Расчёт и конструирование двухступенчатого редуктора с развернутой схемой и горизонтальным расположением. Выбор двигателя

Санкт- Петербургский Государственный Университет Низкотемпературных и Пищевых Технологий

Кафедра «Деталей машин и основ инженерного проектирования»

Курсовой проект

Расчёт и конструирование двухступенчатого редуктора

Выполнил:                                                                    

студент  434 гр.

Проверила:                                                          

Санкт-Петербург

2005 г.
Исходные данные:

Двухступенчатый редуктор с развернутой схемой и горизонтальным расположением

N_м=9кВт

n_{синх эл.}=1500об/мин

L_h=10000часов

Нагрузка спокойная

Передача реверсивная, работа односменная

Выбор двигателя

выбираем электродвигатель 132M4 у которого

Кинематический расчёт:

Передаточные числа

частота вращения валов

угловая скорость вращения валов

мощность на валах редуктора

крутящие моменты на валах

характеристика материала

косозубая передача:   шестерня – 40Х   250HB

                                    колесо – 40Х    250HB

прямозубая передача:   шестерня – 40Х   250HB

                                    колесо – 40Х    250HB

Определение ориентировочного значения допускаемых контактных напряжений

Предел контактной выносливости

(для HB<350)

эквивалентное число циклов перемены напряжения

 - частота вращения

 - число пар после заходов

 - срок службы

базовое число циклов перемены напряжений

коэффициент долговечности

 

 

коэффициент безопасности

допускаемые контактные напряжения

допускаемое контактное напряжение для передач

Определение ориентировочного значения межосевого расстояния

Вспомогательный коэффициент

коэффициент ширины зуба венца относительно делительного диаметра

коэффициент ширины зуба венца относительно межосевого расстояния

коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по ширине венца

ориентировочное межосевое расстояние

проверка

проверка сошлась

выбор типа нарезки зубчатых колёс

выбираем тип нарезки без смещения

Определение ориентировочного числа зубьев шестерней и колес.

число зубьев шестерни

число зубьев колеса

суммарное число зубьев

Определение ориентировочных значений модуля, начального, окружного диаметра шестерни, рабочей ширины шестерни, коэффициента торцевого перекрытия, окружной скорости, степени точности изготовления.

Угол наклона зуба

  

нормальный модуль (для косозубой передачи)

модуль прямозубой передачи

начальной окружной диаметр шестерни

рабочая ширина шестерни

коэффициент торцевого перекрытия

окружная скорость

степень точности изготовления

для косозубой передачи – выбираем 8-ую степень точности для прямозубой передачи - выбираем 9-ую степень точности

Определение уточненного значения межосевого расстояния

коэффициент, учитывающий суммарную длину контактных линий

динамический коэффициент

коэффициент формы сопряженный поверхностей зубьев

коэффициент, учитывающий механические свойства

уточненное значение вспомогательного коэффициента

допускаемое контактное напряжение для зубчатых колёс

допускаемое контактное напряжение для передач

уточненное значение межосевого расстояния

принимаем

принимаем

Определение действительных значений модулей, суммарного числа зубьев, ширины колес итд.

Действительное значение модуля

принимаем

действительное значение нормального модуля

принимаем

уточненное значение суммарного числа зубьев

уточненное значение угла наклона зуба

 

основной угол наклона зуба

рабочая ширина венца зуба колеса

коэффициент осевого перекрытия

принимаем

уточненное значение ширины колеса (косозубого)

принимаем

проверка

проверка сошлась

уточненное значение ширины шестерней

Определение уточненных значений количества зубьев, передаточных чисел и коэффициента торцевого перекрытия

Уточненное значение количества зубьев шестерней

Уточненное значение количества зубьев колес

уточненное значение передаточных чисел

отклонение фактических передаточных чисел

уточненное значение коэффициента торцевого перекрытия

Определение основных размеров зацепления

окружной модуль

диаметр делительной окружности

диаметр начальной окружности

диаметр окружности выступов

диаметр окружности впадин

нормальная толщина зуба

проверка

фактическое значение окружной скорости

степень точности изготовления зуба передачи

принимаются: для косозубой передачи – 8ст.т.

для прямозубой передачи – 9ст.т.

Расчет передач на контактную прочность

коэффициент, учитывающий сопряжение поверхностей

коэффициент динамичности

допускаемые контактные напряжения

коэффициент

коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями

коэффициент, учитывающий длину контактной линии

расчётное контактное напряжение

расчет зубьев на прочность

коэффициент, учитывающий влияние двухстороннего приложения

коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности

коэффициент, учитывающий нестабильность свойств материала

коэффициент, учитывающий способ получения заготовки (отливка)

коэффициент безопасности

коэффициент, учитывающий градиент напряжения

коэффициент, учитывающий размеры колеса

коэффициент, учитывающий упрочнение

базовое число циклов перемены напряжения

эквивалентное число циклов перемены напряжений

коэффициент долговечности

 

допускаемые напряжения

эквивалентное число зубьев

коэффициент, учитывающий форму зуба

коэффициент, учитывающий наклон зубьев

коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями

коэффициент, учитывающий неравномерность нагрузки по ширине венца

  

  

коэффициент динамичности

коэффициент, учитывающий перекрытие зубьев

отношение

 

 

расчет косозубой передачи вести по шестерни

расчет прямозубой передачи вести по шестерни

Расчет напряжения изгиба

проверка

 

Определение сил действующих в зацеплении

окружная сила

радиальная сила

осевая сила

нормальная сила

Расчет валов редуктора

Определение расстояния между опорами

(См приложение рис1.)

          

зависит от

 - для стали 40Х

принимаем  

принимаем  

Расчет первого вала

(Эпюры См приложение рис2.)

ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ ПЛОСКОСТЬ

Определение реакций опор

проверка

Определение изгибающих моментов в сечениях

I.

М_и=-R_1x*z

z=0   М_и=0 Н*м

z=0.08   М_и=-653,44*0.08=-52.28Н*м

II.

М_и=0 Н*м

III.

М_и=-R_2x*z₂

z=0   М_и=0 Н*м

z=0.196   М_и=-213.03*0.196=-41.75Н*м

ВЕРТИКАЛЬНАЯ ПЛОСКОСТЬ

Определение реакций опор

проверка

Определение изгибающих моментов в сечениях

I.

М_и=-R_1y*z

z=0   М_и=0 Н*м

z=0.08   М_и=1868.5*0.08=149.48Н*м

II.

М_и=0 Н*м

III.

М_и=-R_2y*z₂

z=0   М_и=0 Н*м

z=0.196   М_и=762.65*0.196=149.48Н*м

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СУММАРНЫХ ИЗГИБАЮЩИХ МОМЕНТОВ

КОНСОЛЬНАЯ НАГРУЗКА

 - диаметр окружности пальцев 

Определение реакций опор от консольной нагрузки

проверка

Определение моментов от консольной нагрузки в сечениях

I.

М_k=R_k1*z

z=0   М_k=0 Н*м

z=0.276   М_k=77.77*0.276=21.46Н*м

II.

М_k=F_k*z₁

z=0   М_k=0 Н*м

z=0.055   М_k=390.24*0.055=21.46Н

Определение суммарных моментов от консольной нагрузки

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ МОМЕНТОВ

T₁=64Н*м

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАМЕТРА ВАЛА В ОПАСНОМ СЕЧЕНИИ

УТОЧНЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ ДИАМЕТРА ВАЛА

пересчитываем для

-вал шестерни

СУММАРНЫЕ РЕАКЦИИ НА ОПОРАХ

Расчет второго вала

(Эпюры См приложение рис3.)

ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ ПЛОСКОСТЬ

Определение реакций опор

проверка

Определение изгибающих моментов в сечениях

I.

М_и=-R_1x*z

z=0   М_и=0 Н*м

z=0.08   М_и=-368,56*0.08=-29.48Н*м

II.

М_и=-R_2x*z₁

z=0   М_и=0 Н*м

z=0.0905   М_и=-1180,83*0.0905=-106.87Н*м

III.

М_и=-R_2x(0,0905+ z₂)+F_r2*z₂

z=0   М_и=-106.87 Н*м

z=0.1055   М_и=-1180.83*0.196+2415.86*0.1055=23.43Н*м

ВЕРТИКАЛЬНАЯ ПЛОСКОСТЬ

Определение реакций опор

проверка

Определение изгибающих моментов в сечениях

I.

М_и=-R_1y*z

z=0   М_и=0 Н*м

z=0.08   М_и=-4306.7*0.08=-344.54Н*м

II.

М_и= R_1y*(0.08* z₁)+F_t1*z₁

z₁=0   М_и=-344.54 Н*м

z₁=0.1055   М_и=-4306.7*0.1855+26331.15*0.1055=-521.31Н*м

III.

М_и=R_2y*z₂

z=0   М_и=0 Н*м

z=0.0905   М_и=-5760,2*0.0905=-521,31Н*м

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СУММАРНЫХ ИЗГИБАЮЩИХ МОМЕНТОВ

T₂=312.3Н*м

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ МОМЕНТОВ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАМЕТРА ВАЛА В ОПАСНОМ СЕЧЕНИИ

УТОЧНЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ ДИАМЕТРА ВАЛА

 - вал шестерни

СУММАРНЫЕ РЕАКЦИИ НА ОПОРАХ

Расчет третьего вала

(Эпюры См приложение рис4.)

ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ ПЛОСКОСТЬ

Определение реакций опор

проверка

Определение изгибающих моментов в сечениях

I.

М_и=R_1x*z

z=0   М_и=0 Н*м

z=0.08   М_и=1715,61*0.08=137,25Н*м

II.

М_и=R_2x*z₁

z=0   М_и=0 Н*м

z=0.196   М_и=700,25*0.196=137,25Н*м

ВЕРТИКАЛЬНАЯ ПЛОСКОСТЬ

Определение реакций опор

проверка

Определение изгибающих моментов в сечениях

I.

М_и=R_1y*z

z=0   М_и=0 Н*м

z=0.08   М_и=5280,46*0.08=422,44Н*м

II.

М_и=R_2y*z₁

z=0   М_и=0 Н*м

z=0.196   М_и=2155,29*0.196=422,44Н*м

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СУММАРНОГО ИЗГИБАЮЩЕГО МОМЕНТА

КОНСОЛЬНАЯ НАГРУЗКА

 - диаметр окружности пальцев 

Определение реакций опор от консольной нагрузки

проверка

Определение моментов от консольной нагрузки в сечениях

I.

М_k=R_k1*z

z=0   М_k=0 Н*м

z=0.276   М_k=1475,15*0.276=407,14Н*м

II.

М_k=F_k*z₁

z=0   М_k=0 Н*м

z=0.095   М_k=4285,71*0.095=407,14Н

Определение суммарных моментов от консольной нагрузки

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ МОМЕНТОВ

T₃=1200Н*м

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАМЕТРА ВАЛА В ОПАСНОМ СЕЧЕНИИ

УТОЧНЕННОЕ ЗНАЧЕНИЕ ДИАМЕТРА ВАЛА

 - вал

СУММАРНЫЕ РЕАКЦИИ НА ОПОРАХ

Расчет валов по коэффициентам запаса усталостной прочности

Моменты сопротивления

Для 1-ого Вала:

Для 1-ого Подшипника:

Для 2-ого Вала:

Для 2-ого Подшипника:

Для 3-ого Вала:

Для 3-ого Подшипника:

Амплитудное напряжение от усилий

Для 1-ого Вала:

Для 1-ого Подшипника:

Для 2-ого Вала:

Для 2-ого Подшипника:

Для 3-ого Вала:

Для 3-ого Подшипника:

Амплитудное напряжение от кручения

Для 1-ого Вала:

Для 1-ого Подшипника:

Для 2-ого Вала:

Для 2-ого Подшипника:

Для 3-ого Вала:

Для 3-ого Подшипника:

Эффективные коэффициенты концентрации напряжений

Для 1-ого Вала:

,

Для 1-ого Подшипника:

,

Для 2-ого Вала:

,

Для 3-ого Вала:

,

Для 3-ого Подшипника:

,

Коэффициенты влияния абсолютных размеров

Для 1-ого Вала:

Для 1-ого Подшипника:

Для 2-ого Вала:

Для 3-ого Вала:

Для 3-ого Подшипника:

Коэффициенты влияния состояния поверхности

Для 1-ого Вала:

Для 1-ого Подшипника:

Для 2-ого Вала:

Для 3-ого Вала:

Для 3-ого Подшипника:

Коэффициенты запаса прочности

Для 1-ого Вала:

проверка:

Для 1-ого Подшипника:

проверка:

Для 2-ого Вала:

проверка:

Для 3-ого Вала:

проверка:

Для 3-ого Подшипника:

проверка:

Выбор шпонок

Для 2-ого вала

Исходные данные:

Диаметр вала d_в=50мм

Длинна ступицы l_ст=b_w2=80мм

Крутящий момент T₂=312.3Н*м

Материал Ст6  

Расчет:

1.  Сечение шпонки и глубина паза

bxh=16x10мм t₁=6.0мм

2.  Длинна шпонки

l=l_ст-(5..10)=80-10=70мм

3.  Рабочая длинна шпонки

l_р=l-b=70-16=54мм

4.  Проверка прочности соединения на смятие

Для 3-ого вала

Исходные данные:

Диаметр вала d_в=70мм

Длинна ступицы l_ст=b_w4=84мм

Крутящий момент T₃=1200Н*м

Материал Ст6  

Расчет:

1.  Сечение шпонки и глубина паза

bxh=20x12мм t₁=7.5мм

2.  Длинна шпонки

l=l_ст-(5..10)=84-9=75мм

3.  Рабочая длинна шпонки

l_р=l-b=75-20=55мм

4.  Проверка прочности соединения на смятие

Выбор подшипников

Для 1-ого вала

Исходные данные:

Суммарные опорные реакции

R₁=1979.46Н

R₂=791.84Н

Суммарная радиальная реакция на наиболее нагруженной опоре

Диаметр сечения вала под подшипник

d_n1=d_под=25мм

Частота вращения вала

d_p1=n₁=1460об/мин

Желаемая долговечность подшипника

L_h=t_i=10000часов

Коэффициент вращения кольца подшипника

V=1

Температурный коэффициент

K_т=1

Коэффициент безопасности

K_d=1

Расчет:

1.  Подбор подшипника по диаметру цапфы

d=25мм С=22,5*10³Н С₀=11,4*10³Н

-выбираем радиальный шарикоподшипник тип 0000

2.  Расчет значения

 

3.  Определение эквивалентной нагрузки

4.  Определение расчетной динамической грузоподъемности

p=3-для шарикоподшипников

С_p<C

5.  Определение действительного ресурса подшипника

выбираем радиальный однорядный шарикоподшипник средней серии с условным обозначением 305, у которого: d=25мм, D=62мм, B=17мм, r=2мм

Для 2-ого вала

Исходные данные:

Суммарные опорные реакции

R₁=12370Н

R₂=7192,2Н

Суммарная радиальная реакция на наиболее нагруженной опоре

Диаметр сечения вала под подшипник

d_n1=d_под=45мм

Частота вращения вала

d_p1=n₁=287,7об/мин

Желаемая долговечность подшипника

L_h=t_i=10000часов

Коэффициент вращения кольца подшипника

V=1

Температурный коэффициент

K_т=1

Коэффициент безопасности

K_d=1

Расчет:

1.  Подбор подшипника по диаметру цапфы

d=45мм С=52,7*10³Н С₀=30*10³Н

-выбираем радиальный шарикоподшипник тип 0000

2.  Расчет значения

 

3.  Определение эквивалентной нагрузки

4.  Определение расчетной динамической грузоподъемности

Сp>C

Меняем среднюю серию на тяжелую

d=45мм С=76,1*10³Н С₀=45,5*10³Н

 

Сp<C

5.  Определение действительного ресурса подшипника

выбираем радиальный однорядный шарикоподшипник тяжелой серии с условным обозначением 409, у которого: d=45мм, D=120мм, B=29мм, r=3мм

Для 3-ого вала

Исходные данные:

Суммарные опорные реакции

R₁=5552,17Н

R₂=2266,19Н

Суммарная радиальная реакция на наиболее нагруженной опоре

Диаметр сечения вала под подшипник

d_n1=d_под=65мм

Частота вращения вала

d_p1=n₁=71,9об/мин

Желаемая долговечность подшипника

L_h=t_i=10000часов

Коэффициент вращения кольца подшипника

V=1

Температурный коэффициент

K_т=1

Коэффициент безопасности

K_d=1

Расчет:

6.  Подбор подшипника по диаметру цапфы

d=65мм С=92,3*10³Н С₀=56*10³Н

-выбираем радиальный шарикоподшипник тип 0000

7.  Расчет значения

 

8.  Определение эквивалентной нагрузки

9.  Определение расчетной динамической грузоподъемности

С_p<C

10. Определение действительного ресурса подшипника

выбираем радиальный однорядный шарикоподшипник средней серии