Проектирование привода винтового толкателя
СОДЕРЖАНИЕ
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЩЕГО КПД ПРИВОДА
. РАСЧЕТ МОЩНОСТИ И ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРЕДАТОЧНОГО ЧИСЛА РЕДУКТОРА
. РАСЧЕТ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ РЕДУКТОРА
. РАСЧЕТ ТИХОХОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ
. РАСЧЕТ БЫСТРОХОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ
. ОРИЕНТИРОВОЧНЫЙ РАСЧЕТ ВАЛОВ
. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС И
ДЕТАЛЕЙ РЕДУКТОРА
. РАСЧЕТ ШПОНОК
. УТОЧНЕННЫЙ РАСЧЕТ ВАЛОВ
. РАСЧЕТ И ПОДБОР ПОДШИПНИКОВ
. СМАЗКА РЕДУКТОРА
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
ТЕХНИЧЕСКОЕ
ЗАДАНИЕ
Спроектировать привод винтового толкателя
Мощность
на выходном валу: 
Максимальная
угловая скорость: 
Минимальная
угловая скорость: 
Срок
службы: 4 года
Суточный
коэффициент:
Годовой
коэффициент: 
Схема
привода и график нагрузки приведены на рисунке 1.
Рисунок
1 Схема привода и график нагрузки
Необходимо
разработать:
1. Сборочный чертеж редуктора
2. Чертеж общего вида привода
. Рабочие чертежи
· корпуса редуктора
· вала выходного
· колеса зубчатого
· рамы сварной
1.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЩЕГО КПД ПРИВОДА
Общий КПД привода:
, (1.1)
где
- КПД муфты
- КПД
первой ступени
- КПД
второй ступени
- КПД
третьей ступени
- КПД
подшипников
2. РАСЧЕТ
МОЩНОСТИ И ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
Необходимая мощность электродвигателя:
(2.1)
Принимается
электродвигатель АИР 132М6 ТУ 16-525.564-84.
Синхронная
частота вращения: 
Номинальная
мощность: 7,5 кВт
Максимальная
частота вращения выходного вала:
(2.2)
Минимальная
частота вращения выходного вала:
(2.3)
Угловая
скорость электродвигателя:
(2.4)
Номинальная
частота вращения:
(2.5)
3.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЕРЕДАТОЧНОГО ЧИСЛА РЕДУКТОРА
Передаточное число редуктора:
(3.1)
- для
высокой скорости
- для
низкой скорости
Передаточное
число тихоходной высокоскоростной ступени:
, (3.2)
Передаточное число быстроходной ступени:
, (3.3)
Передаточное
число тихоходной низкоскоростной ступени:
, (3.4)
4. РАСЧЕТ
ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ РЕДУКТОРА
Частота вращения I вала
привода:
(4.1)
Частота вращения II
вала привода:
(4.2)
Максимальная частота вращения III вала привода:
Минимальная
частота вращения III вала привода:
Угловая скорость I вала
привода:
Угловая скорость III
вала привода:
(4.3)
Максимальная угловая скорость III вала привода:
Минимальная
угловая скорость III вала привода:
Расчетная
мощность на I валу привода:
(4.4)
Расчетная
мощность на II валу привода:
(4.5)
Расчетная
мощность на III валу привода:
(4.6)
Вращающий момент на I валу
привода:
(4.7)
Вращающий
момент на II валу привода:
(4.8)
Вращающий
момент на III валу привода:
(4.9)
- для
максимальной скорости
- для
минимальной скорости
В
качестве материала для изготовления шестерен принимается сталь 45,
термообработка - объемная закалка, 
, 
, 
В
качестве материала для изготовления зубчатых колес принимается сталь 40,
термообработка - объёмная закалка, 
, 
,
. РАСЧЕТ
ТИХОХОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ
Для низкоскоростной передачи:
Предварительное межосевое расстояние:
, (5.1)
где
- допустимое контактное напряжение
-
базовый предел выносливости поверхностей зубьев
-
коэффициент безопасности
-
коэффициент долговечности
- базовое
число циклов до наступления предела выносливости
- срок
службы привода в часах
- срок
службы привода в годах
-
годовой коэффициент
-
суточный коэффициент
(5.2)
-
коэффициент ширины
(5.3)
-
коэффициент нагрузки
Принимается
стандартное значение 
Минимальный
нормальный модуль: 
Максимальный
нормальный модуль: 
Принимается
стандартное значение модуля: 
Суммарное
число зубьев:
(5.4)
Число
зубьев шестерни:
(5.5)
Принимается
Число
зубьев колеса:
(5.6)
Диаметр
делительной окружности:
- для
шестерни (5.7)
- для
колеса (5.8)
Диаметр
окружности вершин:
- для
шестерни (5.9)
- для
колеса (5.10)
Диаметр
окружности впадин:
- для
шестерни (5.11)
- для
колеса (5.12)
Ширина
колеса:
(5.13)
Ширина
шестерни:
(5.14)
Окружная
скорость в зацеплении:
(5.15)
Уточненный
коэффициент нагрузки:
, (5.16)
где
- коэффициент неравномерности распределения нагрузки
по длине контакта
-
коэффициент динамической нагрузки
Контактное
напряжение:
(5.17)
Контактное
напряжение не превышает допустимое 
Окружная
сила:
(5.18)
Радиальная
сила:
(5.19)
Напряжение
изгиба:
, (5.20)
где
- коэффициент, учитывающий форму зуба
- для
колеса
- для
шестерни
-
коэффициент нагрузки изгибающими напряжениями
-
коэффициент неравномерности распределения нагрузки по длине контакта
-
коэффициент динамической нагрузки
- для
колеса
- для
шестерни
Допустимое
напряжение изгиба:
, (5.21)
где
- базовый предел выносливости материала
- коэффициент
безопасности
-
коэффициент приложения нагрузки
-
коэффициент долговечности
- базовое
число циклов
эквивалентное
число циклов нагружения
Напряжения
изгиба для колеса и шестерни не превышают допустимые.
Расстояние
между основной и дополнительной осью:
(5.22)
Расстояние
между основными осями:
(5.23)
Для
высокоскоростной передачи:
Минимальный
нормальный модуль:
(5.24)
Максимальный
нормальный модуль:
(5.25)
Принимается
стандартное значение модуля: 
Суммарное
число зубьев:
(5.26)
Число
зубьев шестерни:
(5.27)
Принимается
Число
зубьев колеса:
(5.28)
Диаметр
делительной окружности:
- для
шестерни (5.29)
- для
колеса (5.30)
Диаметр
окружности вершин:
- для
шестерни (5.31)
- для
колеса (5.32)
Диаметр
окружности впадин:
- для
шестерни (5.33)
- для
колеса (5.34)
Ширина
колеса:
(5.35)
Ширина
шестерни:
(5.36)
Окружная
скорость в зацеплении:
(5.37)
Уточненный
коэффициент нагрузки:
, (5.38)
где
- коэффициент неравномерности распределения нагрузки
по длине контакта
-
коэффициент динамической нагрузки
Контактное
напряжение:
(5.39)
Контактное
напряжение не превышает допустимое
Окружная
сила:
(5.40)
Радиальная
сила:
(5.41)
Напряжение
изгиба:
, (5.42)
где
- коэффициент, учитывающий форму зуба
- для
колеса
- для
шестерни
-
коэффициент нагрузки изгибающими напряжениями
-
коэффициент неравномерности распределения нагрузки по длине контакта
-
коэффициент динамической нагрузки
- для
колеса
- для
шестерни
Допустимое
напряжение изгиба:
, (5.43)
где
- базовый предел выносливости материала
-
коэффициент безопасности
-
коэффициент приложения нагрузки
-
коэффициент долговечности
- базовое
число циклов
эквивалентное
число циклов нагружения
Напряжения
изгиба для колеса и шестерни не превышают допустимые.
. РАСЧЕТ
БЫСТРОХОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ
Минимальный
нормальный модуль:
(6.1)
Максимальный
нормальный модуль:
(6.2)
Принимается
стандартное значение модуля:
Суммарное
число зубьев:
(6.3)
Число
зубьев шестерни:
(6.4)
Принимается
Число
зубьев колеса:
(6.5)
Диаметр
делительной окружности:
- для
шестерни (6.6)
- для
колеса (6.7)
Диаметр
окружности вершин:
- для
шестерни (6.8)
- для
колеса (6.9)
Диаметр
окружности впадин:
- для
шестерни (6.10)
- для
колеса (6.11)
Ширина
колеса:
(6.12)
Ширина
шестерни:
(6.13)
(6.14)
Окружная
скорость в зацеплении:
(6.15)
Уточненный
коэффициент нагрузки:
, (6.16)
где
- коэффициент неравномерности распределения нагрузки
по длине контакта
-
коэффициент динамической нагрузки
Контактное
напряжение:
(6.17)
Контактное
напряжение не превышает допустимое
Окружная
сила:
(6.18)
Радиальная
сила:
(6.19)
Напряжение
изгиба:
, (6.20)
где
- коэффициент, учитывающий форму зуба
- для
колеса
- для
шестерни
-
коэффициент нагрузки изгибающими напряжениями
-
коэффициент неравномерности распределения нагрузки по длине контакта
-
коэффициент динамической нагрузки
- для
колеса
- для
шестерни
Допустимое
напряжение изгиба:
, (6.21)
где
- базовый предел выносливости материала
-
коэффициент безопасности
-
коэффициент приложения нагрузки
-
коэффициент долговечности
- базовое
число циклов
эквивалентное
число циклов нагружения
Напряжения
изгиба для колеса и шестерни не превышают допустимые.
.
ОРИЕНТИРОВОЧНЫЙ РАСЧЕТ ВАЛОВ
Валы изготавливаются из конструкционной углеродистой стали.
Диаметр вала:
, (7.1)
где
- предел выносливости материала
- для
вала I
- для
вала II
- для
вала III высокоскоростной передачи
- для
вала III низкоскоростной передачи
Принимаются
, 
, 
, 
.
8.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ОСОБЕННОСТЕЙ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС И ДЕТАЛЕЙ РЕДУКТОРА
Диаметр ступицы колеса:
, (8.1)
привод электродвигатель редуктор вал
- для
быстроходного колеса
- для
высокоскоростного тихоходного колеса
- для
низкоскоростного тихоходного колеса
Длина
ступицы колеса:
(8.2)
- для
быстроходного колеса
- для
высокоскоростного тихоходного колеса
- для
низкоскоростного тихоходного колеса
Принимаются
- для
быстроходного колеса
- для
высокоскоростного тихоходного колеса
- для
низкоскоростного тихоходного колеса
Толщина
обода:
(8.3)
- для
быстроходного колеса
- для
высокоскоростного тихоходного колеса
- для
низкоскоростного тихоходного колеса
Толщина
диска:
(8.4)
- для
быстроходного колеса
- для
высокоскоростного тихоходного колеса
- для
низкоскоростного тихоходного колеса
Принимаются
- для
быстроходного колеса
- для
высокоскоростного тихоходного колеса
- для
низкоскоростного тихоходного колеса
Толщина
стенки основания корпуса:
Толщина
стенки крышки корпуса:
(8.6)
Крышка
крепится к корпусу болтами с шестигранной головкой.
Диаметр
болтов:
(8.7)
Принимается
болт с резьбой М16
Расстояние
между болтами:
(8.8)
Толщина
фланца по разъёму:
(8.9)
Диаметр
фундаментного болта:
(8.10)
Принимается
болт с резьбой М20
Количество
фундаментных болтов: 
Толщина
уха у основания:
(8.11)
Высота
центров редуктора:
(8.12)
Уклон
дна принимается 1:200
Зазор
между торцами зубчатых колес:
(8.13)
Зазор
между вершинами зубьев колеса и корпусом:
(8.14)
Диаметр
болтов крепления крышек подшипников:
(8.15)
Принимается
болт с резьбой М12
. РАСЧЕТ
ШПОНОК
Длина и сечение шпонки зависят от диаметра вала.
Сечение шпонки:
- для
вала I
- для
вала II
- для
высокоскоростного вала III
- для
низкоскоростного вала III
Длина
шпонки:
(9.1)
- для
вала I
- для
вала II
- для
высокоскоростного вала III
- для
низкоскоростного вала III
Для
вала I принимается шпонка 8×7×36 ГОСТ 23360-78
Для
вала II принимается шпонка 10×8×56 ГОСТ
23360-78
Для
высокоскоростного вала III принимается шпонка 16×10×80 ГОСТ
23360-78
Для
низкоскоростного вала III принимается шпонка 22×14×110 ГОСТ
23360-78
Напряжение
при смятии:
, (9.2)
где
- глубина паза вала
- диаметр
вала
-длина
шпонки
-ширина
шпонки
- высота
шпонки
- для
вала I
- для
вала II
- для
высокоскоростного вала III
- для
низкоскоростного вала III
Напряжения
при смятии не превышают максимально допустимого 
10.
УТОЧНЕННЫЙ РАСЧЕТ ВАЛОВ
На вал 1 действуют силы
, (10.1)
(10.2)
и
реакции опор 
и 
(рисунок
10.1)
Уравнение
моментов относительно точки В:
(10.3)
Уравнение
моментов относительно точки D:
(10.4)
По
полученным значениям нагрузки строится эпюра изгибающего момента:
По
значению 
строится эпюра крутящего момента
Наиболее
опасным является сечение В.
Рисунок
10.1 Схема нагрузки вала 1
На
вал 2 действуют силы,
(10.5)
(10.6),
(10.7)
и
реакции опор и (рисунок
10.2)
Уравнение
моментов относительно точки А:
(10.8)
Уравнение
моментов относительно точки Е:
(10.9)
По
полученным значениям нагрузки строится эпюра изгибающего момента:
привод электродвигатель редуктор вал
По
значению 
строится эпюра крутящего момента
Наиболее
опасным является сечение D.
Рисунок
10.2 Схема нагрузки вала 2
На
вал 3в действуют сила
(10.10)
и
реакция опоры (рисунок 10.3)
По
полученным значениям нагрузки строится эпюра изгибающего момента:
По
значению 
строится эпюра крутящего момента
Наиболее
опасным является сечение А.
Рисунок
10.3 Схема нагрузки вала 3в
На
вал 3н действуют силы
, (10.11)
(10.12)
и
реакция опоры (рисунок 10.4)
Уравнение
моментов относительно точки С:
(10.13)
По
полученным значениям нагрузки строится эпюра изгибающего момента:
По
значению 
строится эпюра крутящего момента
Наиболее
опасным является сечение В.
Рисунок
10.4 Схема нагрузки вала 3н
В качестве материала для изготовления валов используется сталь Ст5
Общий коэффициент запаса прочности по пределу текучести:
, (10.14)
Коэффициент
запаса прочности по нормальным напряжениям:
, (10.15)
где
- предел выносливости материала при изгибе с
симметричным знакопеременном цикле нагружения
-эффективный
коэффициент концентрации напряжений (для всех валов)
-
коэффициент поверхностного упрочнения
-коэффициент,
учитывающий влияние поперечных размеров вала
- для
вала 1
- для
вала 2
- для
вала 3в
- для
вала 3н
-
амплитуда цикла нормальных напряжений, (10.16)
- момент
сопротивления сечения изгибу
- для
вала 1
- для
вала 2
- для
вала 3в
- для
вала 3н
- для
вала 1
- для
вала 2
- для
вала 3в
- для
вала 3н
-
коэффициент характеризующий чувствительность материала к асимметрии цикла
нагружения (10.17)
- среднее
напряжение цикла
- для
вала 1
- для
вала 2
- для
вала 3в
- для
вала 3н
Коэффициент
запаса прочности по касательным напряжениям:
, (10.18)
где
- предел выносливости материала при кручении с
симметричным знакопеременном цикле нагружения
-эффективный
коэффициент концентрации напряжений
-
коэффициент поверхностного упрочнения
-коэффициент,
учитывающий влияние поперечных размеров вала
- для
вала 1
- для
вала 2
- для
вала 3в
- для
вала 3н
-
амплитуда цикла касательных напряжений (10.19)
- момент
сопротивления сечения кручению (10.20)
- для
вала 1
- для
вала 2
- для
вала 3в
- для
вала 3н
- для
вала 1
- для
вала 2
- для
вала 3в
- для
вала 3н
-
коэффициент, характеризующий чувствительность материала к асимметрии цикла
нагружения (10.21)
- среднее
напряжение цикла
- для
вала 1
- для
вала 2
- для
вала 3в
- для
вала 3н
- для
вала 1
- для
вала 2
- для
вала 3в
- для
вала 3в
Общий
коэффициент запаса прочности выше минимально допустимого 
11. РАСЧЕТ И
ПОДБОР ПОДШИПНИКОВ
Для вала 1 подбирается подшипник 2305 ГОСТ 8328-75.
Эквивалентная нагрузка:
, (11.1)
где
─ максимальная радиальная нагрузка на подшипник
─
коэффициент вращения
─
коэффициент безопасности
─
температурный коэффициент
Номинальная
долговечность (в миллионах оборотов):
, (11.2)
где
- динамическая грузоподъёмность
-
коэффициент, учитывающий тип подшипника
Номинальная
долговечность (в часах):
, (11.3)
где
- частота вращения вала
Долговечность
подшипников выше установленного ресурса, который составляет 
Для вала 2 подбирается подшипник 2307 ГОСТ 8328-75.
Эквивалентная нагрузка:
, (11.4)
где
─ максимальная радиальная нагрузка на подшипник
─
коэффициент вращения
─
коэффициент безопасности
─
температурный коэффициент
Номинальная
долговечность (в миллионах оборотов):
, (11.5)
где
- динамическая грузоподъёмность
-
коэффициент, учитывающий тип подшипника
Номинальная
долговечность (в часах):
, (11.6)
где
- частота вращения вала
Долговечность
подшипников выше установленного ресурса, который составляет
Для вала 3в подбирается подшипник 2211 ГОСТ 8328-75.
Эквивалентная нагрузка:
, (11.7)
где
─ максимальная радиальная нагрузка на подшипник
─
коэффициент вращения
─
коэффициент безопасности
─
температурный коэффициент
Номинальная
долговечность (в миллионах оборотов):
, (11.8)
где
- динамическая грузоподъёмность
-
коэффициент, учитывающий тип подшипника
Номинальная
долговечность (в часах):
, (11.9)
где
- частота вращения вала
Долговечность
подшипников выше установленного ресурса, который составляет
Для вала 3н подбирается подшипник 2216 ГОСТ 8328-75.
Эквивалентная нагрузка:
, (11.10)
где
─ максимальная радиальная нагрузка на подшипник
─
коэффициент вращения
─
коэффициент безопасности
─
температурный коэффициент
Номинальная
долговечность (в миллионах оборотов):
, (11.11)
где
- динамическая грузоподъёмность
-
коэффициент, учитывающий тип подшипника
Номинальная
долговечность (в часах):
, (11.12)
где
- частота вращения вала
Долговечность
подшипников выше установленного ресурса, который составляет
. СМАЗКА
РЕДУКТОРА
В редукторе применена картерная система смазки, то есть масло заливается
непосредственно в корпус редуктора. При картерной смазке колёса редуктора
смазываются разбрызгиваемым маслом. Так как окружная скорость колёс менее
м/с то для смазывания подшипников используется пластичная смазка.
Пластичной смазкой на 1/3 заполняется пространство внутри подшипникового узла.
Данное пространство отделяется от внутренней полости корпуса мазеудерживающим
кольцом.
В качестве жидкой смазки используется индустриальное масло И-30А
ГОСТ 20799-95. В качестве пластичной смазки используется Литол-24
ГОСТ 21150-87
Для замены масла в корпусе редуктора предусмотрено специальное отверстие,
закрываемое пробкой.
Для контроля уровня масла предусмотрен жезловой маслоуказатель.
СПИСОК
ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Дунаев
П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. - М.: Высшая школа,
2000
2. Иванов
М.Н. Детали машин. - М.:Высшая школа, 2002
. Кудрявцев
В.Н. Детали машин. - Л.: Машиностроение, 1980
. Решетов
Д.Н. Детали машин. - М.: Машиностроение, 1989
5.
Проектирование механических передач. - М.: Машиностроение, 1984