Проверочный расчет вала быстроходной ступени

ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ШАРИКОПОДШИПНИКОВ БЫСТРОХОДНОГО ВАЛА

ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ТИХОХОДНОГО ВАЛА

РАСЧЕТ ШПОНОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

РАСЧЕТ МУФТОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

ПРОЕКТИРОВОЧНЫЙ РАСЧЕТ КОРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ

РАСЧЕТ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ

РАСЧЕТ КПД РЕДУКТОРА.

ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Техническое задание

 

Задание включает компоновочную схему двухступенчатого планетарного редуктора, график вращающего момента на тихоходном валу, исходные данные для расчета.

 

 

Исходные данные:

Максимальный момент на тихоходном валу: ;

Частота вращения: ;

Передаточное число: ;

Режим нагрузки: III;

Долговечность: ;

Параметр: ;

Марка стали колес : 12X2H4A;

Термообработка активных поверхностей их зубьев: Цементация.

 

Гистограмма нагрузки:

;

;

;

;

;

. Кинематический и силовой расчет планетарного редуктора

 

Компоновочная схема: .

Находим параметр  быстроходной ступени, из формулы для расчета общего передаточного отношения

 

;

.

 

Расчет частот вращения основных звеньев планетарных передач

 

 

Расчет относительных частот вращения сателлитов

 

 

Расчет моментов, действующих на основные звенья ступеней планетарных передач

 

Таблица 1. Результаты кинематического и силового расчета планетарного редуктора

Величина	Тихоходная ступень		Быстроходная ступень
	Формула	Значение	Формула	Значение
Задано3,2 3,9
, об/мин 294 1440,6
, об/мин неподвижно0 неподвижно0
, об/мин 70 294
, об/мин 224 1146,6
, об/мин -70 -294
, об/мин -203,6 -790,8
, Н·м -714,3 145,6
, Н·м -2285,8 -567,8
, Н·м 3000 713,4

 

 

3. расчет размеров зубчатых колес планетарного редуктора из условия контактной прочности активных поверхностей зубьев

 

Расчет эквивалентного времени

 

 

Расчет эквивалентного числа циклов

 

 

Расчет коэффициента долговечности

Для колес a и g базовое число циклов принимаем  циклов, т.к. твердость поверхности зубьев , для колеса b, предварительно считаем его твердость меньше , тогда циклов.

 

Расчет допускаемых напряжений

Твердость поверхности при цементации стали 12Х2Н4А 57-63 HRC, для шестерни и колеса, по таблице 2.6.

Предел выносливости при цементации рассчитывается по формуле  МПа.

Рассчитывая по нижнему значению твердости, получим:

 

 

Коэффициент безопасности при цементировании:

 

Допускаемые напряжения для шестерни:

 

 

Допускаемые напряжения для зацепления:

Расчетный момент на шестерне

 

 

Передаточное число в зацеплении a-g

 

 

Определение относительной ширины шестерни

Из опыта проектирования планетарных передач с механизмом А установлена оптимальная относительная ширина центральных колес с внутренними зубьями:  при этом для тихоходной ступени значение  лучше выбирать из диапазона 0,15 - 0,18, а для быстроходной из диапазона 0,12 - 0,15.

 

 

Расчет коэффициента неравномерности распределения нагрузки в зацеплении a-g

Из графика 6.16, с 131[6] находим значения коэффициента  для тихоходной ступени  и для быстроходной ступени .  для обеих ступеней т.к. считаем что зубья не прирабатываются, Коэффициент неравномерности распределения нагрузки между сателлитами:  - для тихоходной ступени и  для быстроходной.

 

 

Расчет начального диаметра шестерни (центрального колеса a)

 

 

Расчет начального диаметра сателлита и центрального колеса

 

4. Определение размеров зубчатых колес планетарного редуктора по критерию изгибной выносливости зубьев

 

Эквивалентное время

 

 

Эквивалентные числа циклов нагружения колес

 

Коэффициент долговечности

Базовое число циклов принимаем равным:

 

;

 

Как видно из ранее вычисленных значений , для всех колес получается , поэтому принимаем

 

 

Расчет допускаемых напряжений

Твердость поверхности при цементации стали 12X2Н4А (57-63) HRC, колеса  и изготовлены из этой стали с данной термообработкой, следовательно:

 

 

Подбор чисел зубьев

Для тихоходной ступени принимаем , тогда:

 

Округляем до ближайшего четного числа .

 

;

;

 

Для быстроходной ступени принимаем , тогда:

 

.

 

Округляем до ближайшего четного числа .

 

 

Величины коэффициентов формы зубьев колес планетарного ряда

 

Расчет отношений.

 

 

Принимаем:

 

 

Расчетный момент на шестерне (солнечном колесе)

 

;

 

Определение относительной ширины шестерни

Величину относительной ширины шестерни оставляем той же, что и в расчете на контактную прочность:

 

.

 

Величина коэффициента неравномерности распределения нагрузки по ширине венцов и среди сателлитов. Принимаем  - для обоих ступеней,  - для тихоходной ступени и  - для быстроходной:

 

 

Определение значение коэффициента

По таблице 2.8 [6] выбираем:

Делительный диаметр шестерни (солнечного колеса)

 

;

 

Предварительное значения модуля

 

 

Корректировка числа зубьев

Так как  то проводим корректировку чисел зубьев колес:

 

 

 

Таблица 2. Окончательные значения параметров рассчитываемой планетарной ступени

Величина	Тихоходная ступень		Быстроходная ступень
	Формула	Значение	Формула	Значение
19 19
20 29
59 77
Рис 2.23 [6]4,12Рис 2.23 [6]4,1
Рис 2.24 [6]4,06Рис 2.24 [6]3,81
Рис 2.23 [6]3,55Рис 2.23 [6]3,55
470,6 470.6
353353
0,88·10-20,87·10-2
1,15·10-21,08·10-2
3,5 2
66,5 38
70 58
206,5 154
3,105 4,053
39,25 22,19
0,59 0,584

 

Скорректированная ширина венцов

Так как лимитирующей прочностью в обоих проектируемых передачах является контактная выносливость активных поверхностей зубьев, т.е. выполняется условие , то рабочую ширину рассчитываем по формуле:

 

 

Уточнение относительной ширины зубчатого венца солнечного колеса:

 

 

Обоснование выбора марки стали и ее термообработки для колеса b

Тихоходная ступень:

Величина контактных напряжений в зацеплении :

 

 

Требуемая для этого уровня напряжений твердость поверхностей зубьев колеса b:

 

 

Действующие максимальное напряжения изгиба в зубьях колеса b:

 

Необходимая для этого уровня напряжений твердость сердцевины зубьев:

 

 

Большее значение твердости из двух рассчитанных, принимаем в качестве нижнего предела твердости зубьев центрального колеса с внутренними зубьями, по этому значению выбираем марку стали, обеспечивающую требуемую твердость при термическом улучшении или нормализации:

Для центрального колеса b выбираем сталь 40Х ГОСТ 4543-75, термообработка улучшение до НВ (320-350).

Быстроходная ступень:

Величина контактных напряжений в зацеплении g-b

 

 

Требуемая для этого уровня напряжений твердость поверхность зубьев колеса b:

 

Действующие максимальное напряжения изгиба в зубьях колеса b:

 

 

Необходимая для этого уровня напряжений твердость сердцевины зубьев

 

 

Большее значение твердости из двух рассчитанных, принимаем в качестве нижнего предела твердости зубьев центрального колеса с внутренними зубьями, по этому значению выбираем марку стали, обеспечивающую требуемую твердость при термическом улучшении или нормализации:

Для центрального колеса b выбираем сталь 40Х ГОСТ 4543-75, термообработка улучшение до НВ (270-300).

. Определение размеров зубчатых колес планетарного редуктора из условия работоспособности подшипников сателлитов

 

Таблица 3. Исходные данные

Наименование параметра	Условное обозначение	Величина		Размерность	№ л.р
		Тихоходная	Быстроходная
Максимальный момент на центральном колесе	714,3145,6Н·м9
Коэффициент неравномерности нагрузки между сателлитами	1,031,05-10
Число сателлитов	33-10
Модуль	3,52мм11
Параметр планетарной ступени	3,1054,053-11
Число зубьев:
Центрального колеса a	1919-11
Сателлита g	2029-11
Центрального колеса b	5977-11
Делительный диаметр центрального колеса а, удовлетворяющий изгибной выносливости.	59,134,5мм11
Диаметр начальной окружности центрального колеса а, удовлетворяющей контактной выносливости.	66,5838,2мм10
Коэффициент формы зуба колеса лимитирующего изгибную выносливость	4,13,9-11
Эквивалентное число циклов перемен напряжений сателлита при расчете контактной выносливости	31,9·106123,8·106ч.ц.10
Частота вращения сателлита относительно водила	203,6790,8мин-19
Рабочая ширина зубчатого венца	39,2522,19мм11

 

Определим минимальный диаметр сателлита, обеспечивающий работоспособность встроенного подшипника

Тихоходная ступень:

 

 

Быстроходная ступень:

 

Корректируем все зубчатые колеса

Тихоходная ступень:

 

 

Быстроходная ступень:

 

 

Модуль зацепления принимаем равным рассчитанному в пункте II

Тихоходная ступень ;

Быстроходная ступень ;

Диаметр центрального колеса а

Тихоходная ступень:

 

 

Быстроходная ступень:

 

 

Число зубьев центрального колеса а

Тихоходная ступень:

 

 

- принимаем ближайшее большее значение

Быстроходная ступень:

 

 

 

принимаем ближайшее большее значение

Числа зубьев

Тихоходная ступень:

 

 

Быстроходная ступень:

 

Корректируем рабочую ширину колес

Тихоходная ступень:

Поскольку

 

, то

т.к.

 

принимаем

из нормального ряда линейных размеров выбираем:

Быстроходная ступень:

Поскольку , то

 

из нормального ряда линейных размеров выбираем:

Окончательно

Тихоходная ступень:

Быстроходная ступень:

Основные диаметры колес планетарной ступени

Тихоходная ступень:

Делительный диаметр:

 

 

Диаметр окружности выступов:

 

 

Диаметр окружности впадины:

 

 

Межосевое сечение:

 

Быстроходная ступень:

- Делительный диаметр:

 

 

Диаметр окружности выступов:

 

 

Диаметр окружности впадины:

 

 

Межосевое сечение:

 

 

Минимальная толщина обода, обеспечивающая изгибную прочность сателлита

Тихоходная ступень:

 

Быстроходная ступень:

 

 

Диаметр отверстия под подшипник

Тихоходная ступень:

 

 

Быстроходная ступень:

 

 

Радиальная нагрузка, воспринимаемая наиболее нагруженной опорой сателлита

Тихоходная ступень:

 

 

Быстроходная ступень:

 

 

Приведенная радиальная нагрузка

Тихоходная ступень:

 

 

Быстроходная ступень:

 

 

Расчетное значение динамической грузоподъемности подшипника

Тихоходная ступень:

 

 

Быстроходная ступень:

 

 

, т.к применяем роликовые подшипники.

По найденным значениям  из справочника подбираем подшипники

Тихоходная ступень:

Выбираем роликовый радиальный подшипник с короткими цилиндрическими роликами 42305 (ГОСТ 8328-75) с параметрами:

 

Геометрические параметры выбранного подшипника

Быстроходная ступень:

Выбираем роликовый радиальный подшипник с короткими цилиндрическими роликами 42205 (ГОСТ 8328-75) с параметрами:

 

 

Геометрические параметры выбранного подшипника

Фиксирование сателлита относительно подшипников дистанционным кольцом и стандартным пружинным стопорным кольцом IA 52 и IА 62 ГОСТ 13941-80, устанавливаемыми между встроенными подшипниками сателлита.

Параметры пружинных колец:

Тихоходная ступень:

Быстроходная ступень:

Назначаем основные геометрические параметры щек водила тихоходной и быстроходной ступени

Тихоходная ступень:

Диаметр щеки водила:

 

Толщина щеки водила:

 

 

Толщина перемычки водила:

 

 

Диаметр отверстия в водиле:

 

 

Быстроходная ступень:

Диаметр щеки водила:

 

 

Толщина щеки водила:

 

 

Толщина перемычки водила:

 

 

Диаметр отверстия в водиле:

 

Найденные значения округляем до нормальных ближайших линейных размеров из ряда Ra40:

Тихоходная ступень:

Быстроходная ступень:

 

Таблица 4. Основные расчетные параметры

Условное обозначение	Тихоходная ступень	Быстроходная ступень	Размерность
	Значение	Значение
3,1544-
2624-
2836-
8296-
714,3145,6H·м
3,52мм
59,134,5мм
66,5838,2мм
88,3646,774мм
2214мм
9148мм
287192мм
9872мм
9852мм
10576мм
280,875188,5мм
82,2543мм
89,2567мм
295,75197мм
94,560мм
70,73	55	мм
5,4	2,1	кН
8,4	3,3	кН
23,8	14,1	кН
42305	42205	-
25 62 1725 52 15мм
28600	16800	Н
12000	15000	мин-1
28	18	мм