Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Забайкальский государственный педагогический университет им. Н.Г.Чернышевского
Технолого-экономический факультет
КАФЕДРА МАШИНОВЕДЕНИЯ
КУРСОВАЯ РАБОТА
Проект привода одноступенчатого червячного редуктора
Чита 2009 г.
Содержание
Введение
. Выбор электродвигателя и кинематический расчет
. Расчет зубчатых колес редуктора
. Предварительный расчет редуктора
. Конструктивные размеры шестерни колеса
. Конструктивные размеры корпуса редуктора
. Первый этап компоновки редуктора
. Выбор подшипников
. Второй этап компоновки редуктора
. Тепловой расчет редуктора
. Проверка прочности шпоночных соединений
. Выбор сорта масла
. Сборка редуктора
Заключение
Список литературы
Приложение
редуктор сборочный шероховатость конструирование
Введение
В процессе выполнения курсового проекта необходимо усвоить методику расчета и конструирования механизмов приборов и деталей, научиться пользоваться технической литературой, справочниками, каталогами, материалами ЕСКД, нормами и ГОСТ.
Необходимо развить в себе способность выполнения сборочных чертежей механизмов и рабочих чертежей детали с правильной постановкой размеров, предельных отклонений и шероховатостей, поверхности в соответствии с требованиями ЕСДП.
1.
Выбор электродвигателя и кинематический расчет
Примем КПД первичного редуктора η = 0,8
Требуемая мощность электродвигателя
Νтр = Ν/η (1)
гдеN - мощность на выходном валу, КВт
η - КПД редуктора
Nтр = 12 / 0,8 = 15 КВт
По таблице П1 выбираем асинхронный двигатель с повышенным пусковым магнитом АОП2 - 64 - 2 , параметры которого Nдв = 17 КВт, nдв = n1 = 1440 об/мин. По таблице П2 находим диаметр конца вала d дв = 42 мм.
Передаточное отношение
і = nдв / n2 (2)
гдеnдв - чистота вращения входного вала;
n2 - частота вращения выходного вала.
і = 1500 / 90 = 16
2. Расчет редуктора
Число витков червяка Z1 принимаем в зависимости от передаточного отношения (передаточного числа) по таблице 3.2.1. при і = 16 принимаем Z1 = 4
Число зубьев червячного колеса
2 = і · Z1 (3)
Z2 = 16 · 4 = 64
Выбираем материал червяка и червячного колеса. Принимаем для червяка сталь 45 с закалкою для твердости не менее HRC 45 и последующим шлифованием.
Так как к редуктору не предъявляется специальных требований, то в целях экономии принимаем для венца первичного колеса бронзу БрАЖ - 4 Л (отливка в землю).
Предварительно определяем ожидаемую скорость скольжения
Us = 0.45 · 103 · n1 (4)
где Т2 - вращающий момент на колесе
Т2 = (9,55 · Ν дв) / n2 (5)
Т2 = s = 0,45 · 10-3 · 1500 · = 7,9 м/с
Тогда при длительной работе допускаемое контактное напряжение [σ]Н = 140 Н/мм2
Принимаем предварительно коэффициент диаметра червяка q = 12,5
Вращающий момент на валу червячного колеса
М2 = Ν2 / ω2 (6)
гдеω2 - угловая скорость выходного вала рад/с
ω2 = Пn2 / 30(7)
ω2 =
М2 =
Принимаем предварительно коэффициент нагрузки К = 1,2
Определяем межосевое расстояние из угловой контактной прочности
αω = (Z2 /q + 1) (8)
αω = (64/12,5 + 1)
Модуль
m = 2 αω / (Z2 + q) (9)
m = 2 · 264 / 64 + 12,.5 = 6,9 мм
Принимаем по ГОСТ 2144 - 76 стандартные значения
m = 10 и q = 12,5 мм.
Межосевое расстояние при стандартных значениях m и q
αω = m ( q + Z2) / 2 (10)
αω = 10 (12,5 + 64) / 2 = 382,5 мм
Передаточное отношение U
U = Z2 / Z1 (11)
U = 64 / 4 = 16
Основные размеры червяка. Делительный диаметр червяка
d1 = qm (12)
d1 = 12,5 · 10 = 125 мм
Диаметр вершин витков червяка
da1 = d1 + 2m (13)
da1 = 125 + 2 · 10 = 145 мм
Диаметр впадин витков червяка
df1 = d1 - 2,4 m (14)
df1 = 125 - 2,4 · 10 = 101 мм
Длина нарезной части шлифованного червяка
в1 ≥ (11 + 0,06 Z2) m + 25 (15)
в1≥ ( 11 + 0,06 · 64) · 10 + 25 = 173,4 мм
Принимаем в1 = 173 мм
Делительный угол подъема j
tqj = Z1 /q (16)
tqj = 4 / 12,5 = 0,32
j = 18о 25΄ 06˝
Основные размеры венца червячного колеса:
Делительный диаметр червячного колеса
d2 = Z 2 m (17)
d2 = 64 · 10 = 640 мм
Диаметр вершины зубьев червячного колеса
dq2 = d2 + 2 m (18)
dq2 = 640 + 2 · 10 = 660 мм
Диаметр впадин червячного колеса
df2 = d2 - 2,4 m (19)
df2 = 640 - 2,4 · 10 = 616 мм
Наибольший диаметр червячного колеса
da M2 ≤ da + 6 m / Z1 + 2 (20)
da M2 ≤ 660 + (6 · 10) / (4+2) = 670 мм
Ширина венца червячного колеса
в2 ≤ 0,75 da1 (21)
в2 ≤ 0,75 · 145 = 108,75 мм
Окружная скорость червяка
И1 = Пd1 n1 / 60 (22)
И1 = 3,14 · 125 · 10-3 · 1500 / 60 = 4,42 м/с
Скорость скольжения
Иs = И1 / cos j (23)
Иs = 4,42 / 0,9479 = 4,6 м/с
При этой скорости [σ] н = 138 Н/мм2отклонение
Перерасчета αω делать не надо, необходимо проверить σн.
Для этого уточним КПД редуктора: при скорости Иs = 4,6, приведенный коэффициент трения для безоловянной бронзы и шлифованного червяка
f΄ = 0,020
p΄ = 1o 10΄
КПД редуктора с учетом потерь в опорах, потерь на разбрызгивание и перемешивание масла
η = (0,95 ÷ 0,96) tqj / (j + p΄) (24)
η = (0.95 ÷ 0.96)
По таблице 2.7 выбираем 6-ю степень точности передач и нормативной гарантированной боковой зазор. В этом случае коэффициент динамичности Кч = 1,2.
Коэффициент неравномерности распределения нагрузки:
Кв = 1 + ( Z2 /Q)3 · (1 - х) (25)
гдеQ - коэффициент деформации червяка;
х - вспомогательный коэффициент.
По таблице 3.2.8. Q = 94, х = 0,6.
Кв = 1 = (64 / 94)3 · (1 - 0,6) = 1,12
Коэффициент нагрузки
К = КВ Кч (26)
К = 1,12 · 1,1 · 1,2 = 1,3
Проверяем контактное напряжение
σн = 170 / (Z2 / q) (27)
Эквивалентное число зубьев
Zч = Z2 /cos3 j (28)
Zч = 64 / (0,9478)3 = 75
Коэффициент формы зуба по таблице 3.2.9.
IF = 2,09
Напряжение изгиба
σF = 1,2 М2К I F/Z2 в2 m2 (29)
σF = (1,2 · 1273 · 103 · 1,3 · 2,09) / 64 · 640 · 102 = 104 Н/мм2
3. Предварительный расчет редуктора
Крутящие моменты в поперечных сечениях валов:
Ведомого
Мк2 = М2 (30)
МК2 = М2 = 1273 · 103 Н/мм
Ведущего (червяк)
МК1 = М1 = М2 / Цη (31)
МК1 = 1273 · 103 / 19,5 · 0,9 = 79 · 103 Н/мм
Витки червяка выполнены заодно с валом.
4. Конструктивные размеры шестерни и колеса
Ведущий вал
Диаметр выходного конца вала по расчету на кручение при [τ]н = 25 Н/мм2
dВ1 (32)
dВ1
Но для соединения его с валом электродвигателя примем
dB1 = dдв = 42 мм
Диаметры подшипниковых шеек
dn1 = dв1 + 2Т (33)
гдеТ - определяем по таблице, Т = 1,2
dn1 = 25 + 2 · T = 42 мм
Для выхода режущего инструмента при нарезании витков рекомендуются участки вала, прилегающие к нарезке, протачивать до диаметра меньше df1.
Длина нарезной части в1 = 173 мм.
Расстояние между спорами червяка
α1 = da M2 (34)
α1 = 670 мм
Расстояние до середины выходного конца до ближайшей опоры f1 =
Ведомый вал
Диаметр выходного конца
dв2 = (35)
dв2 =
Примем dв2 = 70 мм
Диаметры подшипниковых шеек
dn2 = dв2 + 2 t (36)
dn2 = 70 + 2 · 2,5 = 80 мм
Диаметр вала под червячным колесом
Дк2 = dn2 + 3 n (37)
Дк2 = 80 + 4 · 3 = 90 мм
Диаметр структуры червячного колеса
dcm2 = (1,6 : 1,8) dк2 (38)
dcm2 = (1,6 : 1,8) · 90 = (144 : 162)
Примем dcm2 = 150 мм.
Длина ступицы червячного колеса
Lcm2 = (1,2 : 1,8) dк2 (39)
Lcm2 = (1,2 : 1,8) · 90 = (108 : 162)
Примем Lcm2 = 125 мм
5. Конструктивные размеры корпуса редуктора
Толщина стенок корпуса и крышки:
σ 0,04 а + 2 (40)
σ= 0,04 · 182,5 + 2 = 9,3 мм
Примем σ = 10 мм
σ1 = 0,032 а + 2 (41)
σ1 = 0,032 · 182,5 + 2 = 7,84 мм
Примем σ1 = 10 мм
Толщина фланцев (поясков) корпуса и крышки:
в = в1 = 1,5 σ (42)
в = 1,5 · 10 = 15 мм
Толщина нижнего пояса корпуса при наличии бобышек
Р1 = 1,5 σ (43)
Р1 = 1,5 · 10 = 15 мм
Р2 = (2,25 : 2,27) σ (44)
Р2 = (2,25 : 2,27) · 10 = 22,5 : 2,75
Примем Р2 = 25 мм
Диаметры болтов: фундаментальных.
d1 = (0,30 : 0,36) а + 12 (45)
d1 = (0,30 : 0,36) 182,5 + 12 = 18 - 19 мм
Примем болты с резьбой М 20.
Диаметр болтов d2 = 16 мм и d3 = 12 мм
6. Первый этап компоновки редуктора
Вычертить на двух проекциях червяк и червячное колесо.
Очерчиваем внутреннюю стенку корпуса, принять зазор между стенкой и червячным колесом и между стенкой и ступицей червячного колеса ≈ 15 мм.
Вычертить подшипники колеса на расстояние α1 = dаМ2 = 670 мм, один от другого, располагая их симметрично, относительно среднего сечения червяка.
Так же симметрично располагаем подшипники вала червячного колеса. Расстояние между ними замерить по чертежу α2 =
7. Выбор подшипников
В связи с тем, что в червячном зацеплении возникают значительные усилия, принять радиально - упорные подшипники: шариковые средний червяка и роликовые конические легкой серии вала червячного колеса.
Проверка долговечности подшипников
Усилия в зацеплении.
Окружное усилие на червячном колесе, равное осевому усилию на червяке.
Р2 = Ра1 = 2М2 / d2 (46)
Р2 = 2 · 1273 · 103 / 640 = 3978 Н
Окружное усилие на червяке, равное основному усилию на колесе
Р1 = Ра2 = 2М1 / d1 (47)
Р1 = 2 · 79 · 103 /125 = 1264 Н
Радиальные усилия на червяке и колесе
Рr2 = Pr1 = P2tqα (48)
Pr2 = 3978 tq 20o = 1445 H
Червяк имеет правое направление витков.
Вал червяка
Расстояние между опорами α1 = 670 мм
Диаметр d1 = 125 мм
Реакции опор (правую опору, воспринимающую внешнюю осевую силу Рх обозначить цифрой «2»)
В плоскости XZ
Rx1 = Rx2 = P1 /2 (49)
Rx1 = 1264 / 2 = 632 H
В плоскости YZ
- Ry1 + Pr1 ( α1/2) - Pa1 (d/2) = 0 (50)
Ry1 = (1445 · 670/2 - 3978 · 125/2) = 353 Y
Ry2 = (485750 + 248625) / 670 = 1096 H
Проверка: Ry1 + Ry2 - Pr1 = 353 + 1092 - 1450 = 0
Суммарные реакции:
Fr1 = R1 = (51)
Fr1 =
Fr2 = R2 = (52)
Fr2 = = 1265 H
Осевые составляющие радиальных реакций шариковых радиально - упорных подшипников
S1 = eFr1 (53)
S1 = 0,68 · 723 = 491 H
S2 = eFr2 (54)
S2 = 0,68 · 1265 = 860 H
Осевые нагрузки подшипников в нашем случае
S1 < S2 ; Fa = Pa1 > S2 - S1; тогда Fа1 = S1 = 491 Н
Fa2 = S1 + Fa (55)
Fa2 = 491 + 3978 = 4469 H
Рассмотрим левый подшипник
Отношение
Fa1 / Fr1 = 491 / 723 = 0,68 = e
Осевую нагрузку не учитываем.
Эквивалентная нагрузка
Рэ1 = Fr1 · V KσKT (56)
Рэ1 = 723 · 1,3 = 989,9 Н
Рассмотрим правый подшипник
Fa2 / Fr2 = 4469 / 1265 = 3,52 > e
Поэтому эквивалентную нагрузку определяем с учетом осевой:
Рэ2 = (хFr2 V + YFa2) kσKT (57)
Рэ2 = (0,4 · 1265 · 1 + 0,87 · 4469) · 1,3 = 5712 Н = 5,7 кН
Долговечность определяем по более нагруженному подшипнику.
Расчетная долговечность, млн. об.,
L = (c/Pэ2)3 (58)
L = (56,8 / 5,7)3 = 970 млн. об.
Расчетная долговечность, ч.
Ih = L · 106 / 60 n1 (59)
Ih = 970 · 106 /60 · 1500 = 10777 ч > т.ч.
Ведомый вал
Расстояние между опорами α2 = 330 мм
Диаметр d = 640 мм
В плоскости YZ
Rz3 = Rz4 = P2 / 2 (60)
Rz3 = 3978 / 2 = 1989 H
В плоскости YZ
Ry3α2 + Pr2 (α2 / 2) - Pa2 (d2 / 2) = 0 (61)
Ry3 = 1264 · 320 - 1445 · 165 - 238425 / 330 = 503 H
Ry4 = Pr2 = 404480 + 238425 = 1948 H
Проверка:
Ry3 - Ry4 + Pr2 = 0 (62)
- 1948 + 1265 = 0
Суммарные реакции
Fr3 = R3 = (63)
Fr3 =
Fr4 = R4 = (64)
Fr4 =
Осевые составляющие радиальных реакций конических подшипников
S3 = 0,83 e Fr3 (65)
S3 = 0,83 · 0,411 · 2051 = 699 Н
S4 = 0.83 e Fr4 (66)
S4 = 0,83 · 0,411 · 2784 = 961 Н
Осевые нагрузки подшипников в нашем случае S3 < S4 ; Fa = Pa2 > S4 - S3, тогда Fa3 = S3 = 699 H
Fa4 = S3 + Fa (67)
Fa4 = 699 + 1264 = 1963 H
Для правого (с индексом «3») подшипника
Fa3 / Fr3 = 699 / 2051 = 0,340 < e
Поэтому осевые силы не учитываем
Эквивалентная нагрузка
Рэ3 = Fr3 V k σ KT (68)
Рэ3 = 2051 · 1,3 = 2666 Н
В качестве опор ведомого вала примем одинаковые подшипники 7516. Долговечность определяем для левого подшипника, для которого эквивалентная нагрузка значительно больше.
Для левого (индекс «4») подшипника
Fa4 / Fr4 (69)
1963 / 2784 = 0,650 > е
Мы должны учитывать осевые силы при подсчете эквивалентной нагрузки.
Примем V - 1; к σ = 1,3; х = 0,4.
Для конических подшипников х = 0,4 и у = 1,459
Рэ4 = (0,4 · 2784 · 1 + 1,459 · 1963) · 1,31 = 4924 Н = 4,9 кН
Расчетная долговечность, млн. об.
L = (c /Рэ4) (70)
L = (56,8 / 4,9) = 9000 млн. об. мин.
Расчетная долговечность, ч.
αh = α · 106 / 60n2 (71)
αh = > 10000 т.ч.
гдеn2 = 90 об/ мин. Частота вращения вала червячного колеса.
8. Второй этап компоновки редуктора
Используем чертежи первого этапа компоновки.
Смазка зацепления и подшипников - разбрызгиванием жидкого масла, залитого в корпус ниже уровня витков так, чтобы избежать чрезмерного заполнения подшипников маслом, нагнетаемым червяком.
На валу червяка устанавливаем крыльчатки: при работе редуктора они будут разбрызгивать масло и забрасывать его на колесо и в подшипники.
Уплотнение валов обеспечивается резиновыми манжетами. В крышке люка корпуса отдушины. В нижней части корпуса вычеркиваем пробку для спуска масла и устанавливаем маслоуказыватель с трубкой из оргстекла.
Конструируем стенку корпуса и крышки. Вычеркиваем фланцы и нижний пояс. Конструируем крюки для подъема.
Устанавливаем крышки подшипников гладкие и сквозные для манжетных уплотнений. Под крышки устанавливаем металлические прокладки для регулировки.
Вычерчиваем шпонки.
На выходном конце вала червяка
в · h · α = 12 · 8 · 42 мм
На выходном конце вала червячного колеса
В · h · α = 18 · 11 · 80 мм
9. Тепловой расчет редуктора
Для проектируемого редуктора площадь теплоотводящей поверхности F ≈ 0,73 м2.
Условные работы без перегрева без продолжительности работе.
∆ t = tm - tB= N4 (1 - n) / RtF ≤ [∆t] (72)
гдеNч = 17 кВт = 17000 Вт - мощность на червяке
Rt = 17 Вт (м2 со) - коэффициент теплопередачи.
∆t = 17000 (1 - 0,9) / 17 · 0,73 = 136 > [∆t]
Допускаемый перепад температур при нижнем червяке [∆t] = 60. Для уменьшения ∆t следует, соответственно увеличивать теплоотдающую поверхность пропорционально соотношению.
∆t / [∆t] = 136 / 60, сделав корпус ребристым.
10.
Проверка прочности шпоночных соединений
Шпонки призматические со скругленными концами. Материал шпонок - сталь 45 нормализованная. Допускаемые напряжения смятия при стальной ступице [σ] см = 100 : 120 Н/мм2
Ведущий вал
dв1 = 42 мм; в · h · α = 12 · 8 · 42 мм.
Мк1 = 79 · 103 мм, t1 = 5 мм
σ см = 2 М1 / (dв1(h - t1) (l - в) (73)
σ см = 2 · 79 · 103 / (42 (8 - ) (42 - 12) = 38 Н мм2 < [σ]см
Ведомый вал.
Из двух шпонок - под червячным колесом и на выходном конце вала червячного колеса - далее нагружена вторая (меньше диаметр вала и поэтому меньше размеры поперечного сечения шпонки).
Проверим шпону на выходном конце ведомого вала.
dв2 = 63 мм; в · h · α = 18 · 11· 80 мм.
t1 = 7,5 мм
σ см = 2М2 / (dв2 (h - t1 ) (α - в) (74)
σ см = 2 · 1273 · 103 / 63 · 4,5 · 62 = 110 Н/мм2 < [σ]
. Выбор сорта масла
Смазка зацепления и подшипников производится разбрызгиванием жидкого масла. По таблице 3.11.1. установить вязкость масла. При скорости скольжения Иск = 9,9 м/с рекомендуемая вязкость V50 = 118 c ст.
По таблице 3.11.2. принимаем масло индустриальное N = 100А по ГОСТ 20799 - 75.
12. Сборка редуктора
Перед сборкой внутреннюю полость корпуса тщательно очищают и покрывают маслостойкой краской. Сборку редуктора производят в соответствии с чертежом общего вида. Начинают сборку с того, что на червячной вал надевают крыльчатки и шариковые, радиально - упорные подшипники, предварительно нагрев их в масле до 80о - 100о С. Собранный червячный вал вставляют в корпус.
В начале сборки червячного колеса закладывают шпонку и напрессовывают колесо до упора и бурт вала; затем надевают распорную втулку и устанавливают роликовые конические подшипники, нагретые в масле. Собранный вал укладывают в основание корпуса и нагревают крышку корпуса, покрывая предварительно поверхность стыка фланцев спиртовым маслом. Для центровки крышку устанавливают на корпус с помощью двух конических штифтов и затягивают болты.
Закладывают в подшипниковые, сквозные крышки резиновые манжеты и устанавливают крышки с прокладками.
Ввертывают провод в маслоспускного отверстие с прокладкой и маслоуказатель. Заливают в редуктор масло и закрывают смотровое отверстие отдушиной. Собранный редуктор обкатывают и испытывают на складе в соответствии с техническими условиями.
Заключение
В процессе выполнения курсового проекта усвоили методику расчета и конструирования механизмов проборов и деталей, научились пользоваться технической литературой, каталогами, материалами ЕСКД, нормами и ГОСТ.
Развили в себе способность выполнения сборочных чертежей механизмов и рабочих чертежей деталей с правильной постановкой размеров, предельных отклонений и шероховатостей поверхности в соответствии с требованиями ЕСДП.
Список литературы
1. Анурьев В.И. Справочник конструктора - машиностроителя. Изд. 5-е в 3-х тт. - М.: Машиностроение, 2007.
. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Расчет допусков размеров - М.: Машиностроение, 2006.
. Детали машин - Метод. указ. - Чита: Заб. ГПУ - 2008.
. Иванов М.Н. Детали машин. Учебник для вузов. Изд. 6-е. М. Высшая школа., 2006.
. Черновский С.А. Курсовая проектирования деталей машин. Изд. 2-е. М.: Машиностроение, 1998.
Приложение
Расчет валов на прочность
Приведенный момент инерции поперечного сечения червяка.
Упр = ( 0,375 + 0.625
Упр
Стрела прогиба
f =
f =
Допускаемый прогиб
[f] = (0,005 : 0,01) m
[f] = (0,005 : 0,01) 10 = 0,05 : 0,1 мм.
Жидкость обеспечивается, т.к.
f = 0,00905 мм < [f]
Определение коэффициента запаса прочности в опасных сечения вала червячного колеса.
S =
гдеFтц - окружная сила, Н.
Fтц =
гдеFv - от центробежных сил.
Fv = q · δ2
Fv = 3,8 · 2,652 = 25Н
Ff = 9,81 Kf · qац
Ff = 9,81 · 1,5 · 3,8 · 1,562 = 80Н.
Расчетная нагрузка на валы.
Fв = Fтц + 2 Ff
Fв = 2150 + 2 · 80 = 2310 Н=
Это больше, чем нормативный коэффициент запаса [S] ≈ 9,4; следовательно, условие S > [S] выполнено.