333

Расчет редуктора в выбранном электродвигателе

Контрольная

Производство и промышленные технологии

Пределы выносливости при симметричном цикле изгиба для материала шестерен. Межосевое расстояние из условия контактной прочности зубьев. Ориентировочный расчет валов редуктора. Коэффициенты запаса прочности для предположительно опасных сечений каждого вала.

Русский

2012-11-14

5.16 MB

49 чел.

Исходные данные.

  •  Окружное усилие на тягловых звездочках
  •  Окружная скорость звездочек
  •  Шаг тяговых цепей
  •  Число зубьев звездочек

Расчет и конструирование.

  1.  Выбор электродвигателя.

КПД звеньев передачи:

КПД муфты

КПД зубчатой пары

КПД подшипников

КПД цепной передачи

Общий КПД привода:

Требуемая мощность электродвигателя:

Выбираем двигатель АОС2-32-6 со скоростью вращения вала            и мощность

  1.  Кинематический расчет

Окружная скорость звездочек:

Выразим из этого выражения частоту вращения тихоходного вала:

Принимаем общее передаточное отношение редуктора равное:

Принимаем

  1.  Расчет зубчатых передач редуктора:

Разбиваем передаточные отношения редуктора по ступеням:

  •  Быстроходная ступень  (Согласно ГОСТ 2185-66)
  •  Тихоходная ступень  (Выбираем нестандартное значение отношение, так как стандартное не может обеспечить необходимое передаточное отношение).

Частоты вращения валов:

  •  Ведущий (быстроходный) вал
  •  Промежуточный вал
  •  Ведомый (тихоходный) вал:

Угловые скорости валов:

  •  Ведущий вал
  •  Промежуточный вал 
  •  Ведомый вал

Быстроходную передачу принимаем косозубой.  Тихоходную – прямозубой.

Выбор материалов передач.

Материал для шестерни выбираем исходя из желания получить максимально компактный редуктор:

Выбираем сталь с повышенными механическими свойствами:

Таблица1.

Характеристики материала колес.

Шестерни  и

Колеса  и

Марка стали

40Х

40Х

Термообработка

Улучшение

Нормализация

Предел прочности

Предел текучести

Твердость HB

Пределы выносливости при симметричном цикле изгиба для материала шестерен:

В качестве расчетного значения принимаем .

Для материала колес:

Принимаем .

Допустимые напряжения изгиба для зубьев шестерен, принимая :

для зубьев колес, принимая :

Допустимые контактные напряжения для колес  при коэффициенте режима :

Вращающие моменты на валах редуктора:

  •  Быстроходный вал:
  •  Промежуточный  вал:
  •  Тихоходный вал:
  1.  Расчет тихоходной ступени.

Определим межосевое расстояние из условия контактной прочности зубьев.

Из условия сносности .

Расчет начинаем с тихоходной ступени, так как она более нагружена. Межосевое расстояние определим по формуле:

где:

 приняв предварительно , получим:

коэффициент ширины;

прямозубое колесо.

Подставляя значения, получим:

Принимаем по ГОСТу 2185-66

Число зубьев и модуль зацепления.

Модуль:

Принимаем

Число зубьев шестерни:

Принимаем  .

Число зубьев колеса:  Принимаем

Проверка по межосевому расстоянию:

Основные размеры зубчатой пары:

Окружная скорость колеса:

Назначаем 9-ю степень точности изготовления зубьев зубчатых колес тихоходной пары.

Уточняем коэффициент нагрузки:

При  и несимметричном расположении колес принимаем  при  и 9-й степени точности

Проверим расчетные контактные напряжения при принятых размерах передачи и уточненной величине коэффициента нагрузки:

где:

После подстановки имеем:

Перенапряжение составляет:

Знак «-» говорит о том, что перенапряжение отсутствует, а запас по контактным напряжениям составляет 0,24%, что означает практическое равенство допустимых напряжений расчетным.

Силы действующие в зацеплении:

Окружное усилие:

Радиальное усилие

Проверяем прочность зубьев по напряжениям изгиба.

Коэффициенты формы зубьев:

Для шестерни ; 

Для колеса  

Производим сравнительную оценку прочности на изгиб зубьев шестерни и колеса:

Для шестерни:

Для колеса:

Дальнейший расчет ведем по зубу шестерни как менее прочному.

  1.  Расчет быстроходной ступени.

Число зубьев и модуль зацепления.

Модуль по нормали:

Принимаем

Число зубьев шестерни:

Принимаем  .

Число зубьев колеса:  Принимаем

Уточняем угол :

Проверяем условие:

следовательно, условие выполняется.

Основные размеры зубчатой пары:

Проверка по межосевому расстоянию:

Окружная скорость колеса:

Назначаем 9-ю степень точности изготовления зубьев зубчатых колес тихоходной пары.

Уточняем коэффициент нагрузки:

При  и несимметричном расположении колес принимаем  при  и 9-й степени точности

Проверим расчетные контактные напряжения при принятых размерах передачи и уточненной величине коэффициента нагрузки:

Где:

После подстановки имеем:

где  для косозубого колеса (для прямозубого )

Силы, действующие в зацеплении:

Окружное усилие:

Радиальное усилие

Осевое усилие

Фиктивные числа зубьев:

Проверяем прочность зубьев по напряжениям изгиба.

Коэффициенты формы зубьев:

Для шестерни ; 

Для колеса  

Производим сравнительную оценку прочности на изгиб зубьев шестерни и колеса:

Для шестерни:

Для колеса:

Дальнейший расчет ведем по зубу шестерни как менее прочному.

  1.  Ориентировочный расчет валов редуктора.

Крутящие моменты:

Предварительно примем предел прочности материала при кручении

Быстроходный вал:

 

Принимаем

Промежуточный вал:

 

Принимаем

Ведомый вал:

 

Принимаем

Основные параметры редуктора сводим в таблицу 2.

Таблица 2.

Основные параметры редуктора

Параметры

Быстроходная ступень

Тихоходная ступень

Модность на ведущем валу

Необходимое общее передаточное число редуктора

47

Необходимые передаточные числа ступеней редуктора

8

5,875 (47/8)

Угловые скорости:

ведущего (быстроходного) вала

промежуточного вала

ведомого (тихоходного) вала

Тип передачи

Косозубая

Прямозубая

Межосевое расстояние

мм

Окружные скорости

2,763 м/с

0,448 м/с

Модуль

Число зубьев шестерни

Число зубьев колеса

Реальные передаточные числа

Угол наклона зубьев колес

8°6'35" (8,10961°)

Коэффициенты ширины колес

Диаметры делительных окружностей

шестерен

55,556 мм

72 мм

колес

444,444 мм

428 мм

Ширина

шестерен

55 мм

110 мм

колес

50 мм

100 мм

Реальное передаточное число редуктора

Погрешность относительно реального передаточного числа

1,17%

Продолжение таблицы 1

Силы, действующие в зацеплении

Окружное усилие

Радиальное усилие

Осевое усилие

Параметры двигателя

модель

АО2-32-6

частота вращения

950 об/мин

мощность

вид крепления

на лапах

Предварительные диаметры валов

под шестерни

под подшипники 

быстроходный вал

16 мм

16 мм

промежуточный вал

36 мм

32 мм

тихоходный вал

80 мм

70 мм

Рис.1. Первый этап эскизной компоновки.

  1.  Подбор подшипников.

Ведущий вал.

1. Из чертежа (рис. 3) имеем .

2. Из предыдущих расчетов

3. Реакции опор:

от силы  (в плоскости xz)

От сил  (в плоскости yz)

Суммарные радиальные реакции:

4. Выбор подшипника. Так как осевое усилие незначительно, то принимаем радиальные шарикоподшипники.

5. Требуемый коэффициент работоспособности:

;

Где:  радиальная нагрузка;

 осевая нагрузка;

для радиальных шарикоподшипников;

динамический коэффициент;

коэффициент кольца (вращается внутреннее кольцо);

желаемый срок службы подшипника, принимаем равным 8000 ч;

Так как подшипники ведущего и промежуточного валов намечены одинаковыми, то типоразмер по каталогу выбираем по наибольшему коэффициенту работоспособности после определения его для подшипников промежуточного вала.

Промежуточный вал.

1.  После эскизной компоновки имеем     . .

2. Реакции опор:

От сил  (в плоскости xz)

От сил  и  (в плоскости yz):

3. Суммарные радиальные реакции:

Подбор подшипника ведем по наибольшей реакции.

4. Так же, как и для ведущего вала, выбираем радиальный шарикоподшипник.

5. Требуемый коэффициент работоспособности:

;

т.к.осевая нагрузка воспринимается опорой C;  Желаемый срок службы выбираем, как и для первого

6. По каталогу выбираем при диаметре вала  подшипник легкой серии 207 у которого  c размерами 35 72 17 мм, увеличивая диаметры ведущего и промежуточного валов до 35 мм.

7. Устанавливаем окончательные диаметры промежуточного и ведущего валов, исходя из выбранного типоразмера подшипника:

Для ведущего вала – диаметр выходного конца  в месте посадки подшипника  Так как разница между посадочным диаметром ступицы и диаметром впадин зубьев шестерни   равна  мм, то целесообразно изготовить шестерню с валом одним целым, т.е. выполнить шестерню без ступицы.

Для промежуточного вала: в месте посадки подшипника  под шестерней  и под колесом  

Ведомый вал.

1. Из эскизной компоновки ,

2. , где окружное усилие на тяговых звездочках, закладывая тем самым 100% запас по прочности, так как изначальное не известны параметры цепного конвейера.

3. Реакции опор:

От сил :

cил  (в плоскости yz)

4. Суммарные радиальные реакции:

5. Требуемый коэффициент работоспособности подшипников:

Подбираем подшипник по минимальному диаметру ведомого вала. При  выбираем шарикоподшипник 214 легкой серии с коэффициентом работоспособности  и размерами 70 125 24 мм, оставляя диаметр вала равным  70 мм.

6. Теоретический срок службы выбранного подшипника:

Откуда

  1.  Уточненный расчет валов.

Определим коэффициенты запаса прочности для предположительно опасных сечений каждого вала, принимая, что нормальные напряжения изменяются по симметричному циклу, а касательные по отнулевому (пульсирующему).

Материал ведущего и промежуточных валов такой же, как и у шестерен  сталь 40Х, так как валы выполнены одним целым с шестернями.

 

 

Ведущий вал (рис. 2):

Сечение 1 –  участки посадки муфты на ведущий вал. Считаем, что вал в этом сечении работает только на кручение.

Коэффициент запаса прочности:

 

где:  и  - амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений;

Принимаем  и после подстановки числовых данных имеем.

Сечение 2. В данном сечении действует максимальный изгибающий момент, но так как вал выполнен заодно с шестерней, его диаметр значительно больше принятого предварительно, следовательно, запас прочности будет большим.  То же относительно и к сечению 3, где имеет место концентрация напряжений в связи с переходом диаметра  к диаметру шестерни. Момент в этом сечении небольшой, а размеры достаточно большие.

Рис.2. Эпюры изгибающих и крутящих моментов быстроходного вала.

Промежуточный вал (рис. 3):

Сечение 1. – ступень посадки колеса . Концентрация напряжений в данном сечении обусловлена наличием шпоночного паза:

Величина изгибающего момента:

Моменты сопротивления сечения нетто

Амплитуда номинальных напряжений изгиба

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений:

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:

где:

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:

 

Общий коэффициент запаса прочности:

 

Рис.3. Эпюры изгибающих и крутящих моментов промежуточного вала.

Сечение 2. . В данном сечении действует максимальный изгибающий момент, но так как вал выполнен заодно с шестерней, его диаметр значительно больше принятого предварительно, следовательно, запас прочности будет большим.  То же относительно и к сечению 3, где имеет место концентрация напряжений в связи с переходом диаметра  к диаметру шестерни. Момент в этом сечении небольшой, а размеры достаточно большие.

Ведомый вал (рис. 4).

Так как вал сильно нагружен, то выбираем для него сталь 45,

 

Сечение 1. Под подшипником качения. В этом сечении на вал посажен с гарантированным натягом подшипник. Наиболее острая концентрация напряжений возникает у края подшипника, однако ввиду небольшой его ширены расчет условно будем вести по среднему сечению.

  1.  Изгибающие моменты. Значения  указаны на эпюрах.

 

Момент сопротивления сечения:

Амплитуда номинальных напряжений изгиба

Полярный момент сопротивления:

Амплитуда и среднее значение цикла касательных напряжений:

Рис.4. Эпюры изгибающих и крутящих моментов тихоходного вала.

Коэффициенты снижения пределов выносливости:

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:

Общий коэффициент запаса прочности:

Сечение 2. Концентрацию напряжений создает запрессовка зубчатого колеса на вал.

  1.  Изгибающие моменты. Значения  указаны на эпюрах.

Момент сопротивления сечения:

Амплитуда номинальных напряжений изгиба

Полярный момент сопротивления:

Амплитуда и среднее значение цикла касательных напряжений:

Коэффициенты снижения пределов выносливости:

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:

Общий коэффициент запаса прочности:

Сечение 3. Концентрацию напряжений вызывает шпоночный паз под колесом.

Величина изгибающего момента:

Моменты сопротивления сечения нетто

Амплитуда номинальных напряжений изгиба

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений:

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:

Общий коэффициент запаса прочности:

Остальные сечения не представляют практического интереса.

Из расчетов ведем, что коэффициенты запаса , что приемлемо.

  1.  Конструктивные размеры зубчатых колес.

Зубчатое колесо :

Диаметр ступицы  принимаем

Длина ступицы:  принимаем 60 мм.

Толщина обода  принимаем

Толщина диска

Диаметр расположения отверстий

Диаметр отверстий

Зубчатое колесо :

Диаметр ступицы  принимаем

Длина ступицы:  принимаем 100 мм;

Толщина обода  

Толщина диска

Диаметр расположения отверстий

Диаметр отверстий .

  1.  Размеры элементов корпуса и крышки редуктора:

1. Толщина стенки корпуса  Принимаем

2. Толщина стенки крышки  

3. Толщина пояса фланца корпуса:

4. Толщина пояса фланца крышки:

5. Толщина крепежного пояса:  Принимаем

Крышки подшипников – привертные.

  1.  Смазка зубчатых колес.

Смазка зацепления осуществляется окунанием зубчатых колес в масло, заливаемое внутрь корпуса до уровня, обеспечивающего поргужение колес на высоту зуба. При этом обхем масляной ванны равен:

Количество литром масла приходящееся на 1КВт мощности:

что допустимо.

Подшипники смазываются тем же маслом что и зубчатые колеса. Смазка осуществляется за счет разбрызгивания благодаря высокой окружной скорости первой пары. Рекомендуемая вязкость масла  Этой вязкости соответствует автотракторное масло АК 10, либо ИПР-75.

Уровень масла контролируем жезловым маслоуказателем при установке редуктора.

  1.  Выбор муфты.

Муфту выбираем исходя из следующих критериев:

  1.   Максимальный передаваемый крутящий момент
  2.   Диаметр посадочного отверстия на вал двигателя и редуктора
  3.   Возможности компенсации муфтой несносности и не параллельности установки валов двигателя и редуктора.

Исходя из третьего критерия, выбираем муфту упругую, втулочно-пальцевую. Ориентируясь на диаметр вала двигателя, выбираем две одинаковые полумуфты, с посадочными диаметрами , исполнения 1 и максимальным передаваемым крутящим моментом .

  1.  Сборка и эксплуатация редуктора.

На сборку поступают детали, соответствующие чертежу и техническим требованиям на их изготовления. Перед сборкой внутреннюю часть редуктора тщательно очищают и покрывают маслостойкой краской красного цвета. Сборку производят в соответствии со сборочным чертежом.

Порядок сборки редуктора:

Перед общей сборкой предварительно собирают валы с насаживаемыми на него деталями.

Сборка ведущего вала:

На оба кольца вала устанавливают шарикоподшипники, предварительно прогрев их в масле при температуре .

Сборка промежуточного вала:

На вал, с одного конца (со стороны шпоночного паза), устанавливают зубчатое колесо, предварительно закладывая шпонку. Колеса запрессовывается до упора в буртик вала. После установки колеса, устанавливают шарикоподшипники, способом, аналогичным при установки на ведущий вал.

Собранные валы укладываются в корпус редуктора. В среднюю опору корпуса закладывается втулка подшипников, после чего  устанавливают сначала крышку средней опоры,  разъем крышки и корпуса редуктора покрывают тонким слоем смазки типа «герметик» и устанавливают крышку редуктора (предварительно ввинтив в нее рым-болты), стягивая ее болтами и шпильками с корпусом. После, проверяют вращение валов, покрутив рукой ведущий вал редуктора. Валы должны вращаться плавно, без заеданий и сильного шума. Перед установкой крышек подшипника, в сквозные крышки необходимо вставить маслоудерживающие манжеты, а на концы валов надеть дистанционные кольца. Крышки привинчиваются в следующем порядке: под одну из крышек с одной стороны подкладывается прокладка из набора регулировочных прокладок, а на крышку с другой стороны – укладывается одна или несколько прокладок с расчетом, что вал должен иметь достаточный поперечный зазор.

После вкручивают в смотровой люк редуктора сапун, и устанавливают люк на крышку редуктора, уплотнив соединение прокладкой, вкручивают маслоуказатель и пробку слива масла.

Далее на концы ведомого и ведущего валов запрессовывают шпонки.

Сборка привода:

Предварительно подготавливают место для установки привода, заливают бетонную стяжку, высверливают отверстия под фундаментные болты согласно схеме, приведенной на общем виде привода.

После устанавливают раму, прикручивая ее при помощи анкерных болтов, и устанавливают на нее редуктор, прикручивая его болтами. На вал редуктора устанавливают полумуфту.

После устанавливают двигатель, установив на вал вторую полумуфту. Подкладывая регулировочные прокладки под лапы двигателя, добиваются максимальной сносности валов редуктора и двигателя.  После сборки, вкручивают пальцы муфты, соединяя полумуфты в муфту.

После сборки привода, необходимо обкатать его в течении часа, затем слить масло через маслосливное отверстие, и залить новое марки АТ 10 или ИПР -75. Допускается использование другого машинного масла с кинематической вязкостью не менее 70 и не более 100 ссм, при температуре .  Уровень масла проверять каждые 500 часов работы, производить замену масла каждые 3000 часов работы. Уровень масла контролировать жезловым маслоуказателем по специально нанесенным рискам, не допуская перелив или недолив.

Гарантированный ресурс работы изделия без замены деталей и узлов – 10 000 часов непрерывной работы.  По истечению гарантированного срока эксплуатации редуктора, рекомендуется произвести замену шарикоподшипников.

После окончания срока службы изделия, необходимо утилизировать согласно общим требованиям утилизации промышленных отходов, предварительно слив масло.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

50249. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЕМКОСТИ КОНДЕНСАТОРА 265 KB
  Цель работы: Определение электроемкостей отдельных конденсаторов и двух батарей из последовательно и параллельно соединенных конденсаторов. Емкость конденсатора определяется с помощью соотношения: C= где q абсолютная величина заряда на одной из обкладок конденсатора; U ...
50250. Определение электроемкости конденсатора при последовательном и параллельном соединении 164.5 KB
  Определение электроемкости конденсатора. Принципиальная схема установки или её главных узлов: Схема установки исследуемого конденсатора. Емкость конденсатора определяется с помощью соотношения:...
50251. Пристрій й основні елементи твердотельных лазерів 1.29 MB
  Устаткування й прилади Лазерна технологічна установка Квант16 ; лазер газовий ЛГ105; генераторна головка твердотільного лазера; лазерний стрижень лампа накачування відбивний блок набір дзеркал резонатора випромінювач газового лазера; штангенциркуль лінійка; матеріали вата спирт метиловий дрантя. Процес під дією якого атоми переводяться на верхні рівні називається накачуванням. Існує кілька методів накачування. У цьому випадку електромагнітна хвиля що поширюється в напрямку перпендикулярному до дзеркал буде по черзі відбиватися...
50252. Технологія одержання отвору в заготовці електроерозійної (електроіскровий) обробкою 237.5 KB
  Мета роботи: вивчити процес електроіскрової обробки технологію одержання отвору в заготовці різними способами цього виду обробки. Короткі теоретичні відомості Призначення електроерозійної обробки Цей вид обробки забезпечує великий економічний ефект при виготовленні деталей складного контуру криволінійних отворів і отворів складної форми розрізання дорогих матеріалів. Принцип електроерозійної обробки Електроерозійний спосіб обробки був відкритий в 1943 р. Один з видів електроерозійної обробки – електроіскров що характеризується імпульсами...
50253. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТА ИНЕРЦИИ МАХОВИКА. МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ 167 KB
  ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ Вращением абсолютно твёрдого тела вокруг неподвижной оси называется такое его движение при котором все точки тела движутся в плоскостях перпендикулярных к неподвижной прямой называемой осью вращения тела и описывают окружности центры которых лежат на этой оси. Основной закон динамики вращательного движения тела закреплённого в одной неподвижной точке формулируется следующим образом: скорость изменения момента импульса тела вращающегося вокруг неподвижной точки равна...
50254. Определение длины световой волны по методу Юнга. Методическое указание 297 KB
  Совмещая перекрестие сначала с одной интерференционной полосой а затем с другой с помощью двойной риски перемещающейся по внутренней линейной шкале определяют целое число мм а по внешней круговой шкале – десятые и сотые доли мм. Отсчёты на внешней шкале барабана снимаются напротив неподвижной тонкой риски нанесённой на неподвижную часть барабана. Для этого необходимо плавно вращая барабан З установить сначала перекрестие приблизительно в центре выбранной полосы в верхней части наблюдаемого поля обычно резкое изображение...
50255. Типические признаки жанров журналистики. Аналитичность журналистского материала 50.5 KB
  Информирование общественности о фактах действительности; пропаганда и распространение опыта; популяризация знаний; анализ окружающей действительности (освещение результатов анализа, постановка проблем, пути их решения)...
50256. ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКОГО ПОЛЯ МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЙ ВАННЫ 108.5 KB
  На этом основан метод исследования электростатических полей получивший название метода электролитической ванны. На дно ванны нанесена масштабнокоординатная сетка. На координатной сетке ванны отобразить положение электродов 2 и 3.
50257. Електромагнітне поле та електромагнітна індукцій 284.5 KB
  Експериментально встановлено (теоретично це передбачили М. Фарадей і Дж. Максвелл), що магнітне поле виникає також тоді, коли довільно змінюється напруженість електричного поля. Так, якщо з’єднати пластини зарядженого конденсатора провідником, то магнітне поле існуватиме як навколо провідника