Разработка и конструирование редуктора

передат. число

u

частота вращения

n об/мин

вращающие моменты

T Н·мм

КПД механизма

электродвигатель

925

15486

ремен. передача

4

0,95

быстр. передача

4,48

231,25

58553

0,98

пром. передача

51,62

255786

тихох. передача

3,46

14,92

862983

0,98

Сечение и L_p, мм

d₁

i

Частота вращения меньшего шкива, об/мин

400

800

950

1200

1450

2200

2400

2800

О

1320

80

1,2

1,5

3

0,26

0,27

0,28

0,47

0,49

0,50

0,55

0,56

0,58

0,66

0,68

0,71

0,77

0,80

0,82

1,08

1,11

1,14

1,15

1,18

1,22

1,28

1,32

1,36

112

1,2

1,5

3

0,42

0,43

0,44

0,76

0,78

0,81

0,88

0,91

0,94

1,07

1,10

1,14

1,25

1,29

1,33

1,72

1,78

1,84

1,84

1,90

1,96

2,04

2,11

2,17

Сечение

ремня

l_p

b

h

e

f

d_p

b

О

8,5

2,5

7,5

120,3

8

80–100

10,1

передача

марка

стали

механические свойства после обработки

твердость

поверхн.

после

закалки и

низкого

отпуска

HB

твердость

поверхн.

после

закалки и

низкого

отпуска

HRC

температура

отпуска

временное

сопротивл.

, МПа

предел

текучести

, МПа

быстрох.

шестерня

45

1190

1020

350

39

400

колесо

35

970

560

335

38

200

тихоход.

шестерня

45

1637

1550

492

51

200

колесо

40Х

1376

1220

417

46

400

представленные выше стали все с объемной закалкой

Быстроходная шестерня

Быстроходное

колесо

Тихоходная

шестерня

Тихоходное

колесо

n

231,25

51,62

51,62

14,92

HB

350

335

492

417

HRC

39

38

51

46

5,17·10⁷

1,154·10⁷

1,154·10⁷

3,336·10⁶

3,827·10⁷

3,445·10⁷

8,666·10⁷

5,827·10⁷

0,9511

1,2

1,399

1,611

852

834

1068

978

774,545

909,793

1358,677

1432,167

4,489·10⁷

9,541·10⁶

2,758·10⁷

0,6681

0,8581

0,9081

1,042

630

603

600

600

370,588

354,706

352,941

367,829

Вал электродвигателя

Быстроходный вал

Промежуточный вал

Тихоходный вал

T

15486

58553

255786

862983

20

25

25

24,462

37,122

54,677

24

30

40

55

серия

d

D

B

Быстр. вал

ШПРО

легкая

30

62

16

Пром.  вал

РПК

легкая

40

80

20

Тихох. вал

РПК

средняя

55

120

29

i=

1

2

3

l_i

63

85

f_i

44

89

k_i

41

43

43

t_i

88,5

47,5

Быстроходная шестерня

Быстроходное

колесо

Тихоходная

шестерня

Тихоходное

колесо

d

35

157,5

50,771

177,77

20

20

20

20

0

0

10

10

F_t

3248,076

3248,076

9712,808

9712,808

F_r

1182,203

1182,203

3589,709

3589,709

F_a

0

0

1712,63

1712,63

M_a

0

0

43475,972

152167,187

x_i

0

63

0

89

0

44

M(x_i)

0

0

0

-95635,085

0

-95635,085

x_i

0

63

0

89

0

44

M(x_i)

0

-48249,684

-48249,684

-50770,626

0

-50770,626

x_i

0

43

0

53

0

41

M(x_i)

0

321330,876

321330,876

225011,003

0

225011,003

Эпюра M(x_i), Нмм

Рис. 10

M_A= F_r3·k₃+R_Bг·(k₁+k₂+ k₃) – F_r2·( k₂+k₃) – M_a3=0  R_Bг=-72,536

M_B=F_r2·k₁ – R_Aг·(k₁+k₂+ k₃) – F_r3·( k₂+k₁) – M_a3=0  R_Aг=-2334,97

Проверка: Y= – F_r2 + F_r3+R_Aг+R_Bг =0

Участок k₃=43

m_x1=M(x₁) – R_Aг· x₁=0

Участок k₂=43

m_x2= M(x₂) – R_Aг·( x₂+ k₃) – F_r3·x₂ – M_a3=0

Участок k₃=41

m_x3= –M(x₃)+ R_Bг·x₃ =0

Таблица 13

Опасное сечение под шестерней:

Суммарный изгибающий момент в опасном сечении

.

Приведенный момент определится как

,

где  – коэффициент приведения.

Из условий прочности на изгиб с кручением определяется расчетный диаметр вала в опасном сечении

 мм.

Здесь  Н/мм², где  Н/мм² (сталь 45).

Эпюра T, Нмм

Рис. 11

2. Тихоходный вал:

Вертикальная плоскость:

Эпюра M(x_i), Нмм

Рис. 12

M_A=F_t4·t₂+R_Bв·(t₁+t₂)=0  R_Bв=-3392,341

M_B=–F_t1·t₁–R_Aв·(t₁+t₂)=0  R_Aв=-6320,467

Проверка: Y=F_t4+R_Aв+R_Bв =0

Участок t₁=47,5

m_x1= M(x₁) – R_Aв· x₁=0

Участок t₂=88,5

m_x2= –M(x₂)+ R_Bв·x₂ =0

Участок t₃=85

m_x2= –M(x₃)=0

Таблица 14

Горизонтальная плоскость:

Эпюра M(x_i), Нмм

Рис. 13

M_A= – F_r4·t₂+R_Bг·(t₁+t₂)+M_a4 – F_М ·(t₁+t₂+l₂)=0  R_Bг=2521,729

M_B=F_r4·t₁–R_Aг·(t₁+t₂)+ M_a4 – F_М ·l₂=0  R_Aг=2536,808

Проверка: Y=– F_r4 +R_Aг+R_Bг =0

Участок t₁=63

m_x1= M(x₁) – R_Aг· x₁=0

Участок t₂=122,5

m_x2= –M(x₂)+ R_Bг·x₂ =0

Таблица 15

Опасное сечение под колесом:

Суммарный изгибающий момент в опасном сечении

.

Приведенный момент определится как

,

где  – коэффициент приведения.

Из условий прочности на изгиб с кручением определяется расчетный диаметр вала в опасном сечении

 мм.

Здесь  Н/мм², где  Н/мм² (сталь 45).

Эпюра T, Нмм

Рис. 14

7. Разработка конструкции вала

Быстроходный вал:

Расчетный диаметр d_вр= мм.

Рис. 15

Примем d₃=1,1· d_вр=1,1· = 28,674, что меньше d=30 мм следовательно = d=30 мм. Диаметр   по Ra40  мм. На диаметре d₄ расположена распорная втулка, который определится как  мм. Диаметр  выбирается как ближайшее меньше стандартное значение , т.е.  мм.  мм.

 мм.  мм. Проверка полученного диаметра d₆ на кручения по условию

,

где ;

тогда , условие выполняется.

,

следовательно шестерня нарезается прямо на валу.

Подбор шлица

Выбираем шлиц средней серии . l_p=45

Проверочный расчет шлица на смятие

Н/мм²,

где  – средний диаметр;

; z=8 – коэффициент учитывающий неравномерность распределения нагрузки между зубьями;

 – высота зуба.

Промежуточный вал:

Расчетный диаметр d_вр=  мм.

Рис. 16

Примем d₃=1,1· d_вр=1,1·=43,262, что  округлим до ближайшего стандартного значения по Ra40  мм. , следовательно шестерня нарезается прямо на валу. Диаметр   по Ra40  мм. На диаметре d₄ расположена распорная втулка, который определится как  мм. Диаметр  выбирается как ближайшее меньшее стандартное значение , т.е.  мм.  можно принять как  мм.

Подборка шпонки

По d=45 подбираем шпонку с параметрами b=14, h=9, t=5,5.

l_p=l_ст-(8…10)=24 мм.

Проверка шпоночного соединения на смятие

Н/мм².

Тихоходный вал:

Расчетный диаметр d_вр= мм.

Рис. 15

Примем d₃=1,1·d_вр=1,1·=56,093, что  округлим до ближайшего стандартного значения по Ra40  мм. Диаметр   по Ra40  мм. На диаметре d₄ расположена распорная втулка, который определится как  мм. Диаметр  выбирается как ближайшее меньшее стандартное значение , т.е.  мм.  можно принять как  мм.  мм. Выходной диаметр  мм.

Проверка полученного диаметра d₆ на кручения по условию

,

где ;

тогда , условие выполняется.

Подборка шпонки под колесо

По d=56 подбираем шпонку с параметрами b=16, h=10, t=6.

l_p=l_ст-(8…10)=36 мм.

Проверка шпоночного соединения на смятие

Н/мм²

Подборка шпонки под муфту

По d=45 подбираем шпонку с параметрами b=14, h=9, t=5,5.

l_p=l_М -(8…10)=76 мм.

Проверка шпоночного соединения на смятие

 Н/мм²

Расчет валов на статическую прочность

;

, где соответственно  и  –  напряжения изгиба и кручения от действия  и T. ; , причем  – осевой момент; – полярный момент.

Расчетные параметры занесем в табл. 16.

Таблица 16

8. Расчет валов на усталостную прочность

Расчет ведется в опасных сечениях:

,

где  

– коэффициент запаса усталостной прочности по напряжениям изгиба;

– коэффициент запаса усталостной прочности по напряжениям кручения.

,  – пределы выносливости материала при симметричном цикле  изменения напряжений по нормальным и касательным напряжениям =380 МПа, =230 МПа.

k и k – эффективные коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и кручении.

k_d  и k_F  – масштабны фактор и фактор качества поверхности

,  – коэффициенты, характеризующие чувствительность материала вала к асимметрии цикла.

,  – амплитуда и среднее значение цикла изменения нормальных напряжений изгиба. Для валов .

Для быстроходного вала:

Для поперечных сечений валов, ослабленных шпоночными пазами, осевой момент сопротивления изгибу

.

Для промежуточного вала:

Для тихоходного вала:

.

,  –

амплитуда и среднее значение цикла изменения касательных напряжений от кручений. Для валов .

Для быстроходного вала:

Для поперечных сечений валов, ослабленных шпоночными пазами, полярный момент сопротивления изгибу

.

Для промежуточного вала:

Для тихоходного вала:

.

Полученные расчетные значения искомых параметров занесем в табл. 17

Таблицу 17

Валы удовлетворяют условию на усталостную прочность.

9. Расчет быстроходного вала на жесткость

E=2,15·10⁵Н/мм²;

 мм⁴,

тогда (1/Н·мм²)

[]=0,0016 рад; []=0,0002·l; []=0,1·m

Вертикальная плоскость:

M_A=F_t1·f₂+R_Bв·(f₁+f₂)=0  R_Bв=-2173,525

M_B=–F_t1·f₁–R_Aв·(f₁+f₂)=0  R_Aв=-1074,552

Проверка: Y=F_t1+R_Aв+R_Bв =0

Участок l₁=63

EI=EI₀+C=0

EI=EI₀+C· x₁+D=0

Участок f₂=89

EI=EI₀ –R_Aв· +C=0

EI=EI₀ –R_Aв· +C· x₂+D=0

Участок f₃=44

EI=–EI₀ + R_Bв·+C=0

EI=–EI₀ + R_Bв·+C· x₃+D=0

В точке x₁=63 и x₃=0 значение =0, тогда параметры C и D определятся как

Подставив параметры C и D в EI и EI, получим следующие выражения

Участок l₁=63

EI=EI₀ =0; ₀^(max) =0< []=0,0016

EI=EI₀ =0; ₀^(max) =0< []=0,0003·l =0,019

Участок f₂=89

EI=EI₀ – (-1074,552) ·  =0; =0,001< []=0,0016

EI=EI₀ – (-1074,552) ·  =0; = 0,0021<[]=0,0003·l =0,04

Участок f₃=44

EI=–EI₀ + (-2173,525) · =0; =0,001< []=0,0016

EI=–EI₀ + (-2173,525) · =0; = 0,0021<[]=0,0003·l =0,04

Горизонтальная плоскость:

M_A=F_r1·f₂+R_Bг·(f₁+f₂)+ F_r·l₁=0  R_Bг=-1153,878

M_B=– F_r1·f₁–R_Aг·(f₁+f₂)+ F_r·(l₁+f₁+f₂)=0  R_Aг=737,543

Проверка: Y=– F_r+F_r1+R_Aг+R_Bг =0

Участок l₁=63

EI=EI₀+ F_r ·  +C=0

EI=EI₀+ F_r ·  +C· x₁+D=0

Участок f₂=89

EI=EI₀ – R_Aг · + F_r·( x₂+f₁) ·x₂+C=0

EI=EI₀ – R_Aг · + F_r·( x₂+f₁) ·+C· x₂+D=0

Участок f₃=44

EI=–EI₀ + R_Bг ·+C=0

EI=–EI₀ + R_Bг ·+C· x₃+D=0

В точке x₁=63 и x₃=0 значение =0, тогда параметры C и D определятся как

Подставив параметры C и D в EI и EI, получим следующие выражения

Участок l₁=63

EI=EI₀+ 765,868 · -=0; ₀^(max) =0,0002< []=0,0016

EI=EI₀+ 765,868 · -· x₁ =0; ₀^(max) =0,002< []=0,0003·l =0,019

Участок f₂=89

EI=EI₀ –737,543·+ 765,868 ·( x₂+63) ·x₂ -=0;

=0,00028< []=0,0016

EI=EI₀ –737,543·+ 765,868 ·( x₂+63) · -· x₂ =0;

= 0,007<[]=0,0003·l =0,04

Участок f₃=44

EI=–EI₀ + (-1153,878) ·- =0; =0,00028< []=0,0016

EI=–EI₀ + (-1153,878) · -· x₂ =0; = 0,007<[]=0,0003·l =0,04

Суммарный прогиб

< []=0,1·m=0,175.

Вал удовлетворяет условиям на жесткость.

 – допускаемый угол закручивания

,

тогда ,

условие жесткости при кручении выполняется.

10. Подбор подшипников

Для всех валов подбираем радиально-упорные роликовые подшипники средней серии.

Быстроходный вал: по внутреннему диаметру d=30 подшипник 2007 106А. C_r=35,8 кН. C_or=44,0 кН. e=0,43.

Промежуточный вал: по внутреннему диаметру d=40 подшипник 2007108А. C_r=52,8 кН. C_or=71,0 кН. e=0,37.

Тихоходный вал: по внутреннему диаметру d=50 подшипник 2007 110А*. C_r=60,5 кН. C_or=88,0 кН. e=0,43.

При действии на радиальные и радиально-упорные подшип­ники одновременно радиальной F_r и осевой F_a нагрузок расчеты ведут по эквивалентной радиальной статической нагрузке Р_оr, ко­торая вызывает такие же контактные напряжения, как и действи­тельная нагрузка:

Р_or = max{Х₀F_r + Y₀F_{a ,} F_r},

а для упорно-радиальных и упорных подшипников - по эквивалентной осевой статической нагрузке

Р_oa   = X_o F_r +Y_oF_a

где Х₀ - коэффициент статической радиальной нагрузки, Y₀ - ко­эффициент статической осевой нагрузки.

Ресурсы подшипников, выра­женные в миллионах оборотов L или в часах L_h (при постоянной частоте вращения), связаны между собой соот­ношением:

L_h=10⁶L/(60n),

для цилиндрических редукторов общего назначения рекомендуется: L_h³12500.

Для радиальных и ради­ально-упорных подшипников эквивалентная динамическая ради­альная нагрузка

P=P_r=(XVF_r+YF_a)К_БК_Т,

где F_r и F_a - соответственно радиальная и осевая нагрузки; X и Y - коэффициенты радиальной и осевой динамической нагрузки; V - коэффициент вращения; V=1. K_Б - коэффициент динамичности нагрузки; К_Т - температурный коэффициент. Кратковременная перегрузка до 150 %, зубчатые передачи К_Б=1,3.

Основные и расчетные параметры подшипников в соответствии с диаметром расчетного вала (из ГОСТ 27365-87 радиально-упорные роликовые подшипники средней серии для повышенной грузоподъемности и из ГОСТ 8338-75 шариковые радиальные однорядные) приведем в табл. 18

Таблица 18

11. Смазочные устройства и утопления

В корпус редуктора заливают масло так, чтобы венцы колес были в него погружены. При их вращении масло увлекается зубьями, разбрызгивается, попадает на внутренние стенки корпуса, откуда стекает в его нижнюю часть. картерную смазку применяют при окружной скорости зубчатых колес от 0,3 до 12,5 м/c. Выбирается сорт масла И -50 А. Уровень погружения в масло  мм. Подшипники смазываются тем же маслом, что и детали передач. При работе передач масло постепенно загрязняется продуктами износа деталей. Поэтому его периодически меняют.

Список литературы

1. Курмаз Л.В., Скойбеда А.Т. Детали машин. Проектирование: Справочное учебно-методическое пособие - 2-е изд., испр.: М.: Высш. шк., 2005.-309 с.: ил.

2. Иванов М.Н. Детали машин.-5-е изд., перераб.- М.: Высш. шк., 1991.-383 с.: ил.

3. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Детали машин. Курсовое проектирование.-2-е изд., перераб. и доп.- Высш. шк., 1990.-399 с., ил.

4. Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин. М.: Высш. шк.,1991. -432 с.: ил.

5. Кудрявцев В.Н., Державец Ю.А., Арефьев И.И., и др.. Курсовое проектирование деталей машин. Л.: Машиностроение, 1984. 400 с., ил.

© 2003 - 2022 «Библиофонд»

Обратная связь

Пользовательское соглашение

Политика конфиденциальности

Полная версия

Помощь по учебным работам

Консультация по курсовой работе

Консультация по дипломной работе ВКР

Консультация по реферату

Консультация по отчетам о практике