Редуктор конический одноступенчатый прямозубый

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

"РЕДУКТОР КОНИЧЕСКИЙ ОДНОСТУПЕНЧАТЫЙ ПРЯМОЗУБЫЙ"

Введение

Курсовой проект это моя первая конструкторская работа, при выполнении которой я применил на практике знания общеобразовательных и общетехнических дисциплин, таких как физика, математика, техническая и теоретическая механика, детали машин, сопротивление материалов, материаловеденье машиностроительное черчение и другие.

В результате работы я должен:

1. Систематизировать, закрепить и расширить теоретические знания, а также развить расчетно-графические навыки;

2. Ознакомиться с конструкциями типовых деталей и узлов и приобрести навыки самостоятельного решения инженерно – технических задач, умения рассчитать и сконструировать механизмы и детали общего назначения на основе полученных знаний

3. Овладеть техникой разработки конструкторских документов на различных стадиях проектирования и конструирования;

4. Научиться защищать самостоятельно принятое техническое решение.

Мне предстоит рассчитать и спроектировать одноступенчатый конический прямозубый редуктор по трём параметрам: мощности, передаточному числу, и числу оборотов. (Проектирование-это разработка общей конструкции изделия, а Конструирование – это детальная разработка всех вопросов, решение которых необходимо для реальной конструкции изделия) Редуктором называют механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненных в виде отдельного агрегата и служащих для передачи вращения от вала двигателя к валу рабочей машины. Мне предстоит рассчитать и спроектировать одноступенчатый конический прямозубый редуктор. Конические редукторы применяются для передачи движения между валами, оси которых пересекаются под углом 90º. Назначение редуктора – понижение угловой скорости и соответственно повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим. Механизмы для повышения угловой скорости, выполненные в виде отдельных агрегатов, называют ускорителями или мультипликаторами. Редуктор состоит из корпуса (литого чугунного или стального), в котором помещают элементы передачи – зубчатые колеса, валы, подшипники и т.д. В отдельных случаях в корпусе редуктора размещают такие устройства для смазывания зацеплений и подшипников или устройство для охлаждения Редуктор проектируют либо для привода определенной машины, либо по заданной нагрузке (моменту на выходном валу) и передаточному числу без указания конкретного назначения.

Редукторы классифицируются по следующим признакам:

- тип передачи (зубчатые, червячные или зубчато – червячные);

- число ступеней (одноступенчатые и многоступенчатые);

- тип зубчатых колес (цилиндрические, конические, коническо – цилиндрические);

- относительное расположение валов в пространстве (горизонтальные и вертикальные);

- особенности кинематической схемы (развернутая, соосная и с раздвоенной ступенью).

1. Задание на курсовой проект и кинематическая схема

Спроектировать одноступенчатый, горизонтальный, конический редуктор (режим работы редуктора спокойный нагрузка нереверсивная, предназначен для длительной эксплуатации; работа односменная; температура окружающей среды +10…+30ºС, срок службы неограничен.) по следующим данным:

P₂=4,4 кВт

n₂=365 об/мин

u=4

Электродвигатель

1. Муфта

2. Редуктор

2. Выбор электродвигателя и кинематический расчёт

Определяем общий КПД редуктора:

Согласно [(3); таблице 1.1] принимаем:

КПД зубчатых колёс ;

КПД подшипников ;

Определяем требуемую мощность электродвигателя:

Определяем скорости на валах:

;

;

Выбираем электродвигатель:

Согласно [(3); таблице П1] выбираем двигатель с

;

;

.

Определяем вращающие моменты на валах:

4. Расчёт зубчатых колёс редуктора

Выбираем материал для шестерни и колеса согласно [(3) таблице 3.3]:

- для шестерни сталь 40Х улучшенная с твёрдостью HB 270;

- для колеса сталь 40Х с твёрдостью HB 245.

Определяем допускаемые контактные напряжения:

Согласно [(3) таблице 3.2] принимаем:

;

Согласно [(3) таблице 3.1] принимаем:

Коэффициент безопасности:

;

Коэффициент долговечности:

;

Коэффициент (При консольном расположении);

Согласно :

;

Коэффициент ширины венца по отношению к внешнему конусному расстоянию

;

Определяем внешний делительный диаметр колеса:

;

Принимаем ближайшее стандартное значение по

Определяем количество зубьев колеса и шестерни:

Принимаем число зубьев шестерни:

=25;

Определяем число зубьев колеса:

;

Проверка:

;

Отклонение от заданного нет.

Определяем внешний окружной модуль:

;

Уточняем значение ;

Отклонение от стандартного 0%.

Определяем углы делительных конусов:

Определяем внешнее конусное расстояние и длину зуба:

Определяем внешний делительный диаметр шестерни:

.

Определяем средний делительный диаметр шестерни:

.

Определяем внешние диаметры шестерни и колеса:

Определяем средний окружной модуль:

Определяем коэффициент ширины шестерни по среднему диаметру:

Определяем среднюю окружную скорость колеса:

Для конической передачи назначаем 7-ю степень точности.

Проверка контактных напряжений:

Определяем силы участвующие в зацеплении:

Определяем коэффициент нагрузки :

Определяем коэффициент формы зуба в зависимости от эквивалентных чисел зубьев:

Определяем коэффициент запаса прочности и значение предела выносливости при отнулевом цикле изгиба:

Принимаем , тогда:

Определяем допускаемое напряжение:

Для шестерни:

;

Для колеса:

.

Определяем отношение :

Для шестерни:

;

Для колеса:

Проверяем зуб колеса:

Дальнейший расчёт ведём для зубьев колеса, так как полученное отношение для него меньше.

5. Предварительный расчёт валов редуктора

Расчёт выполняется на кручение по пониженным допускаемым напряжениям.

Определяем крутящие моменты в поперечных сечениях ведущего и ведомого вала:

Определяем основные диаметры ведущего вала:

Принимаем допускаемое напряжение , тогда диаметр выходного конца:

;

Чтобы ведущий вал редуктора можно было соединить с помощью МУВП с валом электродвигателя (при )

Принимаем ,

Принимаем диаметр под подшипники .

Определяем основные диаметры ведомого вала:

Принимаем допускаемое напряжение , тогда диаметр выходного конца:

6. Конструктивные размеры шестерни и колеса

Принимаем длину посадочного участка шестерни:

.

Принимаем основные размеры колеса:

Определяем диаметр ступицы колеса:

.

Определяем длину ступицы колеса:

.

Определяем толщину обода колеса:

.

Определяем толщину диска колеса:

7. Конструктивные размеры корпуса редуктора

Определяем толщину стенок корпуса и крышки:

Корпуса:

;

Крышки:

.

Определяем толщину фланцев (поясов) корпуса и крышки:

Верхний пояс корпуса:

.

Нижний пояс корпуса:

.

Верхний пояс крышки:

.

Определяем диаметры болтов:

Определяем диаметры фундаментных болтов:

Принимаем фундаментные болты с резьбой М20

Определяем диаметры болтов крепящих крышку к корпусу у подшипника:

Принимаем болты с резьбой М14

Определяем диаметры болтов соединяющих крышку с корпусом редуктора:

Принимаем болты с резьбой М10

8. Предварительная компоновка редуктора

Выбираем подшипники:

Выбираем роликоподшипники конические однорядные лёгкой серии

по [(3); таблице П7]

Ведущий вал

Ведомый вал

Определяем а₁ [(3) формула 9.11]:

.

Определяем размер от среднего диаметра шестерни до реакции

подшипника f₁:

.

Определяем размер между реакциями подшипников с₁:

;

.

Замеряем расстояния :

.

Определяем размеры f₂ и с₂:

;

.

9. Проверка долговечности подшипников

Проверка долговечности подшипников ведущего вала:

Определяем реакции в плоскости xz:

Определяем реакции в плоскости yz:

Определяем суммарные реакции:

Определяем осевые составляющие радиальных реакций:

Для подшипников 7206 параметр осевого нагружения e=0,36 .

Определяем осевые нагрузки по :

Рассчитываем правый подшипник, т. к. он более нагружен:

Определяем эквивалентную нагрузку:

Определяем расчётную долговечность в млн. об:

Определяем расчётную долговечность в ч:

Найденная долговечность приемлема.

Расчёт ведущего вала (рис 2)

Определяем момент М_у:

;

.

Определяем момент М_х:

;

Определяем момент Т:

Проверка долговечности ведомого вала.

Определим основные данные:

Определяем реакции в плоскости xz:

;

Определяем реакции в плоскости yz:

Определяем суммарные реакции:

Рассчитываем четвёртый подшипник:

Выбираем четвёртый подшипник т. к. он больше нагружен.

Определяем эквивалентную нагрузку:

.

Определяем расчётную долговечность в млн. об:

Определяем расчётную долговечность в ч:

Найденная долговечность приемлема.

Расчёт ведомого вала (рис 3)

Определяем момент М_у:

;

.

Определяем момент М_х:

;

Определяем момент Т:

10. Проверка прочности шпоночных соединений

Шпоночные соединения проверяем на смятие. Материал шпонки: Сталь 45 нормализованная. допускаемое напряжение при стальной ступице:

[s_см]=100¸120 МПа

Выбираем шпонки по [(3); табл. 8.9.]:

Шпонка на выходном конце ведущего вала:

Длина шпонки:

Принимаем =40 мм

Проверяем шпонку на смятие:

Шпонка на выходном конце ведомого вала:

Длина шпонки:

Принимаем

Проверяем шпонку на смятие:

Шпонка для крепление колеса на ведомом валу:

Длина шпонки:

Принимаем

Проверяем шпонку на смятие:

Выбранные шпонки выдерживают напряжения смятия.

11. Уточнённый расчёт валов

Выбираем материал валов:

Сталь 40Х улучшенная () [(3); табл. 3.3.].

Определяем пределы выносливости:

;

.

Рассчитываем ведущий вал:

Расчёт ведём для наиболее опасных сечений, в которых действуют наибольшие моменты, т.е. сечение под подшипником, ближайшее к шестерне и сечение при передаче вращающего момента от электродвигателя через муфту.

Рассчитываем сечение под подшипником, ближайшее к шестерне:

Определяем изгибающие моменты:

;

.

Определяем суммарный изгибающий момент:

Определяем момент сопротивления сечения:

.

Определяем амплитуду нормальных напряжений:

.

Определяем коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:

по [(3); табл. 8.7.],

Определяем полярный момент сопротивления:

.

Определяем амплитуду и среднее напряжение цикла касательных напряжений:

.

Определяем коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:

по [(3); табл. 8.7.]; по[(3); стр. 166].

.

Определяем коэффициент запаса прочности:

Найденное значение достаточно, прочность обеспечена.

Рассчитываем сечение при передаче вращающего момента от электродвигателя через муфту.

Определяем изгибающие моменты:

;

.

Определяем суммарный изгибающий момент:

Определяем момент сопротивления кручению:

Определяем момент сопротивления изгибу:

Определяем амплитуду нормальных напряжений:

.

Определяем коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:

по [(3); табл. 8.5.]; по [(3); табл. 8.8.];

Определяем амплитуду и среднее напряжение цикла касательных напряжений:

.

Определяем коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:

по [(3); табл. 8.5.]; по [(3); табл. 8.8.]; по[(3); стр. 166].

.

Определяем коэффициент запаса прочности:

Найденное значение достаточно, прочность обеспечена.

Рассчитываем ведомый вал:

Расчёт ведём для наиболее опасных сечений, в которых действуют наибольшие моменты, т.е. сечение под подшипником, ближайшее к колесу, сечение под колесом и сечение при передаче вращающего момента на агрегат через муфту.

Рассчитываем сечение под подшипником, ближайшее к колесу

Определяем изгибающие моменты:

;

.

Суммарный изгибающий момент:

Момент сопротивления сечения:

.

Амплитуда нормальных напряжений:

.

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:

по [(3); табл. 8.7.].

.

Полярный момент сопротивления:

.

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений:

.

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:

по [(3); табл. 8.7.]; [(3); стр. 166].

.

Коэффициент запаса прочности:

Найденное значение достаточно, прочность обеспечена.

Рассчитываем сечение при передаче вращающего момента от электродвигателя через муфту.

Определяем изгибающие моменты:

;

.

Определяем суммарный изгибающий момент:

Определяем момент сопротивления кручению:

Определяем момент сопротивления изгибу:

Определяем амплитуду нормальных напряжений:

.

Определяем коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:

по [(3); табл. 8.5.]; по [(3); табл. 8.8.];

Определяем амплитуду и среднее напряжение цикла касательных напряжений:

.

Определяем коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:

по [(3); табл. 8.5.]; по [(3); табл. 8.8.]; по[(3); стр. 166].

.

Определяем коэффициент запаса прочности:

Найденное значение достаточно, прочность обеспечена.

Рассчитываем сечение под колесом

Определяем изгибающие моменты:

;

.

Определяем суммарный изгибающий момент:

Определяем момент сопротивления кручению:

Определяем момент сопротивления изгибу:

Определяем амплитуду нормальных напряжений:

.

Определяем коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:

по [(3); табл. 8.5.]; по [(3); табл. 8.8.];

Определяем амплитуду и среднее напряжение цикла касательных напряжений:

.

Определяем коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:

по [(3); табл. 8.5.]; по [(3); табл. 8.8.]; по[(3); стр. 166].

.

Определяем коэффициент запаса прочности:

Найденное значение достаточно, прочность обеспечена.

12. Выбор посадок

Посадка подшипников на вал:

Посадку производят в системе отверстий, так как подшипник – готовое изделия и идёт на сборку без дополнительной механической обработки. В связи с тем что внутренние кольца подшипников нерегулируемые и нагрузка циркуляционная, то назначаем отклонение вала к6 по [(3); табл. 9.11 и 10.13]

Посадку подшипников в корпус:

Посадку производим в системе вала, назначаем отклонение отверстия Н7, это вызвано стремлением равномерный износ дорожек качения, так как нагрузка местная по [(3); рекомендация 9.5]

Посадку мазеудерживающих колец назначаем h6

Посадку стакана в корпус назначаем H7/h7

Посадку зубчатого колеса на вал h6

Распорные втулки на вал назначаем H7/k6

Поле допуска ширины шпоночного паза Р9

Поле допуска ширины зубчатого колеса назначаем Js9, т. к. передача не реверсивная.

Поле допуска вала под манжетой назначаем h7

13. Выбор сорта масла

Смазывание зубчатого зацепления производится окунанием зубчатого колеса в масло, заливаемое внутрь корпуса до погружения колеса на всю длину зуба.

По [(1) табл. 10.8] устанавливаем вязкость масла. При контактных напряжениях =МПа и средней скорости = м/с вязкость масла должна быть приблизительно равна 210^-6м²/с. По [(3); табл. 10.10] принимаем масло индустриальное И-30А по [ГОСТ 20799–75*]

Подшипники смазываем пластичным смазочным материалом, закладываемым в подшипниковые камеры при монтаже. Сорт мази выбираем по [(1) табл. 9.14] – солидол марки УС-2.

Уровень масла в корпусе: 0,25 л на 1 кВт мощности, а у нас 5,5 кВт, следовательно, запас масла требуемый для охлаждения равен 1,375 л. Рассчитаем высоту запаса требуемого на охлаждение Lbh=V, следовательно для V=1,375 л h=V/bh=1,375/1,2*2,47=0,46 см=46 мм. Т. к. зуб конического колеса должен быть полностью погружен в масло, то уровень надо увеличить на 34 мм, следовательно, уровень масла будет равен 80 мм.

Определим количество масла V=Lbh=1,2*2,47*0,8=2,3712 л.

14. Сборка редуктора

Перед сборкой внутреннюю полость корпуса редуктора тщательно очищают и покрывают маслостойкой краской.

Сборку производят в соответствии со сборочным чертежом редуктора, начиная со сборки валов.

На ведущий вал насаживают мазеудерживающее кольцо, затем подшипник устанавливают на вал, предварительно нагрев его в масле до 80–100 °С, затем надевают распорную втулку и стакан, далее насаживают второй подшипник. Устанавливают втулку, многолапчатую шайбу, прижимают шлицевой гайкой и загибают лапки в шлицевые пазы.

В ведомый вал закладывают шпонку и напрессовывают зубчатое колесо до упора в бурт вала; затем устанавливают распорную втулку, мазеудерживающие кольца и устанавливают подшипники.

Собранные валы укладывают в основание корпуса редуктора и надевают крышку, предварительно покрытую спиртовым лаком. Для обеспечения центровки крышку устанавливают с помощью двух конических штифтов и затягивают болты, крепящие крышку к корпусу.

После этого в подшипниковые камеры закладывают пластичную смазку и ставят крышки подшипников с комплектом металлических прокладок для регулировки. Их устанавливают под фланцы крышек подшипников и между корпусом и фланцем стакана.

Затем устанавливают крышки и проверяют проворачивание валов, отсутствие заклинивания подшипников (валы должны поворачиваться от руки) и закрепляют крышки винтами.

Затем вворачивают маслоспускную пробку в отверстие с прокладкой.

Заливают в корпус масло и закрывают смотровое окно крышкой с резиновой прокладкой, закрепляют крышку винтами. Заворачивают контрольную пробку.

Собранный редуктор обкатывают и испытывают на стенде по программе, устанавливаемой техническими условиями.

Заключение

В результате работы я систематизировал, закрепил и расширил теоретические знания, ознакомился с конструкциями типовых деталей и узлов, научился самостоятельно принимать и защищать решения инженерно – технических задач, рассчитывать и конструировать механизмы и детали общего назначения на основе полученных знаний, овладеть техникой разработки конструкторских документов на различных стадиях проектирования и конструирования.

Разработанный мной редуктор имеет:

1. Габаритные размеры

2. Внешнее конусное расстояние

3. Среднюю окружную скорость колеса

4. Малую массу.

Также я произвёл расчёт основных элементов на прочность, жёсткость и устойчивость.

Этот проект поможет мне в будущем в выполнении дипломной работы и в дальнейшем непосредственно на производстве.