Розрахунок конічного редуктора 2

Міністерство освіти і науки Російської Федерації.
Федеральне агентство з освіти.
Державна освітня установа вищої професійної освіти.
Самарський державний технічний університет.
Кафедра: «Прикладна механіка»

Курсовий проект з механіки

Студент 2 - ХТ - 2
Керівник: к. т. н., Доцент
Cамара,
2004 р .

Технічне завдання № 65.
Конічна передача.
Частота обертання валу електродвигуна:

.
Обертаючий момент на вихідному валу редуктора:

.
Частота обертання вихідного валу:

.
Термін служби редуктора в роках:

.
Коефіцієнт завантаження редуктора протягом року:

.
Коефіцієнт завантаження редуктора протягом доби:

Зміст
1. Введение_________________________________________________________4
2. Кінематичний і силовий розрахунок прівода__________________________4
2.1 Визначення частот обертання валів редуктора______________________4
2.2. Розрахунок чисел зубів колес________________________________________4
2.3. Визначення фактичного передавального отношенія_______________5
2.4. Визначення ККД редуктора_____________________________________5
2.5. Визначення номінальних навантажувальних моментів на кожному валу, схема механизма___________________________________________________5
2.6. Розрахунок потрібної потужності і вибір електродвигуна, його размери___5
3. Вибір матеріалів та розрахунок допускаються напряженій_________________7
3.1. Визначення твердості матеріалів, вибір матеріалу для зубчастого колеса____________________________________________________________7
3.2. Розрахунок допустимих напружень _________________________________7
3.3. Допустимі напруги на контактну винослівость______________7
3.4. Допустимі напруги на згинальну винослівость________________8
4. Проектний та перевірочний розрахунок передачі__________________________8
4.1. Обчислення попереднього ділильного діаметра шестерні______8
4.2. Обчислення попереднього модуля передачі та уточнення його по ГОСТу___________________________________________________________8
4.3. Розрахунок геометричних параметрів передачі_______________________8
4.4. Перевірочний розрахунок передачи___________________________________9
4.5. Зусилля в зацеплении___________________________________________9
5. Проектний розрахунок валу і вибір підшипників ______________________12
6. Ескізна компоновка і розрахунок елементів конструкціі_______________12
6.1. Розрахунок зубчастого колеса________________________________________12
6.2. Розрахунок елементів корпуса______________________________________13
6.3. Розрахунок мазеудержівающіх колец_______________________________13
6.4. Розрахунок кришки подшипников__________________________________13
6.5. Виконання компоновочного чертежа__________________________13
7. Підбір і перевірочний розрахунок шпонкових з'єднань _______________14
8. Перевірочний розрахунок вала на втомну винослівость______________15
9. Перевірочний розрахунок підшипників вихідного вала на долговечность___18
10. Підбір і розрахунок сполучної муфти___________________________19
11. Змазування редуктора__________________________________________19
12. Складання і регулювання основних вузлів редуктора___________________20
13. Список використовуваної литературы________________________________22
14. Приложения__________________________________________________23

Введення.
Редуктором називають механізм, що складається з зубчастих або черв'ячних передач, виконаний у вигляді окремого агрегату і службовець для передачі обертання від валу двигуна до валу робочої машини.
Призначення редуктора - зниження кутової швидкості та відповідно підвищення обертаючого моменту веденого вала в порівнянні з ведучим.
Редуктор складається з корпусу (литого чавунного або зварного сталевого), в якому поміщають елементи передачі - зубчасті колеса, вали, підшипники і т.д. В окремих випадках у корпусі редуктора розміщують також пристрої для змащування зачеплень і підшипників або пристрої для охолодження.
Редуктори класифікують за такими основними ознаками: типом передачі (зубчасті, черв'ячні або зубчасто-черв'ячні); числа ступенів (одноступінчаті, двоступінчасті і т.д.); типу зубчастих коліс (циліндричні, конічні, конічної-циліндричні і т.д.); відносного розташуванню валів редуктора в просторі (горизонтальні, вертикальні); особливостям кінематичної схеми (розгорнута, співісна, з роздвоєною ступенем і т.д.).
Конічні редуктори застосовують для передачі руху між валами, осі яких перетинаються зазвичай під кутом 90. Передачі з кутами, відмінними від 90, зустрічаються рідко.
Найбільш поширений тип конічного редуктора - редуктор з вертикально розташованим тихохідним валом. Можливе виконання редуктора з вертикально розташованим швидкохідним валом; в цьому випадку привід здійснюється від фланцевого електродвигуна
Передаточне число u одноступеневих конічних редукторів з прямозубих коліс, як правило, не вище 3; в рідкісних випадках u = 4.При косих або криволінійних зубах u = 5 (у вигляді виключення u = 6.3).
У редукторів з конічними прямозубих коліс допускається окружна швидкість (за ділильної окружності середнього діаметру) v ≤ 5 м / с. При більш високих швидкостях рекомендують застосовувати конічні колеса з круговими зубами, що забезпечують більш плавне зачеплення і більшу несучу здатність.

2 Кінематичний і силовий розрахунок приводу.
2.1 Визначення частот обертання валів редуктора:

.
Частота обертання першого (вхідного) валу:

.
Частота обертання другого (вихідного) валу:

.
2.2 Розрахунок чисел зубів передач.
Розрахункове число зубів шестерні

визначають залежно від величини передавального відносини

передачі:

Значення

округлюють до цілого числа

за правилами математики:

.
Розрахункове число зубів колеса

, Необхідне для реалізації передавального числа

, Визначають за залежністю:

.
Значення

округлюють до цілого числа

.
2.3 Визначення фактичного передавального відносини:

.
2.4 Визначення ККД редуктора.
Для конічного редуктора

.
Обертаючий (навантажувальний) момент на вихідному валу редуктора:

.
На вхідному валу:

.
2.5 Визначення номінальних навантажувальних моментів на кожному валу, схема механізму.
Потужність на вихідному валу редуктора, кВт:

кВт

, Де:

- Обертаючий момент вихідного валу,

- Частота обертання вихідного валу.
Розрахункова потужність електродвигуна:

,
Даному

відповідає потужність

= 5,5 кВт, тобто електродвигун типу 112М4.

Габаритні розміри, мм				Установчі та приєднувальні розміри, мм

372	452	310	190	32	32	80	70	140	190	12

3 Вибір матеріалів та розрахунок допустимих напружень для конічних передач.
3.1 Визначення твердості матеріалів, вибір матеріалу для зубчастого колеса.
Марку сталі можна вибрати залежно від твердості

. Орієнтовно твердість сталі можна визначити по залежності:

, Де:

- Обертаючий момент на вхідному валу редуктора, Нм;

- Діаметр валу електродвигуна, мм.
Величину HB округляємо до цілого числа (у велику сторону), кратного 10:

HB = 200. По таблиці марка сталі: сталь 45, вид термообробки - поліпшення, межа міцності

, Межа плинності

.
3.2 Розрахунок допустимих напружень.
Виходячи з умов експлуатації та видів ушкоджень зубчастих коліс розраховують допустимі напруження на контактну

і згинальну

витривалість для найбільш слабкої ланки в передачі.
Таким ланкою для конічних передач є шестерня, яка має найбільшу кількість циклів навантаження протягом заданого терміну служби приводу L.
Для визначення фактичної кількості циклів навантаження провідної шестерні за весь період експлуатації

необхідно знати сумарний час роботи передачі в годинах

, Що визначається за формулою:

, Де:

- Термін служби редуктора в роках,

- Коефіцієнт завантаження редуктора протягом року,

- Коефіцієнт завантаження редуктора протягом доби.

визначається з формули:

, Де:

- Частота обертання вала шестерні.
3.3 Допустимі напруги на контактну витривалість.
Допустимі напруги на контактну витривалість

визначають за формулою:

МПа, де:

- Межа контактної витривалості, МПа; визначають по залежності:

МПа;

- Коефіцієнт запасу контактної міцності;

- Коефіцієнт довговічності; розраховують по залежності:

, Тут

- Базове число циклів:

Діапазон значень

знаходиться в межах:

. Оскільки розрахований коефіцієнт

, То приймаємо

.

3.4 Допустимі напруги на згинальну витривалість.
Допустимі напруги на згинальну витривалість

визначають за формулою:

МПа, де:

- Межа згинальної витривалості, МПа; визначають залежно від твердості матеріалу HB:

МПа,

- Коефіцієнт запасу згинальної міцності;

- Коефіцієнт довговічності; розраховують по залежності:

, Тут

- Базове число циклів.
Діапазон значень

знаходиться в межах:

. Оскільки розрахований коефіцієнт

, То приймаємо

.

4 Проектний та перевірочний розрахунок передачі.
4.1 Обчислення попереднього ділильного діаметра шестірні.
Розраховуємо основні геометричні параметри з умови контактно-втомної міцності активних поверхонь зубів (з точністю 0,01 мм - Для лінійних величин, 0,0001 град - для кутових величин):
Зовнішній ділильний діаметр шестірні (попереднє значення)

, Мм:

мм, де:

- Коефіцієнт навантаження, що враховує нерівномірність її розподілу; в курсовому проектуванні з достатнім ступенем точності можна прийняти

.
4.2 Обчислення попереднього модуля передачі та уточнення його по ГОСТу:

.
За розрахункової величини

приймаємо найближче більше стандартне значення модуля:

4.3 Розрахунок геометричних параметрів передачі
4.3.1 Зовнішнє конусний відстань

, Мм:

.
4.3.2 Діаметр зовнішньої ділильного кола шестерні

і колеса

, Мм:

.
4.3.3 Діаметр зовнішнього кола вершин зубів шестерні

і колеса

, Мм:

, Де:

- Кути ділильних конусів, град., Що дорівнюють:

.
4.3.4 Розрахункова ширина

зачеплення коліс, мм:

.
Розрахункове значення

округляємо до цілого числа b в більшу сторону. Ширина зубчастих коліс приймається рівною:

.
4.3.5 Зовнішня висота зуба

, Мм:

.
4.3.6 Зовнішня висота головки зуба

, Мм:

Для виключення можливих помилок в обчисленнях при проектному розрахунку перевіряють виконання умови контактної витривалості:

МПа.
Умова виконується, значить, розрахунок вірний.
4.4 Перевірочний розрахунок передачі.
Визначаємо робочі згинні напруги, які повинні бути не більше, що допускаються, по залежності:

МПа, де:

- Коефіцієнт навантаження при згині, що враховує нерівномірність її розподілу і динамічний характер; в курсовому проектуванні для коліс сьомого ступеня точності виготовлення можна прийняти

- Коефіцієнт форми зубів шестерні, визначається по залежності:

Умова згинальної міцності виконується, розрахунок вірний.
4.5 Зусилля в зачепленні.
Для подальших розрахунків з оцінки працездатності валів і підшипників визначають сили, що виникають в зачепленні при передачі обертаючого моменту і діють на шестерню (позначені індексом 1) і колесо (позначені індексом 2):
· Окружна сила

, Н:

Н,
· Радіальна

і осьова сили

, Н:

Н,

Н, де:

- Кут зачеплення.

5 Проектний розрахунок валу і вибір підшипників.
При проектному розрахунку валів використовується основне рівняння міцності при крученні і визначають діаметри консольних ділянок вхідного й вихідного вала за заниженими дотичним напруженням

, Де:

- Крутний момент на вхідному і вихідному валах редуктора, Нм,

- Допустиме дотичне напруження у МПа. Їм заздалегідь задаються в межах 20 ÷ 40 МПа.
Діаметр валу під муфту приймають рівним діаметру вала двигуна:

Перехід з одного діаметра валу на іншій виконують по залежності:

, Де:

- Діаметр попереднього ступеня в мм,

- Діаметр наступного ступеня.
Діаметр посадкової ступені під ущільнення на вхідному валу:

.
Діаметр посадкової ступені під підшипники кочення:

.
Далі конструктивно призначають діаметри ділянок вихідного валу
під ущільнення

, Під підшипники

, Під зубчасте колесо

.
Діаметр буртика

визначається конструктивним забезпеченням надійного контакту торців валу з внутрішнім кільцем підшипника або маточиною зубчастого колеса:

.
Так як на валах встановлені циліндричні прямозубі колеса, підбирають підшипники роликові конічні однорядні легкої серії по ГОСТ 8338 - 75 № 7208 і № 7209.

6 Ескізна компонування і розрахунок елементів конструкції.
6.1 Розрахунок зубчастого колеса.

- Діаметр маточини:

, Приймаємо

- Довжина маточини:

, Приймаємо

- Товщина диска:

, Приймаємо

- Товщина обода:

- Діаметр диска;

- Діаметр отворів;

6.2 Розрахунок елементів корпусу.
Товщина корпусу:

, Приймаємо

Товщина кришки редуктора:

, Приймаємо

.
Товщина фланців корпусу та кришки:

.
Товщина нижнього пояса корпуса без бобишки:

, Приймаємо

.
Діаметр фундаментних болтів:

, Приймаємо болти з різьбою М 18.
Діаметр болтів у підшипників:

, Приймаємо болти з різьбою М 12.
Діаметр болтів з'єднуючих підставу корпусу з кришкою:

, Приймаємо болти з різьбою М 12.
Найменший зазор між зовнішньою поверхнею колеса і стінкою корпусу:
По діаметру:

По торцях:

6.3 Розрахунок мазеудержівающіх кілець.
На вхідному валу:

- Діаметр кільця;

- Ширина кільця:

- Довжина кільця; вибирають конструктивно:

- Крок зубів:

.
На вихідному валу:

.
6.4 Розрахунок кришки підшипників.
На вхідному валу:

- Висота кришки,

,
де

- Діаметр склянки.
На вихідному валу:

- Висота кришки,

, Де

- Зовнішній діаметр підшипника.

6.5 Виконання компоновочного креслення.
Приблизно посередині листа паралельно його довгій стороні проводять горизонтальну осьову лінію; виділяємо точку О, через яку проводять вертикальну осьову лінію.
Від горизонтальної лінії відкладають кут

, Проводять осьові лінії ділильного конуса ОА. На осьових ОА відкладають зовнішнє конусний відстань

. З точок А перпендикулярно ОА відкладають відрізки А1, рівні зовнішнього модулю зачеплення

. Точки 1 з'єднують з центром О. З точок А відкладають відрізок АВ, рівний ширині зачеплення b:

. З точок В проводять перпендикуляри до ОА і прибирають зайві лінії. Потім викреслюють конструкцію конічного колеса, для якого розраховані

, С,

.
Після того, як викреслена конічна пара коліс, починають компонування загального вигляду редуктора. На відстані 5мм від торця маточини колеса і діаметра

проводять горизонтальну і вертикальну лінії внутрішньої стінки корпуса. На відстані

мм проводять верхню горизонтальну лінію внутрішньої стінки. За периметри пунктирною лінією показують товщину стінки корпусу

і основною лінією ширину фланця

. За розмірами

, Т викреслюють підшипники 2-го валу. За діаметрам

викреслюють щаблі другому валу редуктора. Правий підшипник першого валу поглиблюють у корпус на

і викреслюють його за розмірами

. Від середини шестерні відміряють відстань

і вздовж осі першого валу відкладають відрізок довжиною

мм, викреслюють лівий підшипник з розмірами

. Викреслюють склянку з товщиною стінки

мм:

мм. Потім кришки підшипників з діаметрами

.
Для запобігання витікання мастила всередину корпусу і вимивання пластичного мастильного матеріалу рідким маслом із зони зачеплення встановлюють мазеудержівающіе кільця.
Виміром знаходять відстані на відомому валу:

.

7 Підбір і перевірочний розрахунок шпонкових з'єднань
Під колесо:
Довжину шпонки призначають із стандартного ряду так, щоб вона була дещо меншою довжини маточини. Приймаються

.
Шпонка 2 - 14х9х63 ГОСТ 23360 - 78.
З'єднання перевіряють на зминання:

, Де:

- Переданий обертаючий момент, Нм,

- Діаметр валу в місці установки шпонки, мм,

- Висота шпонки, мм,

- Глибина шпоночно паза, мм,

- Робоча довжина шпонки, мм,

, Де

- Ширина шпонки,

- Допустиме напруження на зминання:

. Умова виконується.
Шпонку перевіряють на зріз:

. Умова виконується.
Під муфту на вхідному валу. Шпонка 2 - 10х8х48 ГОСТ 23360 - 78

;

Умови виконуються.
Під муфту на вихідному валу. Шпонка 2 - 10х8х63 ГОСТ 23360 - 78

;

Умови виконуються.

8 Перевірочний розрахунок на втомну витривалість.
1) За складального креслення складають розрахункову схему вала, на якій представлені всі зовнішні сили навантаження вала:

- Окружна складова,

- Радіальна,

- Осьова складова сил, що діють в зачепленні (з розрахунків).
2) Визначають реакції в опорах у вертикальній і горизонтальній площинах

. Реакції в опорах обчислюють, складаючи рівняння рівноваги сил і моментів діють в кожній площині.
У горизонтальній площині:

, Звідки

У вертикальній площині:

, Звідки

3) Розраховують і будують, користуючись методом перерізів, епюри згинальних моментів.
У горизонтальній площині. На ділянці

,
при

.
На ділянці

,
при

.
Приймають

.
У вертикальній площині. На ділянці

,
при

.
На ділянці

,
при

.
Сумарні згинальні моменти:
на ділянці

,
на ділянці

.
4) Визначають загальний коефіцієнт запасу міцності

який повинен бути не менше допустимого -

. У загальному машинобудуванні

.
де

- Коефіцієнти запасу міцності по нормальних і дотичних напруг:

, Де:

- Межа витривалості для матеріалу вала при симетричному циклі згину, МПа. Призначають марку сталі: сталь 45, вид термообробки - загартування, відпустка

. Нехай

. Нехай сталь легована, тоді:

;

- Межа витривалості при симетричному циклі кручення, МПа

;

- Ефективні коефіцієнти концентрації напружень відповідно при згині і крученні,

;

- Коефіцієнти, що враховують масштабні чинники для нормальних і дотичних напружень:

;

- Коефіцієнт, що враховує шорсткість поверхні;

при

. Призначають

;

- Коефіцієнти, що враховують співвідношення меж витривалості при симетричному і пульсуючому циклах вигину і кручення:

;

- Амплітуда і середня напруга циклу відповідно для нормальних і дотичних напружень, МПа:

, Де:

- Сумарний згинальний момент у небезпечному перерізі:

;

, Де:
Т - крутний момент на валу,

;

- Моменти опору вигину і крученню, поперечного перерізу валу з урахуванням шпоночно паза, мм 3

,
параметри

беруть з таблиці.
Загальний коефіцієнт запасу міцності n більше допустимого

.

9 Перевірочний розрахунок підшипників вихідного вала на довговічність.
1) Визначають повні реакції опор:

;
2) Параметр осьового навантаження:

;
3) Осьові складові реакцій опор:

.
4) Результуючі осьові навантаження на опори:

;
5) Визначення наведеної радіального навантаження:

,
де

- Коефіцієнт обертання; при обертанні внутрішнього кільця

;

- Більше значення

, Н;

- Коефіцієнт безпеки;

для підшипників зубчастих передач 7-8 ступеня точності;

- Температурний коефіцієнт;

при робочій температурі

;

, Отже,

;

, Отже,

;

.
6) Обчислюють ресурс найбільш навантаженого підшипника:

, Де:

- Динамічна вантажопідйомність, Н (довідкові дані),

- Частота обертання вихідного валу, об / хв.
7) Перевіряють умова довговічності:

, Тобто умова довговічності виконується.
10 Підбір і перевірочний розрахунок сполучної муфти.
Муфти підбирають за таблицями з довідників залежно від діаметрів валів, які потрібно з'єднати. Потім їх перевіряють по крутний момент:

, Де:

- Розрахунковий момент, Нм,

- Номінальний момент, Нм,

- Коефіцієнт, що враховує умови експлуатації,

<200 НММ.
Підбираємо муфту втулочно-пальцеву 250-32-2 ГОСТ 20761-80.

11 Змазування редуктора.
В'язкість мастила підбирають залежно від окружної швидкості. Окружну швидкість знаходять по залежності:

, Де:

- Частота обертання (об / хв) і ділильний діаметр шестірні, мм.
Користуючись параметрами контактної напруги -

, І окружної швидкості

, Визначають кінематичну в'язкість при температурі

(

) За таблицею. Приймаються

.
Конкретну марку масла знаходять по таблиці залежно від в'язкості і температури. Вибираємо мастило «Індустріальне - 20А».
Підшипники в редукторах можуть змазуватися як пластичними, так і мінеральними рідкими маслами шляхом розбризкування в залежності від умов їх роботи.
Ці умови вибираються по залежності:

, Де:

- Добуток середнього діаметра підшипника на частоту обертання його кільця,

- Частота обертання кільця підшипника, об / хв,

- Середній діаметр підшипника, мм:

- Внутрішній і зовнішній диметр підшипника.
Так як

, Підшипник рекомендується змащувати пластичним мастильним матеріалам: солідол С.
Для захисту підшипників від попадання в них рідкого масла встановлюють спеціальні мазеудержівающіе кільця на валах поруч з підшипниками. Для запобігання витікання мастильного матеріалу з підшипникових вузлів і попадання в них пилу, вологи в кришках підшипників встановлюють манжетні ущільнення.

12 Складання і регулювання основних вузлів редуктора
Перед складанням внутрішню порожнину корпусу редуктора ретельно очищають і покривають маслостійкої фарбою. Збірку виконується у відповідності зі складальним кресленням, починаючи з вузлів валів.
1) На провідний вал насаджують мазеудержівающіе кільця й роликопідшипники, попередньо нагріті в маслі до

, Між підшипниками встановлюють розпірну втулку. Підшипники ведучого валу монтують у загальному склянці;
2) У ведений вал закладають шпонку 14 х 9 х 63 і напресовують зубчасте колесо до упору в бурт вала, потім надягають мазеудержівающіе кільця і встановлюють шарикопідшипники, попередньо нагріті в маслі;
3) Зібрані вали укладають в основу корпуса редуктора і надівають кришку корпуса, покривши попередньо поверхню стику кришки і корпусу спиртовим лаком. Для центрування встановлюють кришку на корпус за допомогою двох конічних штифтів; потім болти, що кріплять кришку до корпуса;
4) Після цього в підшипникові камери закладають пластичну мастило (солідол С), ставлять кришки підшипників з комплектом металевих прокладок для регулювання;
5) Перед установкою наскрізний кришки в проточки укладаємо манжетні ущільнення. Перевіряємо, проворачиванием валів відсутність заклинювання підшипників (вали повинні провертатися від руки) і закріплюємо кришки гвинтами;
6) Потім ввертають пробку маслоспускного отвори з прокладкою і жезлових маслоуказателе.
7) Заливають в корпус масло «Індустріальне 20А» у кількості 1,5 л . і закривають оглядовий отвір кришки з прокладкою з технічного картону; закручують кришку болтами.
Зібраний редуктор обкатують і піддають випробуванню на стенді за програмою, яка встановлюється технічними стандартами.

13 Список використаної літератури:
1) Чернавський С. А. Курсове проектування деталей машин. М. Машинобудування, 1979.

14 Додатки:
1) Специфікація складального креслення редуктора;
2) Специфікація загального вигляду приводу;
3) Компонування редуктора;
4) Прототип складального креслення;
5) Прототип загального виду приводу.