Разработка привода

1. Техническое  задание на разработку привода

 

Спроектировать привод по схеме коническо-цилиндрическими  зубчатыми передачами редуктора. Быстроходная ступень коническая, тихоходная ступень прямозубая.

 

Исходные данные: = 100 Н ∙ м;

                               = 18 ;

                                Т= 11 тыс. часов.

 

 

Схема привода

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1-Электродвигатель

2-Муфта

3-Редуктор 

График загрузки

 

2. Аннотация

Целью данного курсового проекта является проектирование привода цилиндрического  двухступенчатого редуктора.

Пояснительная записка к данному курсовому  проекту состоит из пяти разделов:

• Выбор электродвигателя
• Кинематический и силовой расчет привода
• Проектный и проверочный расчеты геометрических параметров основных деталей передач
• Проектный расчет валов
• Компоновка редуктора
• Техника безопасности

В курсовом проекте особое внимание уделено  подбору материала, расчету геометрических параметров деталей, уточнению валов, конструированию размеров корпуса и монтажа привода.

Курсовой проект состоит из:

Расчетно-пояснительной  записки, которая включает в себя:

58  страниц машинописного текста;

1 рисунка; графической части  формата А1 - общий вид редуктора

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Содержание

1. Техническое задание на разработку привода                                 3
2. Аннотация                                                                                            5
3. Содержание                                                                                         6
4. Назначение и область применения проектируемого привода    7
5. Краткое описание привода                                                                 8
6. Выбор электродвигателя                                                                    9
7. Кинематический и силовой расчет привода                                 11
8. Проектный и проверочный расчеты геометрических параметров основных параметров передач                                                                             12
9. Проектный расчет валов                                                                  23
10. Определение усилий, действующих на валы, в зацеплениях и опорах                                                                                                                     25
11. Расчет и подбор подшипников качения                                        38
1. Ведущий вал                                                                                      38
2. Промежуточный вал                                                                         40
3. Ведомой вал                                                                                       42
12. Уточненный расчет валов                                                               44
1. Ведущий вал                                                                                      44
2. Промежуточный вал                                                                         46
3. Ведомый вал                                                                                      48
13. Выбор способа смазки и смазочных материалов, выбор уплотнений                                                                                                                           50
14. Описание процесса сборки редуктора и порядка монтажа привода                                                                                                                             52
15. Техника безопасности                                                                     56
16. Список используемой литературы                                                58

 

4. Назначение, область применения привода

Коническо-цилиндрический редуктор предназначен для использования в различных приводах и с/х машинах.  Соединение электрического двигателя с редуктором осуществляется с помощью фланцевой муфты. Такая же муфта устанавливается на выходном валу редуктора.

В промышленности наиболее распространенными являются трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором , а так как они характеризуются простой конструкцией, меньшей стоимостью и более высокой эксплуатационной надежностью по сравнению с другими типами электрических двигателей. Короткозамкнутые трехфазные асинхронные двигатели единой серии 4А общего назначения выполняют в двух вариантах: защищенные двигатели мощностью 15-400кВт и закрытые обдуваемые – мощностью 0,06-315кВт. Эти двигатели надежны и удобнее в эксплуатации, чем защищенные. Поэтому рекомендуется выбирать их для приводов общего назначения.

 

5. Краткое описание привода

Привод состоит из электродвигателя и двухступенчатого коническо-цилиндрического  редуктора.

Для пуска, остановки и  защиты привода необходимо применять  пускозащитную аппаратуру: автоматический выключатель, магнитный пускатель, предохранители, тепловое реле, кнопочный пост.

Редуктор двухступенчатый  коническо-цилиндрический. Быстроходная ступень коническая, тихоходная ступень прямозубая.

Редуктор – это механизм, состоящий из зубчатой передачи, заключенный в отдельный закрытый корпус и работающий в масляной ванне.

Назначение редуктора  – это понижение частоты вращения и повышения вращающего момента ведомого вала по сравнению с валом ведущим. Редуктор, как законченный механизм, соединяется с двигателем и рабочей машинной муфтами. Это принципиально отличает его от зубчатой передачи, встраиваемый в исполнительный механизм. В корпусе редуктора на валах неподвижно закреплены зубчатые передачи. Валы опираются на подшипники качения. Редукторы хорошо применяются в различных отраслях народного хозяйства, в связи, с чем число разновидностей редукторов велико. Редукторы классифицируют по типам, типоразмерам и исполнителям. Тип редуктора определяется составом передач ,порядком их размещения в направлении от ведущего к ведомому. Обозначение типоразмера редуктора складывается из его типа и главного параметра его тихоходной ступени. Под исполнением понимают передаточное число, формы концов валов и вариант сборки. Основная энергетическая характеристика редуктора – допускаемый вращающий момент М на его ведомом валу при постоянной нагрузке.

 

6. Выбор электродвигателя

Электродвигатель выбирают в соответствии с условиями эксплуатации с учетом требуемой мощности (расчетной мощности). Выбрав по каталогу электродвигатель, проверяют на нагрев, однако большинство электродвигателей работают при постоянной или незначительно меняющейся нагрузке. Завод изготовитель гарантирует длительную работу электродвигателя на номинальных нагрузках, поэтому на нагрев не испытывают, поэтому подбор электродвигателя по каталогу производят по требуемой мощности и требуемой частоте вращения.

 

6.1 Определяем к.п.д. привода по формуле:

,

где - к.п.д. зубчатой передачи (к=2 – число зубчатых передач). Из таблицы 1 = 0,95 0,97. Принимаем =0,97.

- к.п.д. подшипника (m=3 число пар подшипников).

 Принимаем =0,99.

=0,94∙0,97=0,912.

6.2 Определяем  расчетную мощность на ведомом валу редуктора по формуле:

=100 ∙ 18= 1,8 кВт.

 

6.3 Требуемая мощность электродвигателя:

 

6.4  Определяем общее передаточное число редуктора. Учитывая, что для одной зубчатой пары рекомендуется передаточное число (3+6) принимаем в качестве передаточного числа быстроходной ступени 1=2, тихоходной ступени 1=5.

 

Принимаем    = 5,

Число оборотов выходного  вала:

 

= ∙ = 5 ∙ 2 = 10.

 

Расчетное число оборотов двигателя:

.

К расчетному числу оборотов наиболее близкие стандартные обороты  вала   .

6.5  Выбираем асинхронный электродвигатель с числом оборотов и мощностью N = 2,2 кВт. Выбираем электродвигатель типа  4A90L4У32 со следующими конструктивными параметрами:

d = 24 мм,                                     l = 350 мм,

h = 243 мм,                                   h1 = 90 мм,

b = 208 мм,                                   m = 28,7 кг.

С учетом выбранного электродвигателя уточняем передаточные числа привода. Фактическое передаточное число редуктора определим по формуле:

 

Произведем разбивку передаточного  числа по ступеням:

для быстроходной ступени

 

для тихоходной ступени

2,9

Для каждой ступени выбираем передаточное число из стандартного ряда:      = 3,15.

 

 

7. Кинематический и силовой расчет привода

Для вращательного движения основными кинематическими параметрами являются:  w и n. Силовыми – M и N.

Для соединения вала электродвигателя и ведущего вала редуктора используем соосный тип муфт.

Ведущий вал:

;

= = ;

 

 

 

Промежуточный вал:

 

 

 

 

 

Ведомый вал:

 

 

 

 

 

8. Проектный и поверочный расчеты геометрических параметров основных деталей передач

 

8.1 Быстроходная  ступень

 

8.1.1 Выбор материалов шестерней  и колеса

Для уменьшения габаритов  редуктора принимаем следующие  конституционные материалы:

-  для шестерни сталь 45, термообработка – улучшение:

1) предел текучести  450МПа;

2) предел усталости 

3) твердость НВ 232-262;

-  для колеса сталь  45 , термообработка – нормализация:

1) предел текучести 

2) предел усталости 

3) твердость НВ 179-207.

Передаточное число передачи:

,5.

8.1.2 Определяем число циклов нагружений зубьев за весь срок службы:

 

 

8.1.3 Определяем коэффициенты  режима нагрузки при расчете зубьев на контактную прочность, учитывающий влияние рабочего числа циклов нагружения зубьев на величину :

 

 

8.1.4 Определяем коэффициенты  режима нагрузки при расчете на изгиб, учитывающий влияние рабочего числа нагружения зубьев на величину :

= 0,556;

= = = 0,616.

 

8.1.5 Определяем допускаемые напряжения:

а) Допускаемое контактное напряжение :

= 0,5 (= 0,5(297+265) = 281МПа;

 

 

Эти формулы справедливы  при условии твердости  ≤  НВ  350. Условие ≤ 1,25 соблюдается, так как 281 ˂ 351,25 МПа.

 

б) Допускаемое предельное контактное напряжение:

 

 

в) Допускаемые напряжения изгиба для шестерни и колеса:

 

 

 

Где - предел усталости (для шестерни  = 340 МПа; для колеса = 275МПа);

- коэффициент  концентрации напряжений у основании  зуба (для стальных и нормализованных  зубчатых колес = 1,5);

- допускаемый  коэффициент запаса прочности  (при выбранной термообработке  ).

 

г) Допускаемые предельные напряжения изгиба:

 

 

 

8.1.6 Принимаем  расчетные коэффициенты :

а) К – коэффициент нагрузки. Учитывая несимметричное расположение колес относительно подшипников принимаем К = 1,5.

б) Коэффициент  ширины обода колеса величина стандартная , на практике для большинства прямозубых цилиндрических передач принимаем = 0,3.

 

8.1.7 Определяем диаметр основания делительного конуса колеса :

.

 

По таблице 31 округляем до стандартного  = 200 мм.

 

8.1.8 Определяем модуль зацепления, исходя из числа зубьев шестерни z1 = 18-28. Берем z1 = 25.

m =

 

Модуль, величина стандартная по таблице 22 принимаем  ближайшее стандартное значение модуля m = 3 мм.

z2 =

8.1.9 Определяем число зубьев шестерни z1, округляем до целого числа и уточняем передаточное число по формуле:

z1 =

 

 

8.1.10 Определяем делительные углы конусов и из формулы:

 

 

68,2.

 

8.1.11 Определяем геометрические размеры передачи.

а) диаметр  оснований делительных конусов  шестерни и колеса равны:

 

= 3 ∙ 67 = 201мм.

б) высоты головок  зубьев и ножек и колеса равны:

= m = 3мм;

= 1,2m = 1,2 ∙ 3 = 3,6мм.

в) диаметр  окружности выступов шестерни и колеса равны:

= 86,5мм;

 

г) длина  образующей делительного конуса :

 

 

д) ширина обода зубчатых колес определяют по формуле:

= 0,3 ∙ 109,5 = 32,85мм;

= 0,3 ∙ 108 = 32,4мм.

b = 32мм.

е) угол головки  зуба :

;

 

ж) диаметр  средней делительной окружности шестерни:

= 69мм;

 

з) средний модуль зацепления:

 

 

 

8.1.12 Определить среднюю окружность скорость колес:

= 5,3м/с;

 

8.1.13 Проверочный расчет зубчатых передач  уточняют коэффициент нагрузки:

1,4 ∙ 1,075 = 1,5.

 

8.1.14 Определить  расчетные контактные напряжения  для поверхностей зубьев в зоне зацепления при номинальной и пиковой нагрузках и сравнить с [σ]к и [σ]к пред:

 281МПа;

 

 

 

8.1.15 Определить эквивалентное число зубьев колес и принять коэффициенты формы зубьев

 

 

 

По величине определяем что, = 0,44; и = 0,55.

 

 

8.1.16 Определяем расчетные напряжения изгиба и в основании зубьев шестерни и колеса при номинальной и пиковой нагрузках и сравниваем с допускаемыми значениями и

 

 

8.1.17 Предельные  напряжения изгиба в основании  зуба:

Шестерни: 

 Колеса:  

 

8.2 Тихоходная ступень

 

8.2.1 Выбор  материалов шестерней и колеса

Для улучшения  габаритов редуктора принимаем  следующие конструкционные материалы:

-  для шестерни сталь 45, термообработка – улучшенная:

1) предел  текучести 

2) предел  усталости 

3) твердость  НВ 232- 262.

-  для  колеса сталь 45, термообработка  – нормализация:

4) предел  текучести 

5) предел  усталости 

6) твердость  НВ 179-207.

 

8.2.1 Передаточное число i передачи определяют по формуле: