Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Санкт-Петербургский государственный горный институт им. Г.В.Плеханова

(технический университет)

 
 
Кафедра КГМиТМ    

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ (РАБОТА)

 
 
Детали машин и основы конструирования

По дисциплине:________________________________________________________________ ____________

_____________ (наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)

   

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

 
 
Расчёт одноступенчатого конического редуктора

Тема:___________________________________

       
 
 
   
 
 

Автор: студент гр.: _____________ ____________________ /_______________/

(шифр группы) (подпись) (Ф.И.О.)

ОЦЕНКА:_______________

Дата: ___________________

ПРОВЕРИЛ

 
 
   

 
Руководитель проекта: ___________ _____________________ /_______________/

(должность) (подпись) (Ф.И.О.)

Санкт-Петербург

ЛИСТ С ЗАДАНИЕМ

Аннотация

В данном курсовом проекте представлен расчёт одноступенчатого конического зубчатого редуктора. Проводится выбор электродвигателя, исходя из мощности на выход валу двигателя, частоты вращения выходного вала и рассчитанного коэффициента полезного действия ( КПД ), выбор материала зубчатых колёс, определяется допускаемые контактные напряжения и изгибные, определяются основные параметры передачи, предварительные диаметры валов, выбор подшипников, рассчитывается на прочность и выносливость выходной вал редуктора и шпоночные соединения, определяется ресурс подшипников.

The summary

In the given course project the account of the single-stage cylindrical toothed reduction gearbox is represented. The choice of the electric motor is carried out , proceeding from a potency on an output to the shaft of a drive, frequency of rotation of the target shaft and designed efficiency , choice of a material of toothed sprockets, is determined supposed contact voltages and flexural, the main parameters of transfer, preliminary diameters of shaft, choice of bearings are determined, the target shaft of the reduction gearbox and шпоночные of junction settles up on strength and endurance, the resource of bearings is determined.

Содержание

Аннотация 3

Введение 5

1. Кинематический расчёт 6

2. Выбор материала зубчатых колёс редуктора 8

3. Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости 9

4. Геометрический расчет зубчатых колёс редуктора 11

5. Определение сил, действующих в зацеплении 12

6. Проверка на контактную выносливость и изгибную прочность зубьев 13

7. Предварительный расчет валов 16

8. Определение реакций опор ведушего вала 19

9. Построение эпюр изгибающих моментов ведущего вала методом сечения 20

10. Проверочный расчет ведущего вала 22

11. Определение реакции опор ведомого вала 24

12. Построение эпюр изгибающих моментов ведомого вала 25

13. Проверочный расчет ведомого вала 27

14. Проверка прочности шпоночных соединений 29

15. Проверка долговечности подшипников 30

16. Расчёт основных размеров корпуса редуктора 32

Список литературы 33

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. Конические редукторы применяют для передачи движения между валами, оси которых пересекаются.

Редуктор состоит из корпуса, 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.

В данном курсовом проекте необходимо: произвести кинематический расчёт передачи, выбрать материал зубчатых колес и определить допускаемые контактные и изгибные напряжения, определить основные параметры передачи, исходя из критерия контактной выносливости, рассчитать геометрию передачи, определить окружную скорость в зацеплении, найти усилия, действующие в зацепление и проверить передачу на контактную и изгибную выносливость, определить ориентировочный диаметр валов, ориентировочно наметить диаметры вала для установки на валах подшипников качения, выполнить эскизную компоновку выходного вала, рассчитать на прочность и выносливость выходной вал редуктора, определить ресурс выбранных ранее подшипников, произвести расчёт на прочность шпоночных соединений с валом.

Графическая честь представляет собой сборочный чертёж конического редуктора со спецификацией деталей и рабочие чертежи указанных в задании деталей.

1. Кинематический расчёт

Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru

Рис. 1. Кинематическая схема привода с коническим одноступенчатым редуктором

1 – электродвигатель; 2 – упругая муфта; 3 – ведущий вал; 4 – ведомый вал.

1.1. Определение КПД редуктора.

Общий КПД редуктора равен произведению КПД последовательно соединенных подвижных звеньев, определяется по формуле:

η = ηп2 ηк ηм.; η = 0,992 · 0,98 · 0,98 = 0,94,

где η п =0,99 – КПД одной пары подшипников (см. гл.1, табл. 1.1 [9]);

η к =0,98 – КПД конических зубчатых колес;

ηм=0,98 - КПД муфты.

1.2. Определение требуемой мощности электродвигателя:

Р1 = , Р1= Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru = 16,99 кВт,

где Р2 – мощность на тихоходном валу, Вт;

1.3. Выбор электродвигателя.

Принят асинхронный электродвигатель АИР180М6, номинальные параметры, которого равны:

n1 = 980 мин –1 – частота вращения вала;

Рэд = 18,5 кВт – номинальная мощность электродвигателя;

Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru 2,9 - коэффициент перегрузки;

1.4.Определение передаточного числа редуктора:

Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru ,

где n1 – частота вращения ведущего (быстроходного) вала, мин -1;

n2 – частота вращения ведомого (тихоходного) вала, мин –1.

u = Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru =6,53.

Принято u =6,3 по ГОСТ 2185-81.

1.5. Вращающий момент на быстроходном (ведущем) валу редуктора:

T1 = 9550 ∙ , T1 = 9550 · Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru = 177 Нм.

Вращающий момент на тихоходом (ведомом) валу:

Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru , Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru = 6,3 · 177 · 0,992∙ 0,98 = 1069 Нм.

1.6.Угловая скорость ведущего вала:

Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru , Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru · 980 = 103 Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru .

Угловая скорость ведомого вала :

Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru , Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru · 150 = 16 Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru .

2. Выбор материала зубчатых колёс редуктора

Исходя из задания, принят материал зубчатых колес со следующими механическими характеристиками:

- для шестерни : сталь : 45

термическая обработка: улучшение

твердость, HB : 269

- для колеса : сталь : 45

термическая обработка: улучшение

твердость, HB : 229

2.1. Пределы контактной и изгибной выносливости зубьев

шестерни:

Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru = 2 ∙ НВı + 70 = 2 · 269 + 70 = 608 МПа;

Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru = 1,8 ∙ НВı = 1,8 · 269 =484 МПа.

колеса:

Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru = 2 ∙ НВ₂ + 70 = 2 · 229 + 70 = 528 МПа;

Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru = 1,8 ∙ НВ₂ = 1,8 · 229 = 412МПа.

2.2.Определение коэффициента долговечности, при расчете на контактную выносливость.

Расчетное число циклов напряжений, при заданном сроке службы:

Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru 60 · 980 · 8 000 = 470,4 · 106 циклов;

Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru 60 · 150 · 8 000 = 72 · 106 циклов, где

Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru 8 000 часов – заданное число часов работы привода.

ZHL = 1 – коэффициент долговечности, учитывающий влияние срока и режима нагрузки передачи, так как Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru , где Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru = 20 · 106 – базовое число циклов напряжений, при термической обработке –улучшение.

2.3. Допускаемые контактные напряжения:

для материалов шестерни:

Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru · 1 = 553 МПа. .

для материалов колес:

Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru · 1 = 480, где

SH min = 1,1– минимальный коэффициент запаса прочности, зависящий от вида термической обработке материала.

Для прямозубых колес в качестве расчетного допустимого контактное напряжение принято наименьшее из допускаемых напряжений:

[σн]=480 МПа.

2.4.Допускаемые изгибные напряжения:

для материала шестерни:

Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru ∙ 1 ∙ 1 = 277 МПа;

для материала колеса:

Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru ∙ 1 ∙ 1 = 236 МПа, где

SFmin = 1,75 – минимальный коэффициент запаса прочности, зависящий от способа изготовления заготовки колеса. (для зубчатых колёс, изготовленных из поковок);

YN = 1 – коэффициент долговечности,при длительно работающей передаче;

Yα = 1 – коэффициент, учитывающий влияние двухстороннего приложения нагрузки (при одностороннем приложении нагрузки).

Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости

3.1.Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости активных поверхностей зубьев:

Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru ,

где Kd =1650 – вспомогательный коэффициент;

Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru 0,85 – коэффициент формы зуба;

Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru = 1,06 – коэффициент внутренней динамической нагрузки;

Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru 1,08 – коэффициента, учитывающего неравномерность распределения нагрузки по длине контактных линий, связанную с деформацией валов и самих зубьев колес, зависящего от Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru и схемы расположения колёс относительно опор.

Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru – коэффициент ширины венца зубчатого колеса относительно диаметра: Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru 0,166 ∙ Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru = 1,06.

de2*=1650 ∙ Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru = 90,3 мм

По ГОСТ 12289–76 Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru 90 мм.

Значение b = b1 = b2 = 14 мм – ширины венцов зубчатых колёс, определяется в зависимости от внешнего делительного диаметра Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru и передаточного числа u, по ГОСТ 12289–76.

3.2.Определение числа зубьев колеса (по эмпирической формуле).

Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru , где

С = 18 – числовой коэффициент, зависящий от вида упрочнения зубьев.

Z2* =18 ∙ Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ruОпределение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru = 79,56;

Принято Z2= 80.

3.3.Определение числа зубьев шестерни.

Z1= = Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru = 12,7;

Принято Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru 13.

3.4. Определение фактического передаточного числа.

Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru ; Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru = 6,15

3.5. Отклонение от ранее принятого значения.

Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru ; Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru ∙ 100% = 2,3 %

Отклонение от ранее принятого значения не должно превышать 2,3%.

4. Геометрический расчет зубчатых колёс редуктора

Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru

Рис. 2. Основные геометрические параметры конической передачи

4.1.Углы делительных конусов:

колеса: Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru 6,3 = 26,57º;

шестерни: Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru 90 − 26,57 = 63,43º.

4.2.Внешнее, конусное расстояние:

Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru , Re = Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru = 102,27 мм.

4.3.Среднее, конусное расстояние:

Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru , Rm = 102,27 − 0,5 · 14 = 95,27мм.

4.4. Предварительное значение внешнего, окружного модуля:

Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru ; Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru = 2,52 мм.

4.5.Средний окружной модуль:

Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru ; mnm= Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru = 2,35 мм.

4.6. Внешний, окружной модуль:

Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru ; mе= Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru = 2,52 мм.

где Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru = 0° угол наклона линии зубьев.

4.7. Внешние делительные диаметры:

Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru ; Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru 2,52 · 13 = 33 мм,

Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru 2,52 · 80 = 202 мм.

4.8. Внешние диаметры вершин зубьев:

Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru + 2 · me · cosδ Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru = 33 + 2 · 2,52 · cos63,43 = 35 мм,

Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru = 202 + 2 · 2,52 · cos26,57 =206 мм.

4.9. Средние, делительные диаметры.

Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru ; d1 = Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru = 31 мм,

d2 = Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru = 188 мм,

4.10. Окружная скорость в зацеплении.

Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru ; υ = Определение внешнего делительного диаметра колеса по критерию контактной выносливости - student2.ru = 1,57 м/с.

При такой скорости, для прямозубых колес, принята 7-я степень точности.

Наши рекомендации