265

Расчет цилиндрически-червячного редуктора

Курсовая

Производство и промышленные технологии

Определение общего передаточного отношения механизма от двигателя до выходного вала. Предварительный выбор электродвигателя. Построение кинематической схемы механизма. Расчет геометрии цилиндрического прямозубого колеса.

Русский

2012-11-14

261 KB

59 чел.

Задание на курсовой проект

Шифр 100103

Вариант 03

Нагрузочный момент на выходном валу, Мвых (Н·м)

0,35

Тип передач в редукторе

Червячная, цилиндрическая прямозубая

Критерий оптимизации кинематической схемы

минимум габаритов

Частота вращения выходного вала,  nвых (об/мин)

2


Аннотация

Данным курсовым проектом является расчет и конструирование редуктора приборного механизма. В процессе которого ведется разработка кинематической схемы по критерию оптимизации габаритов, а так же непосредственное проектирование шести ступенчатого редуктора с червячной и цилиндрическими передачами на основе индивидуального задания.

Пояснительная записка состоит из:

№№ - страниц печатного текста;

№№ - таблиц;

№№ - рисунков.

Графическая часть выполнена листе формата А1 и 2 листах формата А3 и содержит:

  1.  Общий вид редуктора (сборочный чертеж) – 1 лист формата А1;
  2.  Чертеж цилиндрического колеса – 1 лист формата А3;
  3.  Чертеж выходного вала – 1 лист формата А3.


Содержание

  1.  Кинематический расчет механизма
  •  Предварительный выбор электродвигателя
  •  Построение кинематической схемы механизма
  •  Назначение числа зубьев колес
  1.  Силовой расчет механизма
  2.  Расчет передач на прочность
  •  Выбор материала
  •  Проектировочный расчет зубчатых колес на изгибную прочность
  •  Расчет на контактную прочность
  1.  Расчет геометрии цилиндрического прямозубого колеса
  2.  Размеры конструкции зубчатого колеса
  3.  Расчет и конструирование вала
  4.  Расчет подшипников качения


Кинематический расчет механизма

Определение общего передаточного отношения механизма от двигателя до выходного вала:

                                                                                                              (1) где: nвых - частота вращения выходного вала механизма, об/мин;                     nдв – частота вращения вала электродвигателя, об/мин.

Предварительный выбор электродвигателя

В случае работы электропривода при неизменной или малоизменяющейся нагрузке двигатель выбирается по номинальной мощности:

 (Вт)                                           (2) где:

       минимально необходимая мощность двигателя, Вт;                               Мвых – нагрузочный момент сил на выходном валу, Н·м;                                  nвых. – частота вращения выходного вала, об/мин;                                            общ. – общий к.п.д. передач от двигателя до выходного вала;                               - коэффициент запаса, учитывающий влияние динамических нагрузок в механизме.                                                                                                                    = 1,05…1,5; общ. =0,5…0,7; принимаем = 1,05 и общ. =0,7.                       По найденной мощности выбрали тип двигателя из каталога: СЛ-521, частота вращения 13000 об/мин.

Тогда .

Разбивку общего передаточного отношения по ступеням производят в зависимости от условий предъявляемых к механизму и заданного типа передач:

,                                                                                                            (3)

где: Ui – передаточное отношение одной ступени;                                          Uобщ – общее передаточное отношение механизма;
iопт – оптимальное число ступеней, определяемое по формуле:
при условии минимизации габаритов механизма:

iопт = 1,85 · lg Uобщ = 1,85·lg6500=7,0539                                                             (4)

Если в механизм входят червячные передачи, то учитывая возможность воспринимать ими большие нагрузки, iопт  можно уменьшить.
В связи с этим примем
iопт =6.

Величины передаточных отношений принимаются следующими:

Uцил. = 1…8  (10);                                                                                                   (6)

Uчерв. = 8…80.                                                                                                         (8)

Разбивка общего передаточного отношения механизма осуществляется в  соответствии с уравнением (9):

                                                                                                    (9)

Uцил, Uчерв - передаточные отношения цилиндрической и червячной передач в механизме;

k,m, - число цилиндрических и червячных передач в механизме.

Обозначим: m=1; а значит k=5;
Тогда по формуле (9): ;
С учетом (6) и (8) получим, что
Uцил=3; Uчерв=26,75.

Построение кинематической схемы механизма

Уточнение К.П.Д. редуктора:

общ.  = пер. ∙ подш.,                                                                                              (10)
причем:      
пер. = ацил.пр. · dчерв.  ,                                                                     (11)
где:
пер – К.П.Д. всех передач, имеющихся в механизме;
a,d, - число одноименных передач;

Можно принять:

цил. = 0,95…0,99;
черв. = 0,68…0,92;
подш. = lп.п. – к.п.д. подшипников;  
п.п.  = 0,99 – для одной пары шарикоподшипников;
lчисло пар подшипников;

При l=7, цил. = 0,99, черв. = 0,79; подш. = 0,997=0,9321,
пер. = 0,995·0,79=0,7513, общ. =0,9321·0,7513=0,7003 .

Подставляем полученное значение К.П.Д. в формулу (2):

(Вт)

Выбранный предварительно электродвигатель пригоден для проектируемого механизма.

Рис.1 Кинематическая схема рассчитываемого механизма

Назначение числа зубьев колес

1) Цилиндрическая передача:

Примем
Z1 = 17, тогда из формулы написанной выше при Uцил =3, получаем Z2 = 51.

Uчерв.

Z1

Z2

7 – 13

4

28 –52

14 – 27

2

28 - 54

28 – 40

2 – 1

28 - 80

40 и более

1

40 и более

2) Червячная передача:
Для червячной передачи число заходов червяка
Z1 и число зубьев на червячном колесе Z2 выбираем с помощью таблицы:

При Uчерв=26,75; Z1 = 2(червяк), Z2 = 54(колесо).

Силовой расчет механизма

    (Н∙м)                                                                           (15)
где:
Мвых-1 искомый крутящий момент;
Мвых – известный крутящий момент на последующем валу;
Uпер. – передаточное отношение между валами;
подш. – К.П.Д. подшипников на валу;
пер. – К.П.Д. передачи между валами.

1) Крутящий момент на 5 валу:
      
2) Крутящий момент на 4 валу:

3) Крутящий момент на 3 валу:

4) Крутящий момент на 2 валу:

5) Крутящий момент на входе:

Расчет передач на прочность

1)Выбор материала для рассчитываемых элементов и определение допускаемых значений.

На данный механизм оказывается нагрузка в постоянном направлении, значит [δ]0 = [δ]F.

С помощью таблицы определили материалы и допускаемые напряжения на контактную прочность и на изгиб:

Вид передачи

Шестерня, червяк

Колесо

Материал

(марка стали)

Напряжение;

106 Па

Материал

Напряжение;

106 Па

Е

[δ]0

[δ]k

Е

[δ]0

[δ]k

Цилиндрическая прямозубая

45

2,1·105

180

460

Сталь 35

2,1·105

160

390

Червячная

40Х

2,1·105

300

715

БрАЖ9-4

105

80

180

2)Проектировочный расчет зубчатых колес на изгибную прочность.

Модуль зацеплений определяется:
а) для цилиндрических прямозубых колес
                                                                                          (16)
М – момент на рассчитываемом колесе;
К
к – коэффициент неравномерности нагрузки по ширине колеса;
К
g - коэффициент динамической нагрузки зубчатых передач;
YF - коэффициент прочности зубьев;
Z - число зубьев на рассчитываемом колесе;
bm – коэффициент, равный отношению зубчатого венца к модулю.

На выходе, шестой вал (колесо цилиндрической передачи):
   (мм)
где приняли К
к=1,5; Кg=1,1; YF=3,73; Ψbm=6; [σ]F=160 Па.

б) для червячного колеса

                        (20)

М – момент на рассчитываемом колесе;
К
к – коэффициент неравномерности нагрузки по ширине колеса;
К
g - коэффициент динамической нагрузки зубчатых передач;
YH - коэффициент прочности зубьев;
Z - число зубьев на рассчитываемом колесе;
g- коэффициент диаметра червяка;
- угол подъема линии витка червяка.

На втором валу (колесо червячной передачи):
    (мм)
где приняли К
к=1,5; Кg=1,1; YH=3,73; q=6,3; [σ]F=80 Па;
q = Z1/tgϒ => tgϒ=Z1/q=2/6,3=0,31746 => ϒ≈17o.
Далее выбираем ближайшие большее стандартное значение модуля по СТ СЭВ 310-76:

а) для цилиндрического прямозубого колеса m = 0,4 (мм);

б) для червячного колеса m = 0,1 (мм).

В приборостроении обычно расчет на контактную прочность применяется в качестве проверочного. В этом случае определяются действующие контактные напряжения и сравниваются с допускаемыми.

для цилиндрических прямозубых колес:
                                                             (24)

где:  Еп - приведенный модуль упругости, Па:

   ( Па)                                                    (31)                                                                              

Е1 – модуль упругости материала шестерни, червяка;

Е2 - модуль упругости материала колеса.

М - момент на рассчитываемом колесе, Нм;

а - межосевое расстояние, мм:

 (мм)                                          (28)
cosβ = cos00 =1;

b - ширина зуба колеса (мм):

Ψbm=b/m=6; b= Ψbmm=6∙0,4=2,4 (мм);

α – угол эвольвентного зацепления, α=20о.

                 (Па)

 δк=1,02601 ∙106 Па ≤ [σ]к=390∙106 Па.

Расчет геометрии цилиндрического прямозубого колеса

Делительное межосевое расстояние Q равно:

Q=0,5∙m(Z1+Z2);                                                                                              (32)    где:   Z1 - число зубьев шестерни;
Z2 - число зубьев  колеса.
Q=0,5∙0,4∙(17+51)=13,6 (мм);

Диаметр вершин зубьев d:
d= m(Z+2);                                                                                                        (33)
d= 0,4∙(51+2) = 21,2 (мм);

Диаметр  впадин зубьев d:
d=m∙(Z-2,5);                                                                                                      (34)
d=0,4∙(51-2,5) = 19,4 (мм);

Делительный диаметр d:

d= mZ;                                                                                                                (35)

d= 0,4∙51 = 20,4 (мм);

Толщина зуба по делительной окружности:
;                                                                                                              (36)

   (мм);

Высота зуба h:

h = m(2+C);                                                                                                       (37)

где   C - коэффициент радиального зазора:

C=0,5 при   m0,5 мм;

h = 0,4∙(2+0,5) = 1 (мм);

Высота головки зуба h:

h=m;                                                                                                           (38)

ha = 0,4 (мм);

Высота ножки зуба h:

h= m(1+С);                                                                                                       (39)

h= 0,4(1+0,5) = 0,6 (мм);

параметр

Q

da

df

d

C

h

ha

hf

размер, мм

13,6

21,2

19,4

20,4

0,628

0,5

1

0,4

0,6

Размеры конструкции зубчатого колеса

Рис.2 Конструкция цилиндрического прямозубого колеса.

Размеры конструкции зубчатых колес определяются с помощью следующих соотношений:

Посадочный диаметр колеса:

d≈(12..15)∙m ;                                                                                 (41)

d≈ 12∙0,4 = 4,8 (мм);

Диаметр ступицы колеса:

 d≈ 1,5∙d;                                                                                               (стр 66)

d≈ 1,5∙4,8 = 7,2 (мм);

Ширина зуба колеса:

b ≈ (5..6)∙m;                                                                                                      (42)

b ≈ 6∙0,4 = 2,4 (мм);

Размер стенки между венцом и ступицей:

с = 0,5∙(S+Sст)                                                                                               (стр 66)

где: S = 2,2∙m+0,05∙b = 2,2∙0,4+0,05∙2,4=1

Sст = 0,5∙(dст - db) = 0,5∙(7,2-4,8) = 1,2

с = 0,5∙(1+1,2)=1,1 (мм)

Диаметр поднутрения:

dp ≈ 0,9∙mZ;                                                               (44)

dp ≈ 0,9∙0,4∙51 = 18,36 (мм);

Длина ступицы:

lcm ≈ 1 ∙ d;                                                                                                     (стр66)

lcm ≈ 1 ∙4,8 =4,8  (мм);

Размеры  l и   берут равными

;                                                                                       (46)

(мм);

Максимальный диаметр облегчающих отверстий:

;                                                                                      (47)

(мм);

Размер h  берут постоянным:

h = ;                                                                   (48)

h =  (мм);

Диаметр центров отверстий:

d;                                                                      (49)

d (мм);

Число облегчающих отверстий  выбирают K из соотношения:

;                                                                                               (50)

;

Число облегчающих отверстий К=4.

Расчет и конструирование вала

1)Определим силы, возникающие в зубчатых зацеплениях:

- окружная сила цилиндрической шестерни:

Ft =  (Н);                                                                         (51)

где: М – крутящий момент на рассчитываемом валу;

d – диаметр делительной окружности.

- радиальные силы:

Fr = Ft ·tgα = 34,3 ∙ 0,36397 = 12,5 (Н);                                                            (52)

при α = 200, tg α = 0,36397;

2)Определяем реакции в опорах вала:

- для вертикальной плоскости проекций:

отсюда:

   (Н)

отсюда:

   (Н)

- для горизонтальной плоскости проекций:

отсюда:

   (Н)

отсюда:

   (Н)

Знаки минус указывают на то, что реакции должны быть направлены в противоположную сторону по сравнению с тем, как показано на рисунке №3.

Расчет изгибающих моментов выполняется по следующим формулам:

l=3∙2,4+4∙0,5+2,8 =12 (мм);

L=12+6=18 (мм).

- вертикальная плоскость:

Мизг1 = 0;

Мизг2 = Fa = 20∙6 = 120 (Нмм);

Мизг3 = 1,5∙aF - 0,5∙aRав = 1,5∙6∙20 - 0,5∙6∙36,25 = 180 – 108,75 = 71,25 (Нмм);

Мизг4 = 2∙aF-aRав = 2∙6∙20 - 6∙36,25 = 240 – 217,5 = 22,5 (Нмм);

Мизг5 =2,5∙aF-1,5∙aRав+0,5∙а∙Fr =2,5∙6∙20 – 1,5∙6∙36,25+ 0,5∙6∙12,5=

=300 – 326,25 + 37,5 = 11,25 (Нмм);

Мизг6 =3∙aF-2∙aRав+а∙Fr = 3∙6∙20 – 2∙6∙36,25+ 6∙12,5 = 360 – 435 +75 = 0 (Нмм);

- горизонтальная плоскость:

Мизг1 = 0;

Мизг2 = 0,5∙aRаг = 0,5∙6∙17,15 = 51,45 (Нмм);

Мизг3 = aRаг = 6∙17,15 = 102,9 (Нмм);

Мизг4 = 1,5∙а∙ Rаг - 0,5∙а∙Ft = 1,5∙6∙17,15 - 0,5∙6∙34,3 = 154,35 - 102,9 = =51,45(Нмм);

Мизг5 = 2∙а∙ Rаг - а∙Ft =2∙6∙17,15 - 6∙34,3 = 205,8 – 205,8 = 0(Нмм);

Рис.3 Построение эпюр

Крутящий момент определяется:

Мкр = Ftd/2 = 34,3∙20,4/2 ≈350 (Нмм);

Наиболее опасным является изгибающий момент на колесе, поэтому суммарный изгибающий момент рассчитывается по формуле:

(Нмм);

Приведенный расчетный момент:

(Нмм)

Диаметр вала:

(мм)

Расчет подшипников качения

Приведенная нагрузка:

Q = ,                                      (65)

где: - коэффициент при вращении внутреннего кольца подшипника;

=1 – температурный коэффициент при температуре   t < 100ºC.

Коэффициент безопасности   определяется по зависимости:

.                                                            (67)

W = 125 – коэффициент перегрузки при легких ударах;

= 1+0,94∙(125-100)/100 = 1+0,94∙0,25 = 1,235;

где  

   (Н)

     (Н)

  (Н)

Q = 43,8∙1∙1∙1,235 ≈ 54,1 (Нмм).

Расчетная динамическая грузоподъемность подшипника   равна:

Срас =                                                                                                                         (68)

где: n – частота вращения, об/мин;

Lk = 20000 часов – долговечность работы;

Срас =   

Срас ≤ С                                                                                                            (69)
72,4 ≤ 200
Размеры подшипника 1000091:

d = 1 мм;

D = 4 мм;

В = 1,6 мм.


Nдв


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

7631. Моделі успішного фахівця: складові та напрями реалізації в умовах конкурентних відносин 443 KB
  Моделі успішного фахівця: складові та напрями реалізації в умовах конкурентних відносин. Конкурентне середовище як умова формування моделей успішного фахівця. Класифікація моделей конкурентної поведінки фахівця у соціальному середовищі...
7632. Конкурентна поведінка молодого фахівця у соціальному середовищі 139 KB
  Конкурентна поведінка молодого фахівця у соціальному середовищі. Соціологічні характеристики конкуренції на ринку праці. В житті кожної людини надходить час, коли потрібно шукати роботу. І таке трапляється не один раз, а декілька. Спочатку по ...
7633. Соціалізація та професійна адаптація молодого фахівця у процесі трудової діяльності 211.5 KB
  Соціалізація та професійна адаптація молодого фахівця у процесі трудової діяльності. Теоретичні основи соціалізаційних процесів в умовах трудової діяльності. По закінченні загальноосвітнього навчального закладу в житті молодої людини розпочина...
7634. Соціальні технології планування і реалізації професійної кар’єри 273 KB
  Соціальні технології планування і реалізації професійної кар’єри. Соціальна сутність та зміст професійної кар’єри успішного фахівця. Соціальні умови, зміст та форми успішної реалізації професійної кар’єри. Соціальні ...
7635. Правові засади формування кадрових ресурсів 90 KB
  Правові засади формування кадрових ресурсів. План Поняття зайнятості населення. Правове регулювання працевлаштування громадян України Державні гарантії права на вибір виду зайнятості в Україні Поняття працевлаштування та його право...
7636. Правові засади працевлаштування 310.5 KB
  Правові засади працевлаштування. План Поняття трудового договору Зміст  трудового договору Загальний порядок прийняття на роботу Види трудового договору Переведення на іншу роботу Припинення трудового договору...
7637. Правові засади соціального партнерства. Колективний договір 91.5 KB
  Правові засади соціального партнерства. Колективний договір. План Поняття колективного договору Поняття колективних угод та їх види Колективні переговори по укладенню колективного договору Порядок укладення колективного догов...
7638. Завдання і зміст підготовки виробництва нової продукції 43.44 KB
  Основним фактором успіху нового продукту є наявність на підприємстві ефективної системи планування, що охоплює всі етапи розробки продукту...
7639. Зміст і предмет організації виробництва 24.71 KB
  Зміст і предмет організації виробництва В нових ринкових умовах господарювання підприємство несе повну відповідальність за результати своєї роботи. А це вимагає від них адекватної зміни в підготовці спеціалістів. Основна мета підприємства - це ...