Государственный комитет Российской Федерации по рыболовству
КАМЧАТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра детали машин и основы конструирования
Курсовой проект
Редуктор цилиндрический двухступенчатый
Выполнил:
Руководитель проекта:
Петропавловск-Камчатский, 2009 г.
Содержание
Исходные данные
Расчет цилиндрических зубчатых передач
Выбор электродвигателя
Определение силовых и кинематических параметров привода
Выбор материала
Расчет межосевого расстояния аw
Определение модуля зацепления
Определение параметров зацепления тихоходной (прямозубой) ступени
Определение параметров зацепления быстроходной (косозубой) передачи
Проверочный расчет второй передачи
Расчет открытых передач
Проверочный расчет
Расчет составляющих усилий в зацеплении
Проектный расчет валов
Эскизная компоновка редуктора
Предварительный выбор подшипников качения
Расчетная схема валов редуктора
Проверочный расчет подшипников
Проверочный расчет валов
Выбор сорта масла
Список литературы
Исходные данныеРедуктор двухступенчатый, несоосныйКинематическая схема редуктора:Дано:1. Сила на валу рабочей машины F=1.5 H2. Скорость движения приводного вала рабочей машины 3. Срок службы редуктора и режим его работы (постоянный, тяжелый) ч.Расчет цилиндрических зубчатых передачВыбор электродвигателяФормула определения требуемой мощности электродвигателя:где: Р - требуемая мощность электродвигателя, кВт общий КПД привода - КПД закрытой передачи; - КПД открытой передачи; - КПД подшипников. - КПД соединительных муфт;По каталогу выбираем асинхронный короткозамкнутый двигатель мощностью Рэд Р. Тип электродвигателя: АОЛ 2-31-4, с номинальной частотой вращения об/мин мощностью Рном = 1,76 кВт. Мощность электродвигателя: кВтУгловую скорость электродвигателя определяем по формуле:Где номинальная угловая скорость вала электродвигателя, с-1; nэд - номинальная частота вращения вала электродвигателя, об/мин; с-1Определение силовых и кинематических параметров приводаОпределяем частоту вращения приводного вала npм:Общее передаточное число привода Up:Определяем передаточные числа ступеней привода:; ; при Up= 20,05, Вращающий момент на двигателе Тдв:Вращающий момент на быстроходном валу: Нм.Вращающий момент на промежуточном валу Тпр: Нм.Вращающий момент на тихоходном валу ТТ: Нм.Вращающий момент на ременной передаче:Нм.Угловая скорость на быстроходном валу: Угловая скорость на промежуточном валу: Угловая скорость на тихоходном валу: Угловая скорость на ременной передаче: Выбор материалаОсновные механические характеристики выбранных материалов зубчатых колес приведены в таблице 1.
Деталь
Материал
Р-р
заготовок, мм
Термообработка
Н, вер.
1я ступень, прямозубая
Шестерня
Сталь45
Dпред=125
Sпред=80
У
305,5
890
650
380
25
385,8
Колесо
У
285,5
890
650
380
20
122,8
2я ступень, косозубая
Шестерня
Сталь45
Dпред=125
Sпред=80
У
248,5
780
540
335
16,5
122,5
Колесо
Любые размеры
Н
193
600
320
260
10
38,9
Деталь
[] F0
[] F
[] Н0
[] Н
1я ступень, прямозубая
Шестерня
1
4
1
310
310
616,9
617
Колесо
1
4
1
294
294
580,9
580,9
2я ступень, косозубая
Шестерня
1
4
1
310
310
520
520
Колесо
1
4
1
199
199
414
414
[] ср=0,45 ([] Н1 + [] H2) = 420
Таблица данных.
Наименование, единица измерения
Обозначение
Значение
Требуемая мощность электродвигателя, кВт
Р
2,2
Общее передаточное число редуктора
20,5
Передаточное число закрытых передач
3,15
Передаточное число открытой передачи
2,1
Крутящий момент на тихоходном валу, Нм
263,4
Крутящий момент на промежуточном валу, Нм
88
Крутящий момент на быстроходном валу, Нм
29,3
Угловая скорость тихоходного вала,
7,16
Угловая скорость промежуточного вала,
22,5
Угловая скорость быстроходного вала,
71
Расчет межосевого расстояния аwПо условию контактной прочности:,где:аw - Межосевое расстояние, мм;Ка = 49,5 для прямозубых колес, (Н/мм2);Ка = 43 для косозубых колес, (Н/мм2), принимая ориентировочно в = 10°…15°;Т1 - крутящий момент на валу шестерни, ;Т1 = Тзп1 для первой передачи;Т1 = Тзп2 для второй передачи;для первой передачи: - коэффициент неравномерности распределения нагрузки по длине зуба; - коэффициент ширины венца колеса;для второй передачи:Тогда:ммммПолученные значения округляем до стандартного:aw1 = 100 ммaw2= 150 ммОпределение модуля зацепленияМодуль зацепления:;где: - вспомогательный коэффициент для прямо/косозубых передач; - ширина венца колеса; - делительный диаметр колеса;;Модуль зацепления для тихоходной и быстроходной ступени:, полученные значения модуля зацепления m округляем до стандартного по таблице:Модули зацепления, мм (по СТ СЭВ 310-76)
I ряд
1,0
-
1,5
2,0
2,5
3,0
4,0
5,0
6,0
8,0
II ряд
1,25
1,375
1,75
2,25
2,75
3,5
4,5
5,5
7,0
9,0
Принимаем: ,
Определение параметров зацепления тихоходной (прямозубой) ступениПредварительно суммарное число зубьевЧисло зубьев шестерни Число зубьев шестерни: Число зубьев колеса: Определяем фактическое передаточное число и проверяем его отклонение от заданного:; Условие соблюдается. Определяем фактическое межосевое расстояние:ммДиаметры делительной и начальной окружностей шестерни и колесаммммДиаметры окружностей вершин зубьев шестерни и колесаммммДиаметры окружностей впадин зубьев шестерни и колеса ммммРабочая ширина венца колеса и шестерни: ммммПроверочный расчет первой передачи:Проверяем межосевое расстояние:Проверяем пригодность заготовок колес:Условие пригодности заготовок колес:; Диаметр заготовки шестерни ммРазмер заготовки колеса ммУсловия соблюдаютсяПроверяем контактные напряжение ,Где: К= 463 - Вспомогательный коэффициент для прямозубой передачи;окружная сила в зацеплении;= 1 - коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями; - коэффициент динамической нагрузки, зависящий от окружной скорости колес и степени точности передачи; 9 степень точностиДопускаемая нагрузка передачи не более 100%, следовательно условие соблюдается.Проверить напряжение изгиба зубьев шестерни и колеса:Где: m - модуль зацепления, мм; - ширина зубчатого венца колеса, мм; - окружная сила в зацеплении, Н;= 1 - коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями;= 1 - коэффициент неравномерности нагрузки по длине зуба;= 1,28 коэффициент динамической нагрузки, зависящий от окружной скорости колес и степени точности передачи; - коэффициенты формы зуба шестерни и колеса; - коэффициент, учитывающий наклон зуба и - допустимые напряжения изгиба шестерни и колеса, ;Условие соблюдается, т.к. и .Определение параметров зацепления быстроходной (косозубой) передачиСуммарное число зубьев:Число зубьев шестерни: Число зубьев колеса: Уточняем действительную величину угла наклона зубьев для косозубых передач:11°28ґНеобходимое условие выполняется. Определяем фактическое передаточное число и проверяем его отклонение от заданного:; Условие соблюдается. Определяем фактическое межосевое расстояние:ммДиаметры делительной и начальной окружностей шестерни и колесаммммДиаметры окружностей вершин зубьев шестерни и колесаммммДиаметры окружностей впадин зубьев шестерни и колеса ммммРабочая ширина венца колеса ммммПроверочный расчет второй передачиПроверяем межосевое расстояние:Проверяем пригодность заготовок колес:Условие пригодности заготовок колес:; Диаметр заготовки шестерни ммРазмер заготовки колеса ммУсловия соблюдаютсяПроверяем контактные напряжение ,Где: К= 463 - Вспомогательный коэффициент для косозубой передачи;окружная сила в зацеплении;= 1,1 - коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями; - коэффициент динамической нагрузки, зависящий от окружной скорости колес и степени точности передачи; 9 степень точностиДопускаемая нагрузка передачи не более 10%, следовательно условие соблюдается.Проверить напряжение изгиба зубьев шестерни и колеса:Где: m - модуль зацепления, мм; - ширина зубчатого венца колеса, мм; - окружная сила в зацеплении, Н;= 1 - коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями;= 1 - коэффициент неравномерности нагрузки по длине зуба;= 1,04 коэффициент динамической нагрузки, зависящий от окружной скорости колес и степени точности передачи; - коэффициенты формы зуба шестерни и колеса; - коэффициент, учитывающий наклон зуба и - допустимые напряжения изгиба шестерни и колеса, ;Условие соблюдается, т.к. и .Расчет открытых передач1. Определяем расчетный диаметр ведущего шкива , Клиновой ремень сечения А (по номограмме):2. Определяем диаметр ведомого шкива , мм:Где: - передаточное число открытой передачи, - коэффициент скольжения ()Из стандартного ряда выбираем 3. Определяем ориентировочно межосевое расстояние Где - высота сечения клинового ремня.4. Определяем расчетную длину ремня 5. Уточняем значение межосевого расстояния по стандартной длине:6. Определяем угол обхвата ремнем ведущего шкива a1, град:условие выполняется.7. определяем скорость ремня:Где - допускаемая скорость для клиновых ремней .8. определяем частоту пробегов ремня Где - допускаемая частота пробегов ремня = 309. Определяем допускаемую мощность, передаваемую одним клиновым ремнем - допускаемая приведенная мощность, выбирается в зависимости от типа ремня, его сечения,скорости и диаметра ведущего шкива, С - поправочные коэффициенты.10. Определяем число клиньев поликлинового ремня z:11. Определяем силу предварительного натяжения 12. Определяем окружную силу 13. Определяем силы натяжения ведущей и ведомой ветвей:, 14. Определяем силу давления вала Проверочный расчетПроверяем прочность ремня по максимальным напряжениям в сечении ведущей ветви:Где а) - напряжения растяжения, Н/б) - Напряжения изгиба, Н/в) - Напряжение центробежных сил, Н/ Н/г) =10 Н/ - для клиновых ремней Н/Условие соблюдается, так как Составим табличный ответ:
Параметр
Значение
Параметр
Значение
Тип ремня
Клиновой
Число пробегов ремня
9,2
Сечение ремня
А
Диаметр ведущего шкива
100
Количество ремней
3
Диаметр ведомого шкива
200
Межосевое расстояние
209
Максимальное напряжение
8,6
Длина ремня
900
Начальное напряжение ремня
73
Угол обхвата
153°
Сила давления ремня на вал
426
Расчет составляющих усилий в зацепленииДля первой ступени (цилиндрическая, прямозубая):На колесе. Окружная сила:НРадиальная сила: Нгде На шестерне:Окружная сила:НРадиальная сила: НДля второй ступени (цилиндрическая, косозубая):На колесеОкружная сила:НРадиальная сила: Нгде , .Осевая сила угла наклона:Н.На шестерне:Окружная сила:НРадиальная сила: НОсевая сила угла наклона:Н.Для клиноременной передачи:Радиальная сила:Проектный расчет валовЭскизная компоновка редуктораВыбор материалов валов и их механические характеристики.
Первая ступень под элемент открытой передачи. (шкив)
Вторая ступень под уплотнение крышки с отверстием и подшипник.
Третья ступень под шестерню.
- определяется графически на эскизной компоновке.
Четвертая ступень под подшипник.
Промежуточный вал;
Первая ступень под подшипник
Вторая ступень под шестерню и колесо.
- определяется графически на эскизной компоновке.
Третья ступень под подшипник.
,
Тихоходный вал;
Первая ступень под элемент открытой передачи. (шкив)
Вторая ступень под уплотнение крышки с отверстием и подшипник.
Третья ступень под колесо.
- определяется графически на эскизной компоновке.
Четвертая ступень под подшипник.
Предварительный выбор подшипников каченияБыстроходный вал:Выбираем радиальные шариковые однорядные подшипники 106, особо мягкая серия.Промежуточный вал: 107Тихоходный вал: 109
Вал
Размеры
Ступеней
Подшипники
Типо-
размер
dхDхB, мм
Динамическая
грузоподъемность
Статическая
грузоподъемность
Быстроходный
24
30
36
30
105
30х52х13
13,3
6,8
36
45
-
14
Промежуточный
35
43
35
-
107
35х62х14
15,9
8,5
21
-
21
-
Тихоходный
40
45
55
45
109
45х75х16
21,2
12,2
48
56
-
17,6
Расчетная схема валов редуктораБыстроходный вал.Вертикальная плоскость:Определяем опорные реакции:Проверка Строим эпюру изгибающих моментов относительно оси Х в характерных сечениях:Горизонтальная плоскость:Определяем опорные реакции:Строим эпюру изгибающих моментов относительно оси Х в характерных сечениях:Строим эпюру крутящих моментов:Определяем суммарные радиальные реакцииОпределяем суммарные изгибающие моменты в наиболее нагруженных сечениях:Промежуточный валВертикальная плоскость:Определяем опорные реакции:Проверка Строим эпюру изгибающих моментов относительно оси Х в характерных сечениях:Горизонтальная плоскость. Определяем опорные реакции:Строим эпюру изгибающих моментов относительно оси Х в характерных сечениях:Строим эпюру крутящих моментов:Определяем суммарные радиальные реакцииОпределяем суммарные изгибающие моменты в наиболее нагруженных сечениях:Тихоходный валВертикальная плоскость:Определяем опорные реакции:Проверка Строим эпюру изгибающих моментов относительно оси Х в характерных сечениях:Горизонтальная плоскость:Определяем опорные реакции:Строим эпюру изгибающих моментов относительно оси Х в характерных сечениях:Строим эпюру крутящих моментов:Определяем суммарные радиальные реакцииОпределяем суммарные изгибающие моменты в наиболее нагруженных сечениях:Проверочный расчет подшипниковБыстроходный вал (106)Определяем отношение V=1 - коэффициент вращения.Определяем отношениеПо таблице находим: e=0,14 Y=2,6; по соотношению выбираем формулу и определяем эквивалентную динамическую нагрузку наиболее нагруженного подшипника:Определяем динамическую грузоподъемностьПодшипник пригоден. Определяем долговечность подшипникаУсловие выполненоПромежуточный вал (107)Определяем отношение V=1 - коэффициент вращения.Определяем отношениеПо таблице интерполированием находим: e=0,26 Y=1,74;По соотношению выбираем формулу и определяем эквивалентную динамическую нагрузку наиболее нагруженного подшипника:Определяем динамическую грузоподъемностьПодшипник пригоден. Определяем долговечность подшипникаУсловие выполненоТихоходный вал (109)Определяем отношение V=1 - коэффициент вращения.Определяем отношениеПо таблице интерполированием находим: e=0,24 Y=1,9;По соотношению выбираем формулу и определяем эквивалентную динамическую нагрузку наиболее нагруженного подшипника:Определяем динамическую грузоподъемностьПодшипник пригоден. Определяем долговечность подшипникаУсловие выполненоПроверочный расчет валовБыстроходный валСечение А-АОпределить напряжение в сечении А-АНормальные напряжения изменяются оп симметричному циклу.Где ;М - суммарный изгибающий момент в этом сечении.Касательные напряжения изменяются по нулевому циклуГде ;М - крутящий момент в этом сечении.Определить коэффициент концентрации нормальных и касательных напряжений.Где (по таблице)Определить пределы выносливости в расчетном сечении.Определить коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям.Определить общий коэффициент запаса прочности.Условие выполнено.Промежуточный валСечение Б-БОпределить напряжение в сечении Б-БНормальные напряжения изменяются оп симметричному циклу.Где ;М - суммарный изгибающий момент в этом сечении.Касательные напряжения изменяются по нулевому циклуГде ;М - крутящий момент в этом сечении.Определить коэффициент концентрации нормальных и касательных напряжений.Где (по таблице)Определить пределы выносливости в расчетном сечении.Определить коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям.Определить общий коэффициент запаса прочности.Условие выполнено.Тихоходный валСечение В-ВОпределить напряжение в сечении В-ВНормальные напряжения изменяются оп симметричному циклу.Где ;М - суммарный изгибающий момент в этом сечении.Касательные напряжения изменяются по нулевому циклуГде ;М - крутящий момент в этом сечении. Определить коэффициент концентрации нормальных и касательных напряжений.Где (по таблице). Определить пределы выносливости в расчетном сечении.Определить коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям.Определить общий коэффициент запаса прочности.Условие выполнено.Проверочный расчет шпонокПромежуточный вал, шпонка 12х8х45Условие прочности: определяем рабочую длину шпонки:Определяем площадь смятия:проверяем условие прочности:Условие выполняется.Промежуточный вал, шпонка 16х10х60Условие прочности: определяем рабочую длину шпонки:Определяем площадь смятия:проверяем условие прочности:Условие выполняется.Выбор сорта маслаСмазывание редуктора.Способ смазывания.Применяем непрерывное смазывание жидким маслом картерным непроточным способом (окунанием)Выбор сорта масла.Зависит от значения расчетного контактного напряжения и фактической окружной скорости колес. По таблице выбираем масло индустриальное 4-Г-А-46Определение уровня масла.При окунании в масляную ванну цилиндрического колеса:Контроль уровня масла.Уровень масла, находящегося в корпусе редуктора, контролируем круглым маслоуказателем.Список литературы
3. Янсон А.А. «Расчет цилиндрических зубчатых передач» методические указания к курсовому проекту по деталям машин для студентов всех специальностей. - Л.: 1991.