Червячный редуктор с нижним расположением червяка и цепной передачей

Изм

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

КП.ТМ.ИСТ-31.ПЗ

Изм

Лист

№ докум.

Подпись

Дата

Лист

 

КП.ТМ.ИСТ-31.ПЗ

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ 5

1. ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ  И КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА 6

2. РАСЧЕТ  ПЕРЕДАЧ В СООТВЕТСТВИИ СО  СХЕМОЙ ПРИВОДА 11

3. РАСЧЕТ  И КОНСТРУИРОВАНИЕ ВАЛОВ 25

4. РАСЧЕТ  ШПОНОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ 40

5. РАСЧЕТ  И КОНСТРУИРОВАНИЕ ПОДШИПНИКОВЫХ  УЗЛОВ 42

6. КОНСТРУИРОВАНИЕ  ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС, ШКИВОВ 45

7. КОНСТРУИРОВАНИЕ  КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ, СТАКАНОВ И  КРЫШЕК 50

8. СМАЗЫВАНИЕ  ЗАЦЕПЛЕНИЙ 57

9. ВЫБОР И  ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ МУФТ 59

10. КОНСТРУИРОВАНИЕ  РАМЫ 60

11 ВЫБОР ПОСАДОК 61

12. СБОРКА  И РЕГУЛИРОВКА РЕДУКТОРА 63

13 ТЕХНИКА  БЕЗОПАСНОСТИ 65

ЛИТЕРАТУРА 66

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Проектируемый привод состоит из электродвигателя 4А112S4У3, одноступенчатого червячного редуктора, входной вал которого соединен с электродвигателем по средствам муфты, и цепной передачи, соединенной с выходным валом редуктора.

В ходе курсового проекта  необходимо выполнить кинематический и силовой расчета привода, расчет передач, расчет и конструирование  валов, расчет шпоночных соединений, расчет и конструирование подшипниковых  узлов, конструирование зубчатых колес  и шкивов, конструирование корпусных  деталей (стаканов и крышек), смазывание зацеплений, выбор и проверочный  расчет муфты, конструирование рамы, выбор посадок и прочее.

 

1. ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ И КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА

1.1 Определение  требуемой мощности электродвигателя.

1.1 Определение требуемой  мощности электродвигателя.

 

По [1,с.356],табл.П.1. принимаем КПД элементов привода. Результаты представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – КПД элементов  привода.

Передача	Открытая цепная	Закрытая червячная	Пара подшипников	Муфта
Обозначение
Величина

 

Тогда общий КПД привода:

 

Требуемая мощность электродвигателя:

 

где   мощность на приводном валу соответственно;

 

1.2  Предварительное определение  общего передаточного числа привода.

 

       Выбираем предварительно передаточные числа ступеней привода. Результаты представлены в таблице 1.2.

Таблица 1.2 – Передаточные числа ступеней привода.

Передача	Открытая	Быстроходная
Обозначение
Величина

 Предварительная величина  общего передаточного отношения  всего привода:

 

 

1.3.  Выбор электродвигателя.

 

        Ориентируемся  на выбор асинхронного с короткозамкнутым  ротором серии 4А с синхронной  частотой вращения:

 

     Принимаем 

     По [1,с.357], табл. П.2 исходя из и , выбираем электродвигатель  4A112S4У3, мощностью Р_э=5,5 кВт и частотой вращения вала электродвигателя n_э =1445 .

 

1.4.   Определение передаточного  числа редуктора и разбивка  его на   ступени .

Из стандартного ряда принимаем 

Тогда получим:

 

 

      1.5.  Силовые  кинематические параметры привода.

 

      Силовой  расчёт привода проводим исходя  из требуемой мощности электродвигателя:  Р_треб=5,07.

 

Вал I:

Мощность:

 

Частота вращения:

 

Вращающий момент:

 

 

Вал II:

Мощность:

 

Частота вращения:

 

Вращающий момент:

 

Вал III:

Мощность:

 

Частота вращения:

 

 

 

Вращающий момент:

 

 

По исходным данным вращающий  момент на выходном валу:

 

Погрешность итоговых данных в сравнении с начальными данными  курсового проекта:

 

 

Погрешности в допустимых пределах.

Результат вычислений занесем  в таблицу 1.3.

 

Таблица 1.3 – Результаты расчета параметров привода.

Вал	Мощность, кВт	Частота вращения, об/мин	Крутящий момент, Нм
I	5.07	1445	32.45
II	3.88	180.625	205.14
III	3.57	65.2	528.9

 

 

 

2. РАСЧЕТ ПЕРЕДАЧ В СООТВЕТСТВИИ СО СХЕМОЙ ПРИВОДА

 

2.1 Червячная передача

Исходные данные для расчета:

а) частота вращения шестерни n₁ = 1445 мин^-1;

б) частота вращения колеса n₂ = 180.625 мин^-1;

в) передаточное число ступени  u = u_ч = 8;

г) вращающий момент на валу червяка Т₁ = 32.45 Нм;

г) вращающий момент на валу червячного колеса T₂ = 205.14 H·м;

д) расчетный срок службы L_h=5.5·10³ ч.

 

Выбор материала червяка и венца  червячного колеса

Примем материал червяка  – сталь 40Х, закалка ТВЧ до твердости  Н₁ = 45…50 HRC_э с последующим шлифованием и полированием витков. Тип червяка – эвольвентный (ZI).

Предварительно определим  скорость скольжения:

 

В качестве венца червячного колеса принимаем безоловянную бронзу БрА9Ж3Л: способ отливки П – в  песок; σ_в = 425 МПа; σ_т = 195 МПа.

Определение допускаемых контактных напряжений при расчете на сопротивление  усталости активных поверхностей червячного колеса

Для материала венца колеса – безоловянная бронза

 

 

Определение основных параметров червячной передачи

При = 8 принимаем = 4.

Число зубьев червячного колеса

 

Коэффициент диаметра червяка  q:

 

При этом, минимально допустимое значение q из условия жесткости червяка

 

Принимаем стандартное значение q = 10.

Тогда

Модуль упругости материалов червяка и колеса:

Тогда приведенный модуль упругости

 

Предварительная величина межосевого расстояния:

 

 

Принимаем стандартное значение

Предварительная величина модуля зацепления

 

Принимаем 

Коэффициент смещения

 

При этом необходимо выполнение условия 

(допускается).

В нашем случае это условие  выполняется.

Размеры нарезанной части червяка:

а) делительный диаметр

 

б) начальный диаметр

 

в) делительный угол подъема  линии витков

 

 

г) начальный угол подъема  линии витков  

 

д) высота головки витков

 

где - коэффициент высоты головки зуба (для всех видов червяков);

е) диаметр вершин витков

 

ж) высота ножки витков 

 

 где     - коэффициент высоты ножки;

 з) диаметр впадин  витков 

 

Длина нарезаемой части червяка 

при х = 0 и z = 4

 

Согласно примечанию 1 увеличиваем  b₁ на 25 мм:

         Принимаем b₁ = 102 мм.

Размеры венца  червячного колеса:

а) делительный диаметр 

 

б) начальный диаметр 

 

в) высота головки зубьев

 

где   - коэффициент высоты головки зубьев;

г) диаметр вершин зубьев колеса в среднем сечении                                      

д) высота ножки зубьев

 

 где  - коэффициент высоты ножки;

е) диаметр впадин зубьев колеса в среднем сечении 

 

ж) наибольший диаметр червячного колеса

 

Принимаем

Ширина венца зубчатого  колеса при z₁ = 4:

 

           Принимаем 

Условный угол обхвата 2δ  червяка венцом колеса:

 

 

Проверочный расчет передачи на сопротивление контактной усталости активных поверхностей зубьев червячного колеса

Уточним скорость скольжения . Для этого определим окружную скорость червяка :

 

Тогда скорость скольжения

 

что незначительно отличается от предварительно рассчитанной

Оставляем без изменения  ранее принятый материал венца червячного колеса – безоловянную бронзу.

Уточним [σ_Н]:  

Приведенный угол трения φ  между стальным червяком и колесом  из бронзы принимают в зависимости  от и материала венца, при = 4.07 м/с φ = 1,66˚.

Тогда КПД червячной передачи

 

Уточним вращающий момент на валу червячного колеса

 

    Коэффициент динамической  нагрузки К_v = 1…1,3 при v_s > 3 м/с. В нашем случае  К_v=1,1.

Коэффициент концентрации нагрузки К_β = 1,1.

Коэффициент расчетной нагрузки К_Н при расчете передачи на сопротивление контактной усталости:

 

Торцовый коэффициент  перекрытия в средней плоскости  червячного колеса

 

 

Расчетное контактное напряжение

 

Нормальная работа червячной  передачи обеспечивается при перегрузке не более 5%. Перегрузка в данном случае:

 

Условие выполняется.

Определение допускаемых напряжений изгиба при  расчете зубьев колеса на сопротивление  усталости при изгибе

Для нереверсивной передачи

 

Определим коэффициент долговечности  Y_N.

Суммарное число циклов перемены напряжений

 

Коэффициент эквивалентности :      К_FE = 0,04.

Эквивалентное число циклов нагружения зубьев червячного колеса за весь срок службы привода 

 

Тогда

 

 При =425 МПа,   для бронзы БрА9ЖЗЛ:

 

 

Проверочный расчет зубьев червячного колеса на сопротивление  усталости при изгибе

Окружная сила на червячном  колесе

 

 

Эквивалентное число зубьев колеса

 

Линейным интерполированием  для  коэффициент

Коэффициент расчетной нагрузки при расчете зубьев колеса на сопротивление  усталости при изгибе K_F = K_H = 1,21.

Нормальный модуль

 

Напряжения изгиба зубьев колеса

 

Определение сил  в зацеплении червячной передачи

Окружные силы на валах  червяка и червячного колеса

 

 

Осевые силы на валах червяка  и червячного колеса

 

 

Радиальная сила в зацеплении

 

Проверочный расчет передачи на контактную прочность при  кратковременной перегрузке

Предельно допускаемые напряжения для безоловянной бронзы:

 

Максимальные контактные напряжения при кратковременной  перегрузке:

 

Прочность обеспечивается.

Проверочный расчет передачи на изгибную прочность при  кратковременной перегрузке

Предельно допускаемые напряжения изгиба для безоловянной бронзы:

 

Максимальные напряжения изгиба при кратковременной перегрузке

 

Прочность обеспечивается.

Тепловой расчет червячной передачи.

Данный расчет сводится к  определению температуры масла  t в картере    редуктора по формуле

,

.

Нормальная работа червячной  передачи обеспечивается.

2.3 Цепная передача

Исходные данные для расчета:

• Мощность на валу ведущей звездочки:
• Частота вращения ведущей звездочки:
• Передаточное число: U = 2,77;

Выбор числа зубьев звездочек.

Число зубьев меньшей (ведущей) звездочки роликовой цепи:

 

По рекомендациям М.Н. Иванова [4,с.283].

Число зубьев большей (ведомой) звездочки:

 

В общем случае, предпочтительно принимать нечетное число зубьев звездочки, что в сочетании с четным числом звеньев цепи дает более равномерный износ зубьев и шарниров.

С учетом этих рекомендаций, принимаем 

Тогда, фактическое передаточное отношение:

 

Отклонение от заданного  передаточного отношения:

 

Отклонение не превышает  допускаемой величины.

 

Предварительное определение межосевого расстояния.

По соображениям долговечности  цепи предварительно величину межосевого расстояния будем принимать в  диапазоне  - руководствуясь рекомендациями [1,с.97], где – шаг цепи, мм.

Определение коэффициента эксплуатации.

По [1,с.391] по 1П.29 принимаем:

• Коэффициент динамической нагрузки - нагрузка переменная.
• Коэффициент межосевого расстояния - для .
• Коэффициент наклона передачи к горизонту - передача горизонтальная.
• Коэффициент способа регулировки натяжения цепи - натяжение цепи не регулируется.
• Коэффициент смазки и загрязнения передачи – производство без пыли, качество смазки удовлетворительное.
• Коэффициент режима или продолжительности работы передачи  в течении суток – работа в одну смену.

Тогда коэффициент эксплуатации:

 

Определение коэффициентов  и .