Авиационный техникум федерального государственного автономного ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ высшего образования
"Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)"
Пояснительная записка к курсовому проекту
По технической механике
Тема: «Спроектировать одноступенчатый цилиндрический редуктор»
Выполнил:
Студент группы ТМ-6 з
Борисов О. А.
Руководитель проекта:
Альдебенева Н.А.
Самара, 2019г.
Авиационный техникум федерального государственного автономного ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ высшего образования
"Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)"
Задание на курсовое проектирование по дисциплине техническая механика.
Выдано студенту: Группы: ТМ-6 з Борисову О. А.
Специальность: Технология машиностроения
Тема задания:
Спроектировать одноступенчатый цилиндрический прямозубый редуктор
С2 = 5,1 кВт
щ2 = 45 с-1
Задание рассмотрено и утверждено на заседание предметно - цикловой комиссии ____________________________________________
Протокол № _______________ «___» ______________20_______
Номер: __________________________
Дата выдачи задания: «___» _________ 201_ г.
Срок сдачи проекта: «___» __________201_г.
Руководитель проекта: _______________________________
Задание принял к исполнению: ____________________________
Кинематическая схема привода:
Рис. 1
Исходные данные для проектирования:
1.Режим работы постоянный.
2.Расположение колёс относительно опор симметричное.
3.Редуктор с не реверсивной передачей, предназначенного для длительной эксплуатации и мелкосерийного производства.
4.Зубчатые колёса нарезаны без смещения.
Содержание
Введение
1. Расчётная часть
1.1 Выбор электродвигателя и кинематический расчёт привода
1.2 Расчёт поверхности на контактную прочность
1.3 Конструктивные размеры корпуса редуктора
1.4 Первый этап эскизной компоновки редуктора
1.5 Подборка подшипников
1.6 Второй этап компоновки редуктора
1.7 Подбор муфт
1.8 Подбор шпонок
1.9 Уточнённый расчёт валов
2. Конструктивно - технологическая часть
2.1 Посадка основных деталей
2.2 Смазка редуктора
2.3 Сборка редуктора
Список литературы
Введение
Редуктором называют механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненный в виде отдельного агрегата и служащий для передачи мощности от двигателя к рабочей машине.
Назначение редуктора - понижение угловой скорости и повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с валом ведущим.
Каноническим видом механического редуктора является пара взаимозацепленных цилиндрических зубчатых колёс, из которых ведущее колесо (шестерня) меньшего размера, а ведомое - большего.
Редуктор состоит из корпуса (литого чугунного или сварного стального), в котором помещают элементы передачи - зубчатые колеса, валы, подшипники, и т. д. В отдельных случаях в корпусе редуктора размещают также устройства для смазки зацеплений и подшипников (например, внутри корпуса редуктора может быть помещён шестерёнчатый масляный насос) или устройства для охлаждения (например, змеевик с охлаждающей водой в корпусе червячного редуктора).
Редуктор проектируют либо для привода определённой машины, либо по заданной нагрузке (моменту на выходном валу) и передаточному числу без указания конкретного назначения.
Редукторы классифицируют по следующим основным признакам: тип передачи (зубчатые, червячные или зубчато-червячные); число ступений (одноступенчатые, двухступенчатые и т. д.); относительное расположение валов редуктора в пространстве (горизонтальные, вертикальные); особенности кинематической схемы (развёрнутая, соосная, с раздвоенной ступенью и т. д.).
1. Расчётная часть
1.1 Выбор электродвигателя и кинематический расчёт привода
Определим требуемую мощность электродвигателя:
;
P2 - мощность ведомого вала зобщ. - общий коэффициент КПД привода
з1 - КПД цилиндрической зубчатой передачи
з2 - потеря мощности в подшипниках на обе опоры
з1 = 0,98 з2 = 0,99
,
,
Определим ориентировочные значение частоты вращения двигателя: для этого примем передаточное число ір = 4
Определим частоту вращения ведомого вала:
n2 - частота вращения ведомого вала
щ2 - угловая скорость ведомого вала
,
Определим частоту вращения ведущего вала:
,
Подберём двигатель: АОП 2 42 - 4
n1 =1440
Рдв.= 5,5 (кВт)
Уточним передаточное число редуктора:
;
,
Уточним угловую скорость ведущего вала:
,
,
Определим вращающий момент ведущего вала:
,
,
Определим вращающий момент ведомого вала:
,
,
Занесём полученные данные в таблицу 1:
Таблица №1
|
Вал ведущий |
n1 = 1440 (об/мин) |
щ1 = 150,72 (с-1) |
М1 = 36,49*103 (Н*мм) |
|
|
Вал ведомый |
n2 = (об/мин) |
щ2 = 45 (с-1) |
М2 = 122,24*103 (Н*мм) |
1.2 Расчёт поверхности на контактную прочность
Для выбора материалов шестерни и колеса можно руководится данными, приведёнными в таблице 3.3 [1]. Рекомендуется назначать для шестерни и колеса сталь одной и той же марки, но обеспечивать соответствующей термообработкой твердость поверхности зубьев шестерни на 20 - 30 единиц Бринелля выше, чем колёса.
Подберём для шестерни:
сталь 45, термообработка - улучшение
твёрдость НВ = 230,
предел текучести ут = 440 (Н/мм2),
предел прочности ув = 780 (Н/мм2).
Выберем материал для зубчатого колеса:
сталь 45, термообработка - нормализация
твёрдость НВ = 190,
предел текучести ут = 290 (Н/мм2),
предел прочности ув = 570 (Н/мм2).
Определим допускаемое контактное напряжение для шестерни:
,
,
уH limв - предел контактной выносливости при базовом числе циклов
KHL - коэффициент долговечности; KHL= 1
[n]H - коэффициент безопасности; [n]H = 1,15
,
,
Определим допускаемое контактное напряжение для зубчатого колеса:
,
,
,
,
Выберем меньшее допускаемое контактное напряжение:
[у]H = 391,30 (Н/мм2)
Определим межосевое расстояние редуктора:
,
ip - передаточное число редуктора шва = - коэф. ширины зубчатого венца;
для прямозубых колес рекомендуется шва выбирать в пределах
0,125 ? шbа ? 0,25
Примем шbа = 0,25
,
Выберем из рекомендуемых интервалов значения коэффициентов:
КНб - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между зубьями; КНб = 1
КНв - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по ширине венца; КНв = 1,1
КНх - динамический коэффициент, определяет зависимость окружной скорости колёс и степени точности их изготовления; КНх = 1,05
,
,
Ближайшее стандартное значение по СТСЭВ 229 - 75: ащ = 140 мм
Подберем модуль зубчатого колеса по СТСЭВ 310 - 76:
для прямозубых цилиндрических зубчатых колес стандартным модулем считается окружной mt
, 0.01 ? k?0.02
,
,
ПримемОпределим суммарное число зубьев:
,
,
Определим число зубьев шестерни:
,
Определим число зубьев колеса:
,
Определим делительный диаметр шестерни:
,
Определим делительный диаметр колеса:
,
Определим диаметр окружности вершин зубьев шестерни:
,
Определим диаметр окружности вершин зубьев колеса:
,
Определим диаметр впадин шестерни:
,
Определим диаметр впадин колеса:
,
Определим толщину зубчатого колеса:
,
Определим толщину шестерни:
,
Определим окружную скорость:
,
,
Определим силы действующие в зацеплении:
окружное усилие
,
,
,
б =20є - угол зацепления
tg 20 = 0.36
Проведём проверочный расчёт:
уточним коэффициент по таблицам
= 1 для прямозубых колёс
зависит от коэф. ширины шестерни по диаметру и твердости поверхности зубьев
,
при найденном значении и твердости ?HB 350 =1,02
зависит от окружной скорости и твердости поверхности зубьев. При скорости < 5 м/с и твердости поверхности зубьев ?HB 350 в прямозубой передаче = 1,05, степень точности - 8.
,
,
Сравним полученное напряжение с допускаемым:
,
,
Недогрузка 6,27%, что в пределах нормы.
Предварительный расчёт валов
Проведём расчёт ведущего вала:
Определим диаметр хвостовика ведущего вала.
,
Мк - крутящий момент
[ф]к - допускаемое напряжение на кручение,
для стали 45 [ф]к = 20 ч 25 (н/мм2), примем [ф]к=25
Округлив полученный результат до ближайшего значения по ГОСТ 6636-69 из ряда Ra40, получим:
,
Так как вал редуктора соединен с валом двигателя муфтой, то необходимо согласовать диаметры хвостовиков ротора и вала . Иногда принимают . Некоторые муфты, например, МУВП могут соединять валы разных диаметров в пределах одного номинального момента. У подобранного электродвигателя диаметр вала = 32 мм. Для полумуфты с диаметром под вал d = 32 мм, ответная часть в пределах одного момента может иметь минимальный диаметр также d = 32 мм. Согласно ГОСТ 21424-75 «Муфты упругие втулочно-пальцевые» по заказу потребителя допускается посадочное отверстие в одной из полумуфт выполнять меньшего диаметра, установленного для других номинальных крутящих моментов. Крутящему моменту ведущего вала 36,49 н*м, соответствует полумуфта с посадочным диаметром 22 мм. Таким образом примем:
,
Определим диаметр вала под уплотнение:
,
Определим диаметр вала под подшипник:
,
Определим диаметр вала под шестерню:
,
Определим конструкцию шестерни:
Принципиально возможны два конструктивных исполнения шестерен зубчатых передач: за одно целое с валом (вал - шестерня) и отдельно от вала (насадная шестерня).
Качество вала - шестерни (жесткость, точность зацепления и т.п.) оказывается выше, а стоимость изготовления ниже, чем вала с насадной шестерней, поэтому шестерни редукторов, как правило, выполняют за одно целое с валом.
Т.о. изготавливаем вал - шестерню.
Проведём расчёт ведомого вала
Определим диаметр хвостовика ведомого вала:
,
,
Определим диаметр вала под уплотнение:
,
,
Определим диаметр вала под подшипник:
,
Определим диаметр вала под зубчатое колесо:
,
Определим диаметр буртика:
,
Определим конструктивные размеры зубчатого колеса.
Диаметр ступицы стальных колес:
,
Длина ступицы:
,
,
Толщина обода цилиндрических колес:
,
При малых диаметрах зубчатые стальные колеса выполняют обычно коваными.
Толщина диска кованых колес:
,
1.3 Конструктивные размеры корпуса редуктора
В корпусе редуктора размещаются детали зубчатых и червячных передач.
При его конструировании должны быть обеспечены прочность и жесткость, исключающие перекосы валов. Для повышения жесткости служат ребра, располагаемые у приливов под подшипники. Корпус обычно выполняют разъемным, состоящим из основания (его иногда называют картером) и крышки. Плоскость разъема проходит через оси валов.
Ориентировочные размеры элементов литых корпусов приведены в таблице 8.3 [1]. При конструировании таких корпусов следует придерживаться установленных литейных уклонов (табл. 8.4 [1]), радиусов галтелей и переходов.
Определим толщину стенки корпуса:
,
Принимаем толщину стенки корпуса 8 мм
Определим толщину стенки крышки редуктора:
,
Принимаем толщину стенки 8 мм
Определим толщину верхнего пояса корпуса:
,
Определим толщину нижнего пояса крышки корпуса:
,
Определим толщину нижнего пояса корпуса (без бобышки):
,
Примем толщину нижнего пояса корпуса
Определим толщину рёбер основания корпуса:
,
Определим толщину рёбер крышки:
,
Определим диаметр фундаментных болтов:
,
Подобрали болт М20
Определим диаметр болтов у подшипников:
,
,
Подобрали болт М16
Определим диаметр болтов, соединяющих основания корпуса с крышкой:
,
Подобрали болт М10
Определим размер штифтов:
диаметр ; по табл. 8.5[1] примем
длина ; ; по табл. 8.5[1] примем
1.4 Первый этап эскизной компоновки редуктора
Компоновку обычно проводят в два этапа. Первый этап служит для приближенного определения положения зубчатых колёс и звёздочки относительно опор для последующего определения опорных реакций и подбора подшипников.
Компоновочный чертёж выполняется в одной проекции - разрез по осям валов при снятой крышке редуктора; желательный масштаб 1:1, вычертить тонкими линиями.
Примерно посередине листа параллельно его длиной стороне проводим горизонтальную осевую линию; затем две вертикальные линии - оси валов на расстояние aщ = 140 мм.