуктора________________________ 6

Предварительный расчет валов редуктора_______________11

Конструктивные размеры шестерни и колеса____________12

Конструктивные размеры корпуса редуктора____________13

Выбор подшипников качения__________________________14

Расчет ременной передачи_____________________________15

Проверка долговечности подшипников__________________17

Проверка прочности шпоночных соединений____________22

Уточнённый расчёт валов______________________________23

Посадки основных деталей редуктора___________________25

Выбор сорта масла____________________________________26

Сборка редуктора_____________________________________27

Заключение__________________________________________28

Литература___________________________________________29

 

Введение

Курсовой проект по деталям машин является первой конструкторской работой студента, выполненной на основе знаний общеобразовательных, общетехнических и общеспециальных дисциплин. Работа над проектом включает анализ назначения и условий работы проектируемых деталей; наиболее рациональные конструктивные решения с учетом технологических, монтажных, эксплуатационных и экономических требований; и кинематические расчеты; и определение сил, действующих на детали и узлы; и расчеты конструкций на прочность; выбор материалов; и процесс сборки и разборки конструкций; и многое другое.

Редуктором называют механизм, состоящий из зубчатой или червячной передачи, выполненный в виде отдельного агрегата и служащий для передачи вращения от вала двигателя к валу рабочей машины.

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

Редуктор состоит из корпуса, в котором помещают элементы передач зубчатые колеса, валы, подшипники и т.д.

Редукторы классифицируют по следующим признакам: типу передачи, числу ступеней, типу зубчатых колес, относительному расположению валов в пространстве, особенностям кинематической схемы. Рассмотрим одноступенчатый цилиндрический редуктор с внутренним зацеплением.

1.  Выбор  электродвигателя  и  кинематический  расчёт

1.1. Определение требуемой мощности электродвигателя

В соответствии с рекомендациями [5,с.41]:

КПД открытой ременной передачи 0,95-0,97; принимаем =0,96;

Коэффициент, учитывающий потери пары подшипников качения 0,99-0,995; принимаем  =0,99;

КПД  пары цилиндрических зубчатых колёс 0,96-0,97; принимаем =0,97;

Общий  КПД редуктора 

=××= 0,96× 0,99×0,97=0,913.

Требуемая мощность электродвигателя 

Ртр=Рвых/=3,4/0,913=3,73 кВт;

1.2.  Выбор электродвигателя

По требуемой мощности в соответствии с [4, с.328]  выбираем электродвигатель 4А100L4. Его основные параметры:

а) номинальная мощность Рном=4 кВт;

б) синхронная частота вращения п=1500 об/мин;

в) диаметр выходного конца вала dдв=28 мм;

г) скольжение s=4,7%;

Частота вращения ротора электродвигателя с учётом скольжения:

пдв=п(1-s)=1500(1-0,047)= 1429,5 об/мин.

1.3.  Определение общего передаточного отношения и разбивка его по ступеням привода

Передаточное отношение привода:

U=пдв /пвых=1429,5 /150=9,53;

По рекомендациям [4, с.7], а также, учитывая стандартный ряд передаточных чисел, намечаем частные передаточные числа: ременной передачи=2,5;

Тогда передаточное число  редуктора

u2=U/u1=9,53/2,5=3,81.

Ближайшее стандартное значение – 4;

Погрешность

u2= [(4-3,81)/ 3,81]×100%=4,7% >[u]; [u]=3%;

Таким образом, уточнённое значение передаточных чисел:

u1=2,5; u2=3,81

 

1.4.  Кинематический расчёт привода

Определяем частоты вращения на валах привода:

п1=пдв=1429,5 об/мин;

п2=п1/u1=1429,5/2,5=571,8 об/мин;

п3=п2/u2=571,8/3,81=150 об/мин;

Угловые скорости на валах привода:

w1=п1/30=3,14×1429,5/30=149,62 рад/с;

w2=w1/u1=149,62/2,5=59,85 рад/с;

w3=w2/u2=59,85/3,81=15,71 рад/с;

Крутящий момент на валу электродвигателя:

Тдв=Ртр /w1=3,73×1000 /149,62=24,9 Нм;

Крутящие моменты на валах привода:

Т1=Тдв =24,9 Нм;

Т2=Т1× u1 ×× =24,9× 2,5× 0,96×0,99=59,16 Н м;

Т3=Т2×u2××=59,16×3,81×0,99×0,97=216,45 Н м;

 

2.  Расчёт  зубчатых  колёс  редуктора

2.1 Выбор материала

По рекомендациям [4, с.28], выбираем материалы со следующими механическими характеристиками:

для шестерни сталь 45, термообработка – улучшение, твёрдость 

НВ 230;

для колеса – сталь 45, термообработка – улучшение, твёрдость  НВ 200.

2.2 Определение допускаемых контактных напряжений.

Допускаемые контактные напряжения

– допускаемые контактные напряжения шестерни

– допускаемые контактные напряжения колеса;

=(2HB1+70)KHL / [SH];

=(2HB2+70)KHL /[SH];

KHL – коэффициент долговечности;

;

где - число циклов перемены напряжений, соответствующее пределу выносливости. В соответствии с [5, с.51] в зависимости от твёрдости материала для шестерни  циклов для колеса циклов

N – число циклов перемены напряжений за весь срок службы (наработка)

где   w – угловая скорость соответствующего вала;

- срок службы привода (ресурс);

для шестерни  циклов для колеса циклов.

Так как , то  

[SH]=1,1; - коэффициент запаса.

допускаемые контактные напряжения шестерни

=(2×230+70)×1/ 1,1=481,82 МПа ;

допускаемые контактные напряжения колеса

 =(2×200+70)×1/ 1,1=427,27 МПа ;

Расчет ведём по меньшему значению =427,27 МПа;

 

2.3 Расчёт геометрических параметров зубчатого зацепления

Коэффициент нагрузки КНВ принимаем предварительно по [4,с.26], как в случае несимметричного расположения колёс, значение КНВ=1,25.

По рекомендациям [4,с.30],принимаем коэффициент ширины венца по межосевому расстоянию BA=b/aw=0,25 (прямозубое зацепление);

Межосевое расстояние из условия контактной выносливости активных поверхностей прямых зубьев для внутреннего зацепления:

Aw=(u-1)× мм.

Принимаем ближайшее большее стандартное значение  Aw=100 мм;

Задаёмся суммой зубьев

;

тогда значение модуля передачи будет определяться как

 мм.

Принимаем стандартное значение из 1-го ряда m=2мм.

Число зубьев шестерни

Принимаем .

Число зубьев колеса

;

проверяем передаточное отношение

;

Погрешность

U=(3,81-3,78)/3,78×100%=0,85<[U]=3%;

итак  ; ;

Основные размеры шестерни и колеса:

Диаметры делительные:

d1=m×z1 =2×36 =72мм ;

d2= 2×AW+d1=2×100+72 =272 мм.

Диаметры вершин зубьев:

da1=d1+2m=72+2×2=76 мм;

da2=d2-2m=272-2×2=268 мм;

Ширина колеса:

b2=BA AW=0,25×100=25 мм

Принимаем b2=25 мм.

Ширина шестерни:

b1=b2+5мм=30 мм

Определяем коэффициент ширины шестерни по диаметру:

BD=b1 / d1=30/72=0,42.

Окружная скорость колёс и степень точности передачи:

V=w2×d1/2=59,85×30/2×1000=2,15 м/с.

При такой скорости следует принять 8-ю степень точности.

2.4 Определение действующих контактных напряжений

Коэффициент нагрузки

;

По [4,с.32] принимаем: при BD=0,42; консольном расположении колёс по отношению к опорам  и твёрдостиHB350 принимаем k=1,15;

для прямозубого зацепления принимаем k=1,00;

для прямозубого зацепления, твёрдостиHB350 и скорости

v=2,15 м/с принимаем k=1,05;

k=1,15×1,00×1,05=1,21;

Проверка контактных напряжений (МПа): H=310/AW×

<=427,27 МПа;  

2.5 Силовой расчёт передачи

Силы, действующие в зацеплении:

Окружная 

Ft=2T2 / d1=2×59160/72=1643,3 Н;

Радиальная:

Fr= Ft ×tg =1643,3×tg20 =598,1 H;

2.6 Проверка зубьев на выносливость по напряжениям изгиба

Проверяем зубья на выносливость по напряжениям изгиба:

=Ft×KF×YF /b×mn ;

Здесь коэффициент нагрузки

;

приBD=0,42; консольном расположении колёс по отношению к опорам