Расчет и проектирование привода

ЗАДАНИЕ



Спроектировать привод.

В состав привода входят следующие передачи:

1 - ременная передача с клиновым ремнём;

2 - закрытая зубчатая цилиндрическая передача.

Мощность на выходном валу Р = 8 кВт.

Частота вращения выходного вала n = 80 об./мин.



	
Содержание

	

		Введение	

		1. Выбор электродвигателя и кинематический расчёт

		2. Расчёт 1-й клиноременной передачи

		3. Расчёт 2-й зубчатой цилиндрической передачи

			3.1 Проектный расчёт

			3.2 Проверочный расчёт по контактным напряжениям

			3.3 Проверка зубьев передачи на изгиб

		4. Предварительный расчёт валов

			4.1 Ведущий вал. 

			4.2 Выходной вал. 

		5. Конструктивные размеры шестерен и колёс

			5.1 Ведущий шкив 1-й ременной передачи

			5.2 Ведомый шкив 1-й ременной передачи

			5.3 Цилиндрическая шестерня 2-й передачи

			5.4 Цилиндрическое колесо 2-й передачи

		6. Выбор муфты на выходном валу привода

		7. Проверка прочности шпоночных соединений

			7.1 Ведущий шкив 1-й клиноременной передачи

			7.2 Ведомый шкив 1-й клиноременной передачи

			7.3 Шестерня 2-й зубчатой цилиндрической передачи

			7.4 Колесо 2-й зубчатой цилиндрической передачи

		8. Конструктивные размеры корпуса редуктора

			9. Расчёт реакций в опорах

		9.1 1-й вал

		9.2 2-й вал

			10. Построение эпюр моментов валов

			10.1 Расчёт моментов 1-го вала

			10.2 Эпюры моментов 1-го вала

			10.3 Расчёт моментов 2-го вала

			10.4 Эпюры моментов 2-го вала

			11. Проверка долговечности подшипников

			11.1 1-й вал

			11 2-й вал

			12. Уточненный расчёт валов

			12.1 Расчёт 1-го вала

			12.2 Расчёт 2-го вала

			13. Тепловой расчёт редуктора

			14. Выбор сорта масла

			15. Выбор посадок

			16. Технология сборки редуктора

			Заключение

			Список использованной литературы

		

		
Введение



Инженер-конструктор является творцом новой техники, и уровнем его творческой работы в большей степени определяются темпы научно-технического прогресса. Деятельность конструктора принадлежит к числу наиболее сложных проявлений человеческого разума. Решающая роль успеха при создании новой техники определяется тем, что заложено на чертеже конструктора. С развитием науки и техники проблемные вопросы решаются с учетом все возрастающего числа факторов, базирующихся на данных различных наук. При выполнении проекта используются математические модели, базирующиеся на теоретических и экспериментальных исследованиях, относящихся к объемной и контактной прочности, материаловедению, теплотехнике, гидравлике, теории упругости, строительной механике. Широко используются сведения из курсов сопротивления материалов, теоретической механики, машиностроительного черчения и т. д. Все это способствует развитию самостоятельности и творческого подхода к поставленным проблемам.

При выборе типа редуктора для привода рабочего органа (устройства) необходимо учитывать множество факторов, важнейшими из которых являются: значение и характер изменения нагрузки, требуемая долговечность, надежность, КПД, масса и габаритные размеры, требования к уровню шума, стоимость изделия, эксплуатационные расходы.

Из всех видов передач зубчатые передачи имеют наименьшие габариты, массу, стоимость и потери на трение. Коэффициент потерь одной зубчатой пары при тщательном выполнении и надлежащей смазке не превышает обычно 0,01. Зубчатые передачи в сравнении с другими механическими передачами обладают большой надежностью в работе, постоянством передаточного отношения из-за отсутствия проскальзывания, возможностью применения в широком диапазоне скоростей и передаточных отношений. Эти свойства обеспечили большое распространение зубчатых передач; они применяются для мощностей, начиная от ничтожно малых (в приборах) до измеряемых десятками тысяч киловатт.

К недостаткам зубчатых передач могут быть отнесены требования высокой точности изготовления и шум при работе со значительными скоростями.

Косозубые колеса применяют для ответственных передач при средних и высоких скоростях. Объем их применения - свыше 30% объема применения всех цилиндрических колес в машинах; и этот процент непрерывно возрастает. Косозубые колеса с твердыми поверхностями зубьев требуют повышенной защиты от загрязнений во избежание неравномерного износа по длине контактных линий и опасности выкрашивания. 

Одной из целей выполненного проекта является развитие инженерного мышления, в том числе умение использовать предшествующий опыт, моделировать используя аналоги. Для курсового проекта предпочтительны объекты, которые не только хорошо распространены и имеют большое практическое значение, но и не подвержены в обозримом будущем моральному старению.

Существуют различные типы механических передач: цилиндрические и конические, с прямыми зубьями и косозубые, гипоидные, червячные, глобоидные, одно- и многопоточные и т. д. Это рождает вопрос о выборе наиболее рационального варианта передачи. При выборе типа передачи руководствуются показателями, среди которых основными являются КПД, габаритные размеры, масса, плавность работы и вибронагруженность, технологические требования, предпочитаемое количество изделий.

При выборе типов передач, вида зацепления, механических характеристик материалов необходимо учитывать, что затраты на материалы составляют значительную часть стоимости изделия: в редукторах общего назначения - 85%, в дорожных машинах - 75%, в автомобилях - 10% и т. д.

Поиск путей снижения массы проектируемых объектов является важнейшей предпосылкой дальнейшего прогресса, необходимым условием сбережения природных ресурсов. Большая часть вырабатываемой в настоящее время энергии приходится на механические передачи, поэтому их КПД в известной степени определяет эксплуатационные расходы.

Наиболее полно требования снижения массы и габаритных размеров удовлетворяет привод с использованием электродвигателя и редуктора с внешним зацеплением.


Выбор электродвигателя и кинематический расчёт



По табл. 1.1[1] примем следующие значения КПД:

- для ременной передачи с клиновым ремнем: 1 = 0,96

- для закрытой зубчатой цилиндрической передачи: 2 = 0,975

Общий КПД привода будет:



 = 1 x ... x n x подш.2 x муфты

 = 0,96 x 0,975 x 0,992 x 0,98 = 0,899



где подш. = 0,99 - КПД одного подшипника.

муфты = 0,98 - КПД муфты.

Угловая скорость на выходном валу будет:



вых. =  x nвых. / 30 = 3,142 x 80 / 30 = 8,378 рад/с



Требуемая мощность двигателя будет:



Pтреб. = Pвых. /  = 8 / 0,899 = 8,899 кВт



В таблице П.1[1](см. приложение) по требуемой мощности выбираем электродвигатель 160M8, с синхронной частотой вращения 750 об/мин, с параметрами: Pдвиг.=11 кВт и скольжением 2,5% (ГОСТ 19523-81). Номинальная частота вращения nдвиг. = 750-750x2,5/100=731,25 об/мин,угловая скорость двиг. =  x nдвиг. / 30 = 3,14 x 731,25 / 30 = 76,576 рад/с.

Oбщее передаточное отношение:


U = вход. / вых. = 76,576 / 8,378 = 9,14



Для передач выбрали следующие передаточные числа:



U1 = 1,6

U2 = 5,6



Рассчитанные частоты и угловые скорости вращения валов сведены ниже в таблицу :

 Вал 1-й

 n1 = nдвиг. / U1 = 

 731,25 / 1,6 = 457,031 об./мин.

 1 = двиг. / U1 = 

 76,576 / 1,6 = 47,86 рад/c.

 Вал 2-й

 n2 = n1 / U2 = 

 457,031 / 5,6 = 81,613 об./мин.

 2 = 1 / U2 = 

 47,86 / 5,6 = 8,546 рад/c.



Мощности на валах:



P1 = Pтреб. x 1 x подш. = 8899 x 0,96 x 0,99 = 8457,61 Вт

P2 = P1 x 2 x подш. = 8457,61 x 0,975 x 0,99 = 8163,708 Вт



Вращающие моменты на валах:



T1 = P1 / 1 = (8457,61 x 103) / 47,86 = 176715,629 Нxмм

T2 = P2 / 2 = (8163,708 x 103) / 8,546 = 955266,557 Нxмм



По таблице П.1(см. приложение учебника Чернавского) выбран электродвигатель 160M8, с синхронной частотой вращения 750 об/мин, с мощностью Pдвиг.=11 кВт и скольжением 2,5% (ГОСТ 19523-81). Номинальная частота вращения с учётом скольжения nдвиг. = 731,25 об/мин.




Передаточные числа и КПД передач

Передачи

Передаточное число

КПД

1-я ременная передача с клиновым ремнём

1,6

0,96

2-я закрытая зубчатая цилиндрическая передача

5,6

0,975



Рассчитанные частоты, угловые скорости вращения валов и моменты на валах

Валы

Частота вращения, об/мин

Угловая скорость, рад/мин

Момент, Нxмм

1-й вал

457,031

47,86

176715,629

2-й вал

81,613

8,546

955266,557




Расчёт 1-й клиноременной передачи





1. Вращающий момент на меньшем ведущем шкиве:



T(ведущий шкив) = 116211,346 Нxмм.



2. По номограмме на рис. 7.3[1] в зависимости от частоты вращения меньшего ведущего шкива n(ведущий шкив) (в нашем случае n(ведущий шкив)=731,247 об/мин) и передаваемой мощности:



P = T(ведущий шкив) x (ведущий шкив) = 116211,346 x 10-6 x 76,576 = 8,899 кВт 



принимаем сечение клинового ремня А.

3. Диаметр меньшего шкива по формуле 7.25[1]:



d1 = (3...4) x T(ведущий шкив)1/3 = (3...4) x 116211,3461/3 = 146,399...195,198 мм.



Согласно табл. 7.8[1] принимаем d1 = 160 мм.

4. Диаметр большого шкива (см. формулу 7.3[1]):



d2 = U x d1 x (1 - ) = 1,6 x 160 x (1 - 0,015) = 252,16 мм.

где  = 0,015 - относительное скольжение ремня.

Принимаем d2 = 250 мм.

5. Уточняем передаточное отношение:



Uр = d2 / (d1 x (1 - )) = 250 / (160 x (1 - 0,015)) = 1,586



При этом угловая скорость ведомого шкива будет:



(ведомый шкив) = (ведущий шкив) / Uр = 76,576 / 1,586 = 48,282 рад/с.



Расхождение с требуемым (47,86-48,282)/47,86=-0,882%, что менее допускаемого: 3%.

Следовательно, окончательно принимаем диаметры шкивов:



d1 = 160 мм;

d2 = 250 мм.



6. Межосевое расстояние Ap следует принять в интервале (см. формулу 7.26[1]):



amin = 0.55 x (d1 + d2) + T0 = 0.55 x (160 + 250) + 6 = 231,5 мм;

amax = d1 + d2 = 160 + 250 = 410 мм.



где T0 = 6 мм (высота сечения ремня).

Принимаем предварительно значение a = 797 мм.

7. Расчетная длина ремня по формуле 7.7[1]:



L = 2 x a + 0.5 x  x (d1 + d2) + (d2 - d1)2 / (4 x a) = 

2 x 797 + 0.5 x 3,142 x (160 + 250) + (250 - 160)2 / (4 x 797) = 

2240,567 мм.



Выбираем значение по стандарту (см. табл. 7.7[1]) 2240 мм.

8. Уточнённое значение межосевого расстояния aр с учетом стандартной длины ремня L (см. формулу 7.27[1]):



aр = 0.25 x ((L - w) + ((L - w)2 - 2 x y)1/2)

где w = 0.5 x  x (d1 + d2) = 0.5 x 3,142 x (160 + 250) = 644,026 мм;

 y = (d2 - d1)2 = (250 - 160)2 = 8100 мм.



Тогда:



aр = 0.25 x ((2240 - 644,026) +EQ \R(;(2240 - 644,026)2 - 2 x 8100) ) = 796,716 мм,



При монтаже передачи необходимо обеспечить возможность уменьшения межосевого расстояния на 0,01 x L = 22,4 мм для облегчения надевания ремней на шкивы и возможность увеличения его на 0,025 x L = 56 мм для увеличения натяжения ремней.

9. Угол обхвата меньшего шкива по формуле 7.28[1]:



1 = 180o - 57 x (d2 - d1) / aр = 180o - 57 x (250 - 160) / aр = 173,561o



10. Коэффициент режима работы, учитывающий условия эксплуатации передачи, по табл. 7.10[1]: Cp = 1,1.

11. Коэффициент, учитывающий влияние длины ремня по табл. 7.9[1]: CL = 1,06.

12. Коэффициент, учитывающий влияние угла обхвата (см. пояснения к формуле 7.29[1]): C = 0,984.

13. Коэффициент, учитывающий число ремней в передаче (см. пояснения к формуле 7.29[1]): предполагая, что ремней в передаче будет от 4 до 6, примем коэффициент Сz = 0,85.

14. Число ремней в передаче:



z = P x Cp / (PoCL x C x Cz) = 8899 x 1,1 / (1870 x 1,06 x 0,984 x 0,85 = 5,904,



где Рo = 1,87 кВт - мощность, передаваемая одним клиновым ремнем, кВт (см. табл. 7.8[1]). 

Принимаем z = 6.

15. Скорость:



V = 0.5 x (ведущего шкива) x d1 = 0.5 x 76,576 x 0,16 = 6,126 м/c.



16. Нажатие ветви клинового ремня по формуле 7.30[1]:



F0 = 850 x P x Cр x CL / (z x V x C) +  x V2 = 

850 x 8,899 x 1,1 x 1,06 / (6 x 6,126 x 0,984) + 0,1 x 6,1262 = 247,61 H.



где  = 0,1 Hxc2/м2 - коэффициент, учитывающий влияние центробежных сил (см. пояснения к формуле 7.30[1]).

17. Давление на валы находим по формуле 7.31[1]:



Fв = 2 x F0 x sin(/2) = 2 x 247,61 x 6 x sin(173,561o/2) = 2966,63 H.


18. Ширина шкивов Вш (см. табл. 7.12[1]):



Вш = (z - 1) x e + 2 x f = (6 - 1) x 15 + 2 x 10 = 95 мм.



Параметры клиноременной передачи, мм

Параметр

Значение

Параметр

Значение

Тип ремня

клиновой

Диаметр ведущего шкива d1

160

Сечение ремня

А

Диаметр ведомого шкива d2

250

Количество ремней Z

6

Максимальное напряжение max, H/мм2

4,848

Межосевое расстояние aw

796,716





Длина ремня l

2240

Предварительное натяжение ремня Fo, Н

247,61

Угол обхвата ведущего шкива 1, град

173,561

Сила давления ремня на вал Fв, Н

2966,63




Расчёт 2-й зубчатой цилиндрической передачи







3.1 Проектный расчёт



Так как в задании нет особых требований в отношении габаритов передачи, выбираем материалы со средними механическими характеристиками (см. гл.3, табл. 3.3[1]):

- для шестерни : сталь : 45

 термическая обработка : улучшение

 твердость : HB 230

- для колеса : сталь : 45

 термическая обработка : улучшение

 твердость : HB 200

Допустимые контактные напряжения (формула (3.9)[1]) , будут:



[H] = H lim b x KHL / [SH]



По таблице 3.2 гл. 3[1] имеем для сталей с твердостью поверхностей зубьев менее HB 350 :


H lim b = 2 x HB + 70 .

H lim b (шестерня) = 2 x 230 + 70 = 530 МПа;

H lim b (колесо) = 2 x 200 + 70 = 470 МПа;



KHL - коэффициент долговечности; при числе циклов нагружения больше базового, что имеет место при длительной эксплуатации редуктора принимаем KHL = 1 ; коэффициент безопасности [Sh]=1,1.

Допустимые контактные напряжения:



для шестерни [ H1 ] = 530 x 1 / 1,1 = 481,818 МПа;

для колеса [ H2 ] = 470 x 1 / 1,1 = 427,273 МПа.



Для прямозубых колес за расчетное напряжение принимается минимальное допустимое контактное напряжение шестерни или колеса.

Тогда расчетное допускаемое контактное напряжение будет:



[ H ] = [ H2 ] = 427,273 МПа.



Принимаем коэффициент симметричности расположения колес относительно опор по таблице 3.5[1] : KHb = 1,15 .

Коэффициент ширины венца по межосевому расстоянию принимаем: 



ba = b / aw = 0,2 , (см. стр.36[1]).



Межосевое расстояние из условия контактной выносливости активных поверхностей зубьев найдем по формуле 3.7 гл. 3[1]:



aw = Ka x (U + 1) x (T2 x KHb / [ H ] 2 x U2 x ba ) 1/3 = 

 49.5 x (5,6 + 1) x (955266,557 x 1,15 / 427,2732 x 5,62 x 0,2)1/3 = 322,219 мм.



где для прямозубых колес Кa = 49.5, передаточное число передачи U = 5,6; T2 = Тколеса = 955266,557 Нxм - момент на колесе.

Ближайшее значение межосевого расстояния по ГОСТ 2185-66 будет : aw = 315 мм .

Нормальный модуль зацепления берем по следующей рекомендации:

mn = (0.01...0.02) x aw мм, для нас: mn = 3,15 . . . 6,3 мм, принимаем:

по ГОСТ 9563-60* (см. стр. 36[1]) mn = 3,5 мм.

Задаемся суммой зубьев:



Z = z1 + z2 = 2 x aw / mn = 2 x 315 / 3,5 = 180



Числа зубьев шестерни и колеса:



z1 = Z / (U + 1) = 180 / (5,6 + 1) = 27,273



Принимаем: z1 = 27



z2 = Z - z1 = 180 - 27 = 153



Угол наклона зубьев  = 0o .

Основные размеры шестерни и колеса:

диаметры делительные:



d1 = mn x z1 / cos() = 3,5 x 27 / cos(0o) = 94,5 мм;

d2 = mn x z2 / cos() = 3,5 x 153 / cos(0o) = 535,5 мм.

Проверка: aw = (d1 + d2) / 2 = (94,5 + 535,5) / 2 = 315 мм.

диаметры вершин зубьев:



da1 = d1 + 2 x mn = 94,5 + 2 x 3,5 = 101,5 мм;

da2 = d2 + 2 x mn = 535,5 + 2 x 3,5 = 542,5 мм.



ширина колеса: b2 = ba x aw = 0,2 x 315 = 63 мм;

ширина шестерни: b1 = b2 + 5 = 63 + 5 = 68 мм;



Определим коэффициент ширины шестерни по диаметру:



bd = b1 / d1 = 68 / 94,5 = 0,72



Окружная скорость колес будет:



V = 1 x d1 / 2 = 47,86 x 94,5 x 10-3 / 2 = 2,261 м/c;



При такой скорости следует принять для зубчатых колес 8-ю степень точности.

Коэффициент нагрузки равен:



KH = KHb x KHa x KHv .



Коэффициент KHb=1,026 выбираем по таблице 3.5[1], коэффициент KHa=1 выбираем по таблице 3.4[1], коэффициент KHv=1,05 выбираем по таблице 3.6[1], тогда:



KH = 1,026 x 1 x 1,05 = 1,077


3.2 Проверочный расчёт по контактным напряжениям



Проверку контактных напряжений проводим по формуле 3.6[1]:



H = (310 / aw) x ((T2 x KH x (U + 1)3) / (b2 x U2))1/2 = 

 (310 / 315) x ((955266,557 x 1,077 x (5,6 + 1)3;63 x 5,62)) = 

 380,784 МПа.  [H]



Силы действующие в зацеплении вычислим по формуле 8.3 и 8.4[1]:

окружная : 



Ft = 2 x T1 / d1 = 2 x 176715,629 / 94,5 = 3740,013 Н;

радиальная: Fr = Ft x tg() / cos() = 3740,013 x tg(20o) / cos(0o) = 1361,253 Н;

осевая : Fa = F t x tg() = 3740,013 x tg(0o) = 0 Н.



3.3 Проверка зубьев передачи на изгиб



Проверим зубья на выносливость по напряжениям изгиба по формуле 3.25[1]:



F = Ft x KF x YF / (b x mn)  [F]



Здесь коэффициент нагрузки KF = KF x KFv (см. стр. 42[1]). По таблице 3.7[1] выбираем коэффициент расположения колес KF = 1,068, по таблице 3.8[1] выбираем коэффициент KFv=1,25. Таким образом коэффициент KF = 1,068 x 1,25 = 1,335. YF - коэффициент, учитывающий форму зуба и зависящий от эквивалентного числа Zv (см. гл.3, пояснения к формуле 3.25[1]):



у шестерни : Zv1 = z1 / cos3() = 27 / cos3(0o) = 27

у колеса : Zv2 = z2 / cos3() = 153 / cos3(0o) = 153

Тогда : YF1 = 3,86

YF2 = 3,574



Допускаемые напряжения находим по формуле 3.24[1]:



[F] = oF lim b x KFL / [Sf] .



KFL - коэффициент долговечности; при числе циклов нагружения больше базового, что имеет место при длительной эксплуатации редуктора принимаем KFL = 1 .



Для шестерни: oF lim b = 414 МПа;

Для колеса : oF lim b = 360 МПа.



Коэффициент [Sf] безопасности находим по формуле 3.24[1]:



[SF] = [SF]' x [SF]".



где для шестерни [SF]' = 1,75 ;

[SF]' = 1 ;

[SF(шест.)] = 1,75 x 1 = 1,75

для колеса [SF]' = 1,75 ;

[SF]" = 1 .

[SF(кол.)] = 1,75 x 1 = 1,75

Допускаемые напряжения:



для шестерни: [F1] = 414 x 1 / 1,75 = 236,571 МПа;

для колеса : [F2] = 360 x 1 / 1,75 = 205,714 МПа;



Находим отношения [F] / YF :



для шестерни: [F1] / YF1 = 236,571 / 3,86 = 61,288

для колеса : [F2] / YF2 = 205,714 / 3,574 = 57,558



Дальнейший расчет будем вести для колеса, для которого найденное отношение меньше.

Проверяем прочность зуба колеса по формуле 3.25[1]:



F2 = (Ft x KF x YF1) / (b2 x mn) = 

(3740,013 x 1,335 x x 3,574) / (63 x 3,5) = 80,928 МПа

F2 = 80,928 МПа < [f] = 205,714 МПа.



Условие прочности выполнено.



Механические характеристики материалов зубчатой передачи

Элемент передачи

Марка стали

Термообработка

HB1ср

в

[]H

[]F







HB2ср

H/мм2

Шестерня

45

улучшение

230

780

481,818

236,571

Колесо

45

улучшение

200

690

427,273

205,714



Параметры зубчатой цилиндрической передачи, мм

Проектный расчёт

Параметр

Значение

Параметр

Значение

Межосевое расстояние aw

315

Угол наклона зубьев , град

0

Модуль зацепления m

3,5

Диаметр делительной окружности:



Ширина зубчатого венца:



шестерни d1

колеса d2

94,5

535,5

шестерни b1

колеса b2

68

63





Числа зубьев:



Диаметр окружности вершин:



шестерни z1

колеса z2

27

153

шестерни da1

колеса da2

101,5

542,5

Вид зубьев

прямозубая передача

Диаметр окружности впадин:







шестерни df1

колеса df2

85,75

526,75

Проверочный расчёт

Параметр

Допускаемые значения

Расчётные значения

Примечание

Контактные напряжения H, H/мм2

427,273

380,784

-

Напряжения изгиба, H/мм2

F1

236,571

80,978

-



F2

205,714

80,928

-




Предварительный расчёт валов



Предварительный расчёт валов проведём на кручение по пониженным допускаемым напряжениям.

Диаметр вала при допускаемом напряжении [к] = 20 МПа вычисляем по формуле 8.16[1]:



dв  (16 x Tк / ( x [к]))1/3



4.1 Ведущий вал



dв  (16 x 176715,629 / (3,142 x 20))1/3 = 35,569 мм.



Под 1-й элемент (ведомый) выбираем диаметр вала: 40 мм.

Под 2-й элемент (подшипник) выбираем диаметр вала: 45 мм.

Под 3-й элемент (ведущий) выбираем диаметр вала: 50 мм.

Под 4-й элемент (подшипник) выбираем диаметр вала: 45 мм.



4.2 Выходной вал



dв  (16 x 955266,557 / (3,142 x 20))1/3 = 62,424 мм.



Под свободный (присоединительный) конец вала выбираем диаметр вала: 65 мм.

Под 2-й элемент (подшипник) выбираем диаметр вала: 70 мм.

Под 3-й элемент (ведомый) выбираем диаметр вала: 75 мм.

Под 4-й элемент (подшипник) выбираем диаметр вала: 70 мм.

Диаметры участков валов назначаем исходя из конструктивных соображений.


Диаметры валов, мм

Валы

Расчетный диаметр

Диаметры валов по сечениям





1-е сечение

2-е сечение

3-е сечение

4-е сечение

Ведущий вал.

35,569

Под 1-м элементом (ведомым) диаметр вала: 

40

Под 2-м элементом (подшипником) диаметр вала: 

45

Под 3-м элементом (ведущим) диаметр вала: 

50

Под 4-м элементом (подшипником) диаметр вала: 

45

Выходной вал.

62,424

Под свободным (присоединительным) концом вала: 

65

Под 2-м элементом (подшипником) диаметр вала: 

70

Под 3-м элементом (ведомым) диаметр вала: 

75

Под 4-м элементом (подшипником) диаметр вала: 

70



Длины участков валов, мм

Валы

Длины участков валов между



1-м и 2-м сечениями

2-м и 3-м сечениями

3-м и 4-м сечениями

Ведущий вал.

105

80

80

Выходной вал.

130

80

80




Конструктивные размеры шестерен и колёс



5.1 Ведущий шкив 1-й ременной передачи



Диаметр ступицы: dступ = (1,5...1,8) x dвала = 1,5 x 48 = 72 мм.

Длина ступицы: Lступ = (1,2...1,5) x dвала = 1,2 x 48 = 57,6 мм = 95 мм.

Толщина обода:о = (1,1...1,3) x h = 1,1 x 8,7 = 9,57 мм = 10 мм.

где h = 8,7 мм - глубина канавки под ремень от делительного диаметра.

Внутренний диаметр обода:

Dобода = d1 - 2 x (o + h) = 160 - 2 x (10 + 8,7) = 122,6 мм

Диаметр центровой окружности:

DC отв. = 0,5 x (Doбода + dступ.) = 0,5 x (122,6 + 72) = 97,3 мм = 97 мм

где Doбода = 122,6 мм - внутренний диаметр обода.

Диаметр отверстий: Dотв. = (Doбода + dступ.) / 4 = (122,6 + 72) / 4 = 12,65 мм = 13 мм.



5.2 Ведомый шкив 1-й ременной передачи



Диаметр ступицы: dступ = (1,5...1,8) x dвала = 1,5 x 40 = 60 мм.

Длина ступицы: Lступ = (1,2...1,5) x dвала = 1,2 x 40 = 48 мм = 95 мм.

Толщина обода:о = (1,1...1,3) x h = 1,1 x 8,7 = 9,57 мм = 10 мм.

где h = 8,7 мм - глубина канавки под ремень от делительного диаметра.

Внутренний диаметр обода:

Dобода = d2 - 2 x (o + h) = 250 - 2 x (10 + 8,7) = 212,6 мм

Диаметр центровой окружности:

DC отв. = 0,5 x (Doбода + dступ.) = 0,5 x (212,6 + 60) = 136,3 мм = 136 мм

где Doбода = 212,6 мм - внутренний диаметр обода.

Диаметр отверстий: Dотв. = (Doбода + dступ.) / 4 = (212,6 + 60) / 4 = 38,15 мм = 38 мм.



5.3 Цилиндрическая шестерня 2-й передачи



Диаметр ступицы: dступ = (1,5...1,8) x dвала = 1,5 x 50 = 75 мм.

Длина ступицы: Lступ = (0,8...1,5) x dвала = 0,8 x 50 = 40 мм. Длину ступицы, исходя из конструктивных соображений, принимаем равной ширине зубчатого венца: Lступ = b1 = 68 мм.

Фаска: n = 0,5 x mn = 0,5 x 3,5 = 1,75 мм

Округляем по номинальному ряду размеров: n = 2 мм.



5.4 Цилиндрическое колесо 2-й передачи



Диаметр ступицы: dступ = (1,5...1,8) x dвала = 1,5 x 75 = 112,5 мм. = 112 мм.

Длина ступицы: Lступ = (0,8...1,5) x dвала = 1 x 75 = 75 мм

Толщина обода: о = (2,5...4) x mn = 2,5 x 3,5 = 8,75 мм. = 9 мм.

где mn = 3,5 мм - модуль нормальный.

Толщина диска: С = (0,2...0,3) x b2 = 0,2 x 63 = 12,6 мм = 13 мм.

где b2 = 63 мм - ширина зубчатого венца.

Толщина рёбер: s = 0,8 x C = 0,8 x 13 = 10,4 мм = 10 мм.

Внутренний диаметр обода:

Dобода = Da2 - 2 x (2 x mn + o) = 542,5 - 2 x (2 x 3,5 + 9) = 510,5 мм = 510 мм.

Диаметр центровой окружности:

DC отв. = 0,5 x (Doбода + dступ.) = 0,5 x (510 + 112) = 311 мм = 312 мм

где Doбода = 510 мм - внутренний диаметр обода.

Диаметр отверстий: Dотв. = Doбода - dступ.) / 4 = (510 - 112) / 4 = 99,5 мм = 100 мм.

Фаска: n = 0,5 x mn = 0,5 x 3,5 = 1,75 мм

Округляем по номинальному ряду размеров: n = 2 мм.


Выбор муфты на выходном валу привода



В виду того, что в данном соединении валов требуется невысокая компенсирующая способность муфт, то допустима установка муфты упругой втулочно-пальцевой. Достоинство данного типа муфт: относительная простота конструкции и удобство замены упругих элементов. Выбор муфты упругой втулочно-пальцевой производится в зависимости от диаметров соединяемых валов, расчётного передаваемого крутящего момента и максимально допустимой частоты вращения вала. Диаметры соединяемых валов:



d(выход. вала) = 65 мм;

d(вала потребит.) = 65 мм;



Передаваемый крутящий момент через муфту:



T = 955,267 Нxм



Расчётный передаваемый крутящий момент через муфту:



Tр = kр x T = 1,3 x 955,267 = 1241,847 Нxм

здесь kр = 1,3 - коэффициент, учитывающий условия эксплуатации; значения его приведены в таблице 11.3[1].



Частота вращения муфты:



n = 81,613 об./мин.



Выбираем муфту упругую втулочно-пальцевую 2000-65-I.1-65-I.1-У2 ГОСТ 21424-93 (по табл. К21[3]).

Упругие элементы муфты проверим на смятие в предположении равномерного распределения нагрузки между пальцами.



см. = 2 x 103 x Tр / (zc x Do x dп x lвт) = 

 2 x 103 x 1241,847 / (10 x 181 x 24 x 44) = 1,299 МПа  [см] = 1,8МПа,



здесь zc=10 - число пальцев; Do=181 мм - диаметр окружности расположения пальцев; dп=24 мм - диаметр пальца; lвт=44 мм - длина упругого элемента.

Рассчитаем на изгиб пальцы муфты, изготовленные из стали 45:



и = 2 x 103 x Tр x (0,5 x lвт + с) / (zc x Do x 0,1 x dп3) = 

2 x 103 x 1241,847 x (0,5 x 44 + 4) / (10 x 181 x 0,1 x 243) = 

25,808 МПа  [и] = 80МПа,



здесь c=4 мм - зазор между полумуфтами.

Условие прочности выполняется.



Муфты

Муфты

Соединяемые валы



Ведущий

Ведомый

Муфта упругая втулочно-пальцевая 2000-65-I.1-65-I.1-У2 ГОСТ 21424-93 (по табл. К21[3]).

Выходной вал

d(выход. вала) = 65 мм;

Вал потребителя

d(вала потребит.) = 65 мм;




Проверка прочности шпоночных соединений



7.1 Ведущий шкив 1-й клиноременной передачи



Для данного элемента подбираем шпонку призматическую со скруглёнными торцами 14x9. Размеры сечений шпонки и пазов и длины шпонок по ГОСТ 23360-78 (см. табл. 8,9[1]).

Материал шпонки - сталь 45 нормализованная.

Напряжение смятия и условие прочности проверяем по формуле 8.22[1].



см = 2 x Т / (dвала x (l - b) x (h - t1)) = 

2 x 116211,346 / (48 x (90 - 14) x (9 - 5,5)) = 18,204 МПа  [см]



где Т = 116211,346 Нxмм - момент на валу; dвала = 48 мм - диаметр вала; h = 9 мм - высота шпонки; b = 14 мм - ширина шпонки; l = 90 мм - длина шпонки; t1 = 5,5 мм - глубина паза вала. Допускаемые напряжения смятия при переменной нагрузке и при стальной ступице [см] = 75 МПа.

Проверим шпонку на срез по формуле 8.24[1].



ср = 2 x Т / (dвала x (l - b) x b) = 

2 x 116211,346 / (48 x (90 - 14) x 14) = 4,551 МПа  [ср]



Допускаемые напряжения среза при стальной ступице [ср] = 0,6 x [см] = 0,6 x 75 = 45 МПа. 

Все условия прочности выполнены.




7.2 Ведомый шкив 1-й клиноременной передачи



Для данного элемента подбираем шпонку призматическую со скруглёнными торцами 12x8. Размеры сечений шпонки и пазов и длины шпонок по ГОСТ 23360-78 (см. табл. 8,9[1]).

Материал шпонки - сталь 45 нормализованная.

Напряжение смятия и условие прочности проверяем по формуле 8.22[1].



см = 2 x Т / (dвала x (l - b) x (h - t1)) = 

2 x 176715,629 / (40 x (90 - 12) x (8 - 5)) = 37,76 МПа  [см]



где Т = 176715,629 Нxмм - момент на валу; dвала = 40 мм - диаметр вала; h = 8 мм - высота шпонки; b = 12 мм - ширина шпонки; l = 90 мм - длина шпонки; t1 = 5 мм - глубина паза вала. Допускаемые напряжения смятия при переменной нагрузке и при стальной ступице [см] = 75 МПа.

Проверим шпонку на срез по формуле 8.24[1].



ср = 2 x Т / (dвала x (l - b) x b) = 

2 x 176715,629 / (40 x (90 - 12) x 12) = 9,44 МПа  [ср]



Допускаемые напряжения среза при стальной ступице [ср] = 0,6 x [см] = 0,6 x 75 = 45 МПа. 

Все условия прочности выполнены.



7.3 Шестерня 2-й зубчатой цилиндрической передачи



Для данного элемента подбираем шпонку призматическую со скруглёнными торцами 14x9. Размеры сечений шпонки и пазов и длины шпонок по ГОСТ 23360-78 (см. табл. 8,9[1]).

Материал шпонки - сталь 45 нормализованная.

Напряжение смятия и условие прочности проверяем по формуле 8.22[1].



см = 2 x Т / (dвала x (l - b) x (h - t1)) = 

2 x 176715,629 / (50 x (63 - 14) x (9 - 5,5)) = 41,216 МПа  [см]



где Т = 176715,629 Нxмм - момент на валу; dвала = 50 мм - диаметр вала; h = 9 мм - высота шпонки; b = 14 мм - ширина шпонки; l = 63 мм - длина шпонки; t1 = 5,5 мм - глубина паза вала. Допускаемые напряжения смятия при переменной нагрузке и при стальной ступице [см] = 75 МПа.

Проверим шпонку на срез по формуле 8.24[1].



ср = 2 x Т / (dвала x (l - b) x b) = 

2 x 176715,629 / (50 x (63 - 14) x 14) = 10,304 МПа  [ср]



Допускаемые напряжения среза при стальной ступице [ср] = 0,6 x [см] = 0,6 x 75 = 45 МПа. 

Все условия прочности выполнены.



7.4 Колесо 2-й зубчатой цилиндрической передачи



Для данного элемента подбираем две шпонки, расположенные под углом 180o друг к другу.Шпонки призматические со скруглёнными торцами 20x12. Размеры сечений шпонки и пазов и длины шпонок по ГОСТ 23360-78 (см. табл. 8,9[1]).

Материал шпонки - сталь 45 нормализованная.


Напряжение смятия и условие прочности проверяем по формуле 8.22[1].



см = Т / (dвала x (l - b) x (h - t1)) = 

955266,557 / (75 x (70 - 20) x (12 - 7,5)) = 56,608 МПа  [см]



где Т = 955266,557 Нxмм - момент на валу; dвала = 75 мм - диаметр вала; h = 12 мм - высота шпонки; b = 20 мм - ширина шпонки; l = 70 мм - длина шпонки; t1 = 7,5 мм - глубина паза вала. Допускаемые напряжения смятия при переменной нагрузке и при стальной ступице [см] = 75 МПа.

Проверим шпонку на срез по формуле 8.24[1].



ср = Т / (dвала x (l - b) x b) = 

 955266,557 / (75 x (70 - 20) x 20) = 12,737 МПа  [ср]



Допускаемые напряжения среза при стальной ступице [ср] = 0,6 x [см] = 0,6 x 75 = 45 МПа. 

Все условия прочности выполнены.



Соединения элементов передач с валами

Передачи

Соединения



Ведущий элемент передачи

Ведомый элемент передачи

1-я клиноременная передача

Шпонка призматическая со скруглёнными торцами 14x9

Шпонка призматическая со скруглёнными торцами 12x8

2-я зубчатая цилиндрическая передача

Шпонка призматическая со скруглёнными торцами 14x9

Две шпонки призматические со скруглёнными торцами 20x12




Конструктивные размеры корпуса редуктора



Толщина стенки корпуса и крышки одноступенчатого цилиндрического редуктора:



 = 0.025 x aw + 1 = 0.025 x 315 + 1 = 8,875 мм

Округляя в большую сторону, получим  = 9 мм.



1 = 0.02 x aw + 1 = 0.02 x 315 + 1 = 7,3 мм

Так как должно быть 1  8.0 мм, принимаем 1 = 8.0 мм.



Толщина верхнего пояса (фланца) корпуса: b = 1.5 x  = 1.5 x 9 = 13,5 мм. Округляя в большую сторону, получим b = 14 мм.

Толщина нижнего пояса (фланца) крышки корпуса: b1 = 1.5 x 1 = 1.5 x 8 = 12 мм.

Толщина нижнего пояса корпуса:

без бобышки: p = 2.35 x  = 2.35 x 9 = 21,15 мм.

Округляя в большую сторону, получим p = 22 мм.

при наличии бобышки: p1 = 1.5 x  = 1.5 x 9 = 13,5 мм.

Округляя в большую сторону, получим p1 = 14 мм.



p2 = (2,25...2,75) x  = 2.65 x 9 = 23,85 мм.



Округляя в большую сторону, получим p2 = 24 мм.

Толщина рёбер основания корпуса: m = (0,85...1) x  = 0.9 x 9 = 8,1 мм. Округляя в большую сторону, получим m = 9 мм.

Толщина рёбер крышки: m1 = (0,85...1) x 1 = 0.9 x 8 = 7,2 мм. Округляя в большую сторону, получим m1 = 8 мм.

Диаметр фундаментных болтов (их число  4):

d1 = (0,03...0,036) x aw (тихоходная ступень) + 12 = 

(0,03...0,036) x 315 + 12 = 21,45...23,34 мм. 

Принимаем d1 = 24 мм.

Диаметр болтов:

у подшипников:



d2 = (0,7...0,75) x d1 = (0,7...0,75) x 24 = 16,8...18 мм. Принимаем d2 = 16 мм.



соединяющих основание корпуса с крышкой:



d3 = (0,5...0,6) x d1 = (0,5...0,6) x 24 = 12...14,4 мм. Принимаем d3 = 16 мм.



Размеры, определяющие положение болтов d2 (см. рис. 10.18[1]):



e  (1...1,2) x d2 = (1...1.2) x 16 = 16...19,2 = 17 мм;

q  0,5 x d2 + d4 = 0,5 x 16 + 5 = 13 мм;



где крепление крышки подшипника d4 = 5 мм.

Высоту бобышки hб под болт d2 выбирают конструктивно так, чтобы образовалась опорная поверхность под головку болта и гайку. Желательно у всех бобышек иметь одинаковую высоту hб.


Расчёт реакций в опорах



9.1 1-й вал



Силы, действующие на вал и углы контактов элементов передач:



Fx1 = -2966,63 H

Fx3 = -1361,253 H

Fy3 = 3740,013 H



Из условия равенства суммы моментов сил относительно 1-й опоры:



Rx2 = ((-Fx1 * (L1 + L2 + L3)) - Fx2 * L3) / (L2 + L3)

 = ((-(-2966,63) * (105 + 80 + 80)) - (-1361,253) * 80) / (80 + 80)

 = 5594,107 H

Ry2 = ((-Fy1 * (L1 + L2 + L3)) - Fy3 * L3) / (L2 + L3)

 = ((-0 * (105 + 80 + 80)) - 3740,013 * 80) / (80 + 80)

 = -1870,007 H



Из условия равенства суммы сил относительно осей X и Y:



Rx4 = (-Fx1) - Rx2 - Fx2

 = (-(-2966,63)) - 5594,107 - (-1361,253)

 = -1266,224 H

Ry4 = (-Fy1) - Rx2 - Fy3

 = (-0) - (-1870,007) - 3740,013

 = -1870,006 H


Суммарные реакции опор:



R1 = (Rx12 + Ry12)1/2 = (5594,1072 + -1870,0072)1/2 = 5898,386 H;

R2 = (Rx22 + Ry22)1/2 = (-1266,2242 + -1870,0062)1/2 = 2258,373 H;



9.2 2-й вал



Силы, действующие на вал и углы контактов элементов передач:



Fx3 = 1361,253 H

Fy3 = -3740,013 H



Из условия равенства суммы моментов сил относительно 1-й опоры:



Rx2 = (-Fx2 * L3) / (L2 + L3)

 = (-1361,253 * 80) / (80 + 80)

 = -680,626 H

Ry2 = (-Fy3 * L3) / (L2 + L3)

 = (-(-3740,013) * 80) / (80 + 80)

 = 1870,006 H



Из условия равенства суммы сил относительно осей X и Y:



Rx4 = (-Rx2) - Fx2

 = (-(-680,626)) - 1361,253

 = -680,626 H

Ry4 = (-Rx2) - Fy3

 = (-1870,006) - (-3740,013)

 = 1870,006 H


Суммарные реакции опор:

R1 = (Rx12 + Ry12)1/2 = (-680,6262 + 1870,0062)1/2 = 1990,019 H;

R2 = (Rx22 + Ry22)1/2 = (-680,6262 + 1870,0062)1/2 = 1990,019 H;


Построение эпюр моментов валов



10.1 Расчёт моментов 1-го вала



1-е сечение



Mx = 0 Н x мм

My = 0 Н x мм

M = (Mx12 + My12)1/2 = (02 + 02)1/2 = 0 H x мм



2-е сечение



Mx = 0 Н x мм

My = Fx1 * L1 = 

(-2966,63) * 105 = -311496,15 H x мм

M = (Mx12 + My12)1/2 = (02 + -311496,152)1/2 = 311496,15 H x мм



3-е сечение



Mx = Fy1 * (L1 + L2) + Rx2 * L2 = 

0 * (105 + 80) + (-1870,007) * 80 = -149600,52 H x мм

My = Fx1 * (L1 + L2) + Rx2 * L2 = 

(-2966,63) * (105 + 80) + 5594,107 * 80 = -101297,955 H x мм

M = (Mx12 + My12)1/2 = (-149600,522 + -101297,9552)1/2 = 180669,841 H x мм




4-е сечение



Mx = 0 Н x мм

My = 0 Н x мм

M = (Mx12 + My12)1/2 = (02 + 02)1/2 = 0 H x мм



10.2 Эпюры моментов 1-го вала



Y

X





Fy3

Fy1



Fx3

Fx1

Z





Ry4

Ry2



Rx4

Rx2















4

3

2

1



80

80

105









Mx, Hxмм







-149600,52









My, Hxмм







-101297,955



-311496,15





311496,15





180669,841





M = (Mx2 + My2)1/2, Hxмм











Mкр(max) = Ткр, Hxмм








10.3 Расчёт моментов 2-го вала



1 - е сечение



Mx = 0 Н x мм

My = 0 Н x мм

M = (Mx12 + My12)1/2 = (02 + 02)1/2 = 0 H x мм



2 - е сечение



Mx = 0 Н x мм

My = 0 Н x мм

M = (Mx12 + My12)1/2 = (02 + 02)1/2 = 0 H x мм



3 - е сечение



Mx = Rx2 * L2 = 

1870,006 * 80 = 149600,52 H x мм

My = Rx2 * L2 = 

(-680,626) * 80 = -54450,12 H x мм

M = (Mx12 + My12)1/2 = (149600,522 + -54450,122)1/2 = 159201,543 H x мм



4 - е сечение



Mx = 0 Н x мм

My = 0 Н x мм

M = (Mx12 + My12)1/2 = (02 + 02)1/2 = 0 H x мм


10.4 Эпюры моментов 2-го вала



Y

X





Fy3



Fx3

Z





Ry4

Ry2



Rx4

Rx2















4

3

2

1



80

80

130







149600,52









Mx, Hxмм

















My, Hxмм









-54450,12





159201,543









M = (Mx2 + My2)1/2, Hxмм

















Mкр(max) = Ткр, Hxмм
















11. Проверка долговечности подшипников



11.1 1-й вал



Выбираем шарикоподшипник радиальный однорядный (по ГОСТ 8338-75) 409 тяжелой серии со следующими параметрами:

d = 45 мм - диаметр вала (внутренний посадочный диаметр подшипника);

D = 120 мм - внешний диаметр подшипника;

C = 76,1 кН - динамическая грузоподъёмность;

Co = 45,5 кН - статическая грузоподъёмность.

Радиальные нагрузки на опоры:



Pr1 = 5898,386 H;

Pr2 = 2258,373 H.



Будем проводить расчёт долговечности подшипника по наиболее нагруженной опоре 1.

Эквивалентная нагрузка вычисляется по формуле:



Рэ = (Х x V x Pr1 + Y x Pa) x Кб x Кт,



где - Pr1 = 5898,386 H - радиальная нагрузка; Pa = Fa = 0 H - осевая нагрузка; V = 1 (вращается внутреннее кольцо подшипника); коэффициент безопасности Кб = 1,4 (см. табл. 9.19[1]); температурный коэффициент Кт = 1 (см. табл. 9.20[1]).

Отношение Fa / Co = 0 / 45500 = 0; этой величине (по табл. 9.18[1]) соответствует e = 0.

Отношение Fa / (Pr1 x V) = 0 / (5898,386 x 1) = 0  e; тогда по табл. 9.18[1]: X = 1; Y = 0.

Тогда: Pэ = (1 x 1 x 5898,386 + 0 x 0) x 1,4 x 1 = 8257,74 H.

Расчётная долговечность, млн. об. (формула 9.1[1]):

L = (C / Рэ)3 = (76100 / 8257,74)3 = 782,655 млн. об.

Расчётная долговечность, ч.:

Lh = L x 106 / (60 x n1) = 782,655 x 106 / (60 x 457,031) = 28541,281 ч,

что больше 10000 ч. (минимально допустимая долговечность подшипника), установленных ГОСТ 16162-85 (см. также стр.307[1]), здесь n1 = 457,031 об/мин - частота вращения вала.



11.2 2-й вал



Выбираем шарикоподшипник радиальный однорядный (по ГОСТ 8338-75) 314 средней серии со следующими параметрами:

d = 70 мм - диаметр вала (внутренний посадочный диаметр подшипника);

D = 150 мм - внешний диаметр подшипника;

C = 104 кН - динамическая грузоподъёмность;

Co = 63 кН - статическая грузоподъёмность.

Радиальные нагрузки на опоры:



Pr1 = 1990,019 H;

Pr2 = 1990,019 H.



Будем проводить расчёт долговечности подшипника по наиболее нагруженной опоре 2.

Эквивалентная нагрузка вычисляется по формуле:



Рэ = (Х x V x Pr2 + Y x Pa) x Кб x Кт,

где - Pr2 = 1990,019 H - радиальная нагрузка; Pa = Fa = 0 H - осевая нагрузка; V = 1 (вращается внутреннее кольцо подшипника); коэффициент безопасности Кб = 1,4 (см. табл. 9.19[1]); температурный коэффициент Кт = 1 (см. табл. 9.20[1]).

Отношение Fa / Co = 0 / 63000 = 0; этой величине (по табл. 9.18[1]) соответствует e = 0.

Отношение Fa / (Pr2 x V) = 0 / (1990,019 x 1) = 0  e; тогда по табл. 9.18[1]: X = 1; Y = 0.

Тогда: Pэ = (1 x 1 x 1990,019 + 0 x 0) x 1,4 x 1 = 2786,027 H.

Расчётная долговечность, млн. об. (формула 9.1[1]):



L = (C / Рэ)3 = (104000 / 2786,027)3 = 52016,851 млн. об.



Расчётная долговечность, ч.:



Lh = L x 106 / (60 x n2) = 52016,851 x 106 / (60 x 81,613) = 10622664,486 ч,



что больше 10000 ч. (минимально допустимая долговечность подшипника), установленных ГОСТ 16162-85 (см. также стр.307[1]), здесь n2 = 81,613 об/мин - частота вращения вала.




Подшипники

Валы

Подшипники



1-я опора

2-я опора



Наименование

d, мм

D, мм

Наименование

d, мм

D, мм

1-й вал

шарикоподшипник радиальный однорядный (по ГОСТ 8338-75) 409тяжелой серии

45

120

шарикоподшипник радиальный однорядный (по ГОСТ 8338-75) 409тяжелой серии

45

120

2-й вал

шарикоподшипник радиальный однорядный (по ГОСТ 8338-75) 314средней серии

70

150

шарикоподшипник радиальный однорядный (по ГОСТ 8338-75) 314средней серии

70

150




12 Уточненный расчёт валов



12.1 Расчёт 1-го вала



Крутящий момент на валу Tкр. = 176715,629 Hxмм.

Для данного вала выбран материал: сталь 45. Для этого материала:

- предел прочности b = 780 МПа;

- предел выносливости стали при симметричном цикле изгиба 

-1 = 0,43 x b = 0,43 x 780 = 335,4 МПа;

- предел выносливости стали при симметричном цикле кручения 

-1 = 0,58 x -1 = 0,58 x 335,4 = 194,532 МПа.



2 - е сечение.

Диаметр вала в данном сечении D = 45 мм. Концентрация напряжений обусловлена посадкой подшипника с гарантированным натягом (см. табл. 8.7[1]).

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:



S = -1 / ((k / ( x )) x v +  x m) , где:



- амплитуда цикла нормальных напряжений:



v = Mизг. / Wнетто = 311496,15 / 8946,176 = 34,819 МПа,



здесь 

Wнетто =  x D3 / 32 = 



 3,142 x 453 / 32 = 8946,176 мм3


- среднее напряжение цикла нормальных напряжений:



m = Fa / ( x D2 / 4) = 0 / (3,142 x 452 / 4) = 0 МПа, Fa = 0 МПа - продольная сила,

-  = 0,2 - см. стр. 164[1]; 

-  = 0.97 - коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности, см. стр. 162[1];

- k/ = 3,102 - находим по таблице 8.7[1];



Тогда:



S = 335,4 / ((3,102 / 0,97) x 34,819 + 0,2 x 0) = 3,012.



Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:



S = -1 / ((k  / (t x )) x v + t x m), где:

- амплитуда и среднее напряжение отнулевого цикла:



v = m = max / 2 = 0,5 x Tкр. / Wк нетто = 0,5 x 176715,629 / 17892,352 = 4,938 МПа,



здесь 

Wк нетто =  x D3 / 16 = 

 3,142 x 453 / 16 = 17892,352 мм3

- t = 0.1 - см. стр. 166[1]; 

-  = 0.97 - коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности, см. стр. 162[1].

- k/ = 2,202 - находим по таблице 8.7[1];


Тогда:



S = 194,532 / ((2,202 / 0,97) x 4,938 + 0,1 x 4,938) = 16,622.



Результирующий коэффициент запаса прочности:



S = S x S / (S2 + S2)1/2 = 3,012 x 16,622 / (3,0122 + 16,6222)1/2 = 2,964



Расчётное значение получилось больше минимально допустимого [S] = 2,5. Сечение проходит по прочности.



3 - е сечение.



Диаметр вала в данном сечении D = 50 мм. Концентрация напряжений обусловлена наличием шпоночной канавки. Ширина шпоночной канавки b = 14 мм, глубина шпоночной канавки t1 = 5,5 мм.

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:



S = -1 / ((k / ( x )) x v +  x m) , где:



- амплитуда цикла нормальных напряжений:



v = Mизг. / Wнетто = 180669,841 / 10747,054 = 16,811 МПа,



здесь 



Wнетто =  x D3 / 32 - b x t1 x (D - t1)2/ (2 x D) = 

3,142 x 503 / 32 - 14 x 5,5 x (50 - 5,5)2/ (2 x 50) = 10747,054 мм3, 

где b=14 мм - ширина шпоночного паза; t1=5,5 мм - глубина шпоночного паза; 

- среднее напряжение цикла нормальных напряжений:



m = Fa / ( x D2 / 4) = 0 / (3,142 x 502 / 4) = 0 МПа, Fa = 0 МПа - продольная сила,



-  = 0,2 - см. стр. 164[1]; 

-  = 0.97 - коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности, см. стр. 162[1];

- k = 1,8 - находим по таблице 8.5[1];

-  = 0,85 - находим по таблице 8.8[1];

Тогда:



S = 335,4 / ((1,8 / (0,85 x 0,97)) x 16,811 + 0,2 x 0) = 9,139.



Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:



S = -1 / ((k  / (t x )) x v + t x m), где:



- амплитуда и среднее напряжение отнулевого цикла:



v = m = max / 2 = 0,5 x Tкр. / Wк нетто = 0,5 x 176715,629 / 23018,9 = 3,838 МПа,



здесь 



Wк нетто =  x D3 / 16 - b x t1 x (D - t1)2/ (2 x D) = 

3,142 x 503 / 16 - 14 x 5,5 x (50 - 5,5)2/ (2 x 50) = 23018,9 мм3, 



где b=14 мм - ширина шпоночного паза; t1=5,5 мм - глубина шпоночного паза; 



- t = 0.1 - см. стр. 166[1]; 

-  = 0.97 - коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности, см. стр. 162[1].

- k = 1,7 - находим по таблице 8.5[1];

-  = 0,73 - находим по таблице 8.8[1];



Тогда:



S = 194,532 / ((1,7 / (0,73 x 0,97)) x 3,838 + 0,1 x 3,838) = 20,268.



Результирующий коэффициент запаса прочности:



S = S x S / (S2 + S2)1/2 = 9,139 x 20,268 / (9,1392 + 20,2682)1/2 = 8,331



Расчётное значение получилось больше минимально допустимого [S] = 2,5. Сечение проходит по прочности.



12.2 Расчёт 2-го вала



Крутящий момент на валу Tкр. = 955266,557 Hxмм.

Для данного вала выбран материал: сталь 45. Для этого материала:

- предел прочности b = 780 МПа;

- предел выносливости стали при симметричном цикле изгиба 

-1 = 0,43 x b = 0,43 x 780 = 335,4 МПа;

- предел выносливости стали при симметричном цикле кручения 

-1 = 0,58 x -1 = 0,58 x 335,4 = 194,532 МПа.

1 - е сечение.

Диаметр вала в данном сечении D = 65 мм. Это сечение при передаче вращающего момента через муфту рассчитываем на кручение. Концентрацию напряжений вызывает наличие шпоночной канавки.

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:



S = -1 / ((k  / (t x )) x v + t x m), где:



- амплитуда и среднее напряжение отнулевого цикла:



v = m = max / 2 = 0,5 x Tкр. / Wк нетто = 0,5 x 955266,557 / 50662 = 9,428 МПа,



здесь 



Wк нетто =  x D3 / 16 - b x t1 x (D - t1)2/ (2 x D) = 

3,142 x 653 / 16 - 18 x 7 x (65 - 7)2/ (2 x 65) = 50662 мм3



где b=18 мм - ширина шпоночного паза; t1=7 мм - глубина шпоночного паза; 

- t = 0.1 - см. стр. 166[1]; 

-  = 0.97 - коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности, см. стр. 162[1].

- k = 1,7 - находим по таблице 8.5[1];

-  = 0,7 - находим по таблице 8.8[1];

Тогда:

S = 194,532 / ((1,7 / (0,7 x 0,97)) x 9,428 + 0,1 x 9,428) = 7,925.



ГОСТ 16162-78 указывает на то, чтобы конструкция редукторов предусматривала возможность восприятия консольной нагрузки, приложенной в середине посадочной части вала. Величина этой нагрузки для редукторов должна быть 2,5 x Т1/2.

Приняв у ведущего вала длину посадочной части под муфту равной длине полумуфты l = 80 мм, получим Мизг. = 2,5 x Tкр1/2 x l / 2 = 2,5 x 955266,5571/2 x 80 / 2 = 97737,739 Нxмм.

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:



S = -1 / ((k / ( x )) x v +  x m) , где:



- амплитуда цикла нормальных напряжений:



v = Mизг. / Wнетто = 97737,739 / 23700,754 = 14,846 МПа,



здесь 



Wнетто =  x D3 / 32 - b x t1 x (D - t1)2/ (2 x D) = 

3,142 x 653 / 32 - 18 x 7 x (65 - 7)2/ (2 x 65) = 23700,754 мм3, 



где b=18 мм - ширина шпоночного паза; t1=7 мм - глубина шпоночного паза; 

- среднее напряжение цикла нормальных напряжений:



m = Fa / ( x D2 / 4) = 0 / (3,142 x 652 / 4) = 0 МПа, где


Fa = 0 МПа - продольная сила в сечении,

-  = 0,2 - см. стр. 164[1]; 

-  = 0.97 - коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности, см. стр. 162[1];

- k = 1,8 - находим по таблице 8.5[1];

-  = 0,82 - находим по таблице 8.8[1];

Тогда:



S = 335,4 / ((1,8 / (0,82 x 0,97)) x 14,846 + 0,2 x 0) = 9,983.



Результирующий коэффициент запаса прочности:



S = S x S / (S2 + S2)1/2 = 9,983 x 7,925 / (9,9832 + 7,9252)1/2 = 6,207



Расчётное значение получилось больше минимально допустимого [S] = 2,5. Сечение проходит по прочности.



3 - е сечение.

Диаметр вала в данном сечении D = 75 мм. Концентрация напряжений обусловлена наличием двух шпоночных канавок. Ширина шпоночной канавки b = 20 мм, глубина шпоночной канавки t1 = 7,5 мм.

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:



S = -1 / ((k / ( x )) x v +  x m) , где:



- амплитуда цикла нормальных напряжений:



v = Mизг. / Wнетто = 159201,543 / 32304,981 = 4,928 МПа,

здесь 

Wнетто =  x D3 / 32 - b x t1 x (D - t1)2/ D = 



 3,142 x 753 / 32 - 20 x 7,5 x (75 - 7,5)2/ 75 = 32304,981 мм3, 



где b=20 мм - ширина шпоночного паза; t1=7,5 мм - глубина шпоночного паза; 

- среднее напряжение цикла нормальных напряжений:



m = Fa / ( x D2 / 4) = 0 / (3,142 x 752 / 4) = 0 МПа, Fa = 0 МПа - продольная сила,

-  = 0,2 - см. стр. 164[1]; 

-  = 0.97 - коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности, см. стр. 162[1];

- k = 1,8 - находим по таблице 8.5[1];

-  = 0,76 - находим по таблице 8.8[1];

Тогда:



S = 335,4 / ((1,8 / (0,76 x 0,97)) x 4,928 + 0,2 x 0) = 27,874.



Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:



S = -1 / ((k  / (t x )) x v + t x m), где:



- амплитуда и среднее напряжение отнулевого цикла:



v = m = max / 2 = 0,5 x Tкр. / Wк нетто = 0,5 x 955266,557 / 73722,463 = 6,479 МПа,

здесь 



Wк нетто =  x D3 / 16 - b x t1 x (D - t1)2/ D = 



3,142 x 753 / 16 - 20 x 7,5 x (75 - 7,5)2/ 75 = 73722,463 мм3, 

где b=20 мм - ширина шпоночного паза; t1=7,5 мм - глубина шпоночного паза; 



- t = 0.1 - см. стр. 166[1]; 

-  = 0.97 - коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности, см. стр. 162[1].

- k = 1,7 - находим по таблице 8.5[1];

-  = 0,65 - находим по таблице 8.8[1];

Тогда:

S = 194,532 / ((1,7 / (0,65 x 0,97)) x 6,479 + 0,1 x 6,479) = 10,738.

Результирующий коэффициент запаса прочности:



S = S x S / (S2 + S2)1/2 = 27,874 x 10,738 / (27,8742 + 10,7382)1/2 = 10,02



Расчётное значение получилось больше минимально допустимого [S] = 2,5. Сечение проходит по прочности.




Тепловой расчёт редуктора



Для проектируемого редуктора площадь теплоотводящей поверхности А = 0,73 мм2 (здесь учитывалась также площадь днища, потому что конструкция опорных лап обеспечивает циркуляцию воздуха около днища).

По формуле 10.1[1] условие работы редуктора без перегрева при продолжительной работе:



t = tм - tв = Pтр x (1 - ) / (Kt x A)  [t],



где Ртр = 8,899 кВт - требуемая мощность для работы привода; tм - температура масла; tв - температура воздуха.

Считаем, что обеспечивается нормальная циркуляция воздуха, и принимаем коэффициент теплоотдачи Kt = 15 Вт/(м2xoC). Тогда:



t = 8899 x (1 - 0,899) / (15 x 0,73) = 82,082o > [t],



где [t] = 50oС - допускаемый перепад температур.

Для уменьшения t следует соответсвенно увеличить теплоотдающую поверхность корпуса редуктора пропорционально отношению:

t / [t] = 82,082 / 50 = 1,642, сделав корпус ребристым.


Выбор сорта масла



Смазывание элементов передач редуктора производится окунанием нижних элементов в масло, заливаемое внутрь корпуса до уровня, обеспечивающего погружение элемента передачи примерно на 10-20 мм. Объём масляной ванны V определяется из расчёта 0,25 дм3 масла на 1 кВт передаваемой мощности:



V = 0,25 x 8,899 = 2,225 дм3.



По таблице 10.8[1] устанавливаем вязкость масла. При контактных напряжениях H = 380,784 МПа и скорости v = 2,261 м/с рекомендуемая вязкость масла должна быть примерно равна 30 x 10-6 м/с2. По таблице 10.10[1] принимаем масло индустриальное И-30А (по ГОСТ 20799-75*).

Выбираем для подшипников качения пластичную смазку УТ-1 по ГОСТ 1957-73 (см. табл. 9.14[1]). Камеры подшинпиков заполняются данной смазкой и периодически пополняются ей.


Выбор посадок



Посадки элементов передач на валы - Н7/р6, что по СТ СЭВ 144-75 соответствует легкопрессовой посадке.

Посадка муфты на выходной вал редуктора - Н8/h8.

Шейки валов под подшипники выполняем с отклонением вала k6.

Остальные посадки назначаем, пользуясь данными таблицы 8.11[1].


Технология сборки редуктора



Перед сборкой внутреннюю полость корпуса редуктора тщательно очищают и покрывают маслостойкой краской. Сборку производят в соответствии с чертежом общего вида редуктора, начиная с узлов валов. 

На валы закладывают шпонки и напрессовывают элементы передач редуктора. Мазеудерживающие кольца и подшипники следует насаживать, предварительно нагрев в масле до 80-100 градусов по Цельсию, последовательно с элементами передач. Собранные валы укладывают в основание корпуса редуктора и надевают крышку корпуса, покрывая предварительно поверхности стыка крышки и корпуса спиртовым лаком. Для центровки устанавливают крышку на корпус с помощью двух конических штифтов; затягивают болты, крепящие крышку к корпусу. После этого в подшипниковые камеры закладывают смазку, ставят крышки подшипников с комплектом металлических прокладок, регулируют тепловой зазор. Перед постановкой сквозных крышек в проточки закладывают войлочные уплотнения, пропитанные горячим маслом. Проверяют проворачиванием валов отсутствие заклинивания подшипников (валы должны проворачиваться от руки) и закрепляют крышку винтами. Затем ввертывают пробку маслоспускного отверстия с прокладкой и жезловый маслоуказатель. Заливают в корпус масло и закрывают смотровое отверстие крышкой с прокладкой, закрепляют крышку болтами. Собранный редуктор обкатывают и подвергают испытанию на стенде по программе, устанавливаемой техническими условиями. 


Заключение



При выполнении курсового проекта по “Деталям машин” были закреплены знания, полученные за прошедший период обучения в таких дисциплинах как: теоретическая механика, сопротивление материалов, материаловедение.

Целью данного проекта является проектирование привода цепного конвейера, который состоит как из простых стандартных деталей, так и из деталей, форма и размеры которых определяются на основе конструкторских, технологических, экономических и других нормативов.

В ходе решения поставленной передо мной задачей, была освоена методика выбора элементов привода, получены навыки проектирования, позволяющие обеспечить необходимый технический уровень, надежность и долгий срок службы механизма.

Опыт и навыки, полученные в ходе выполнения курсового проекта, будут востребованы при выполнении, как курсовых проектов, так и дипломного проекта.

Можно отметить, что спроектированный редуктор обладает хорошими свойствами по всем показателям.

По результатам расчета на контактную выносливость действующие напряжения в зацеплении меньше допускаемых напряжений.

По результатам расчета по напряжениям изгиба действующие напряжения изгиба меньше допускаемых напряжений.

Расчет вала показал, что запас прочности больше допускаемого.

Необходимая динамическая грузоподъемность подшипников качения меньше паспортной.

При расчете был выбран электродвигатель, который удовлетворяет заданные требования.




Список использованной литературы



1. Чернавский С.А., Боков К.Н., Чернин И.М., Ицкевич Г.М., Козинцов В.П. 'Курсовое проектирование деталей машин': Учебное пособие для учащихся. М.:Машиностроение, 1988 г., 416с.

2. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. 'Конструирование узлов и деталей машин', М.: Издательский центр 'Академия', 2003 г., 496 c.

3. Шейнблит А.Е. 'Курсовое проектирование деталей машин': Учебное пособие, изд. 2-е перераб. и доп. - Калининград: 'Янтарный сказ', 2004 г., 454 c.: ил., черт. - Б.ц.

4. Березовский Ю.Н., Чернилевский Д.В., Петров М.С. 'Детали машин', М.: Машиностроение, 1983г., 384 c.

5. Боков В.Н., Чернилевский Д.В., Будько П.П. 'Детали машин: Атлас конструкций.' М.: Машиностроение, 1983 г., 575 c.

6. Гузенков П.Г., 'Детали машин'. 4-е изд. М.: Высшая школа, 1986 г., 360 с.

7. Детали машин: Атлас конструкций / Под ред. Д.Р.Решетова. М.: Машиностроение, 1979 г., 367 с.

8. Дружинин Н.С., Цылбов П.П. Выполнение чертежей по ЕСКД. М.: Изд-во стандартов, 1975 г., 542 с.

9. Кузьмин А.В., Чернин И.М., Козинцов Б.П. 'Расчеты деталей машин', 3-е изд. - Минск: Вышейшая школа, 1986 г., 402 c.

10. Куклин Н.Г., Куклина Г.С., 'Детали машин' 3-е изд. М.: Высшая школа, 1984 г., 310 c.

11. 'Мотор-редукторы и редукторы': Каталог. М.: Изд-во стандартов, 1978 г., 311 c.

12. Перель Л.Я. 'Подшипники качения'. M.: Машиностроение, 1983 г., 588 c.

13. 'Подшипники качения': Справочник-каталог / Под ред. Р.В. Коросташевского и В.Н. Нарышкина. М.: Машиностроение, 1984 г., 280 с.

14. 'Проектирование механических передач' / Под ред. С.А. Чернавского, 5-е изд. М.: Машиностроение, 1984 г., 558 c.