Выбор электродвигателя. Расчет кинематических и энергосиловых параметров редуктора

Расчет зубчатой передачи

 

 

Учебное пособие

к выполнению курсового проекта по дисциплине

«Детали машин»

 

 

для студентов всех форм обучения

направления подготовки 44.03.04 Профессиональное обучение (по отраслям)

профиля подготовки «Транспорт»

профилизации «Подъемно-транспортные, строительные и дорожные машины»

 

Екатеринбург

РГППУ

Расчет зубчатой передачи. Учебное пособие к выполнению курсового проекта по дисциплине «Детали машин». Екатеринбург, ФГАОУ ВО «Российский государственный профессионально-педагогический университет», 2016. 27 с.

 

Автор:	канд. техн. наук, доцент	Н.Н. Эльяш

 

Одобрено на заседании кафедры автомобилей и подъемно-транспортных машин. Протокол от __._____.___ г. № ___.

 

Заведующий кафедрой автомобилей и подъемно-транспортных машин

В.П. Лялин

 

Рекомендовано к печати научно-методической комиссией института инженерно-педагогического образования РГППУ.

Протокол от ___._______._____ г. № ___.

	Председатель научно-методической комиссии института ИПО		А.О. Прокубовская
	Зам. директора научной библиотеки		Е.Н. Билева
	©	ФГАОУ ВО «Российский государственный профессионально-педагогический университет», 2016
	©	Эльяш Н.Н., 2016

СОДЕРЖАНИЕ ДОКУМЕНТА

	ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………
1.	ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЕКТИРОВАНИИ РЕДУКТОРОВ………………...
2.	ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ. РАСЧЕТ КИНЕМАТИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ РЕДУКТОРА 2.1. Выбор электродвигателя……………………………………………. 2.2. Определение передаточного числа редуктора……………………. 2.3. Определение мощности и вращающих моментов на валах………
3.	ВЫБОР МУФТ ……………………………………………………………
4.	РАСЧЕТ ПЕРЕДАЧИ РЕДУКТОРА 4.1. Расчет цилиндрической зубчатой передачи ……………………… 4.1.1. Выбор материалов, термообработки и допускаемых напряжений... 4.1.2. Определение расчетного крутящего момента …………….. 4.1.3. Расчет основных геометрических параметров цилиндрической зубчатой передачи ………………………………… 4.1.4. Определение сил в зацеплении …………………………….. 4.1.5. Проверка зубьев колес на прочность по контактным напряжениям ……………………………………………………………. 4.1.6. Проверка зубьев колес на прочность по напряжениям изгиба 4.1.7. Определение фактической скорости в зацеплении………….   ЛИТЕРАТУРА…………………………………………………… ….

ВВЕДЕНИЕ

Методические указания составлены в соответствии с рабочей программой дисциплины «Детали машин».

Выполнение курсового проекта способствуетформированию базовой общеинженерной подготовки студентов. Работа над курсовым проектом представляет собой практическое решение последовательных и взаимосвязанных задач, реализуемых с обязательным учетом междисциплинарных связей.

Объектом курсового проектирования по дисциплине обычно являются приводы машин подъемно-транспортного и технологического назначения (например, ленточных и цепных конвейеров, подъемников, транспортёров, лебёдок, и др.), в которых используется большое количество типовых узлов и деталей.
В такие приводы входят редукторы общего назначения, при расчёте и конструировании которых происходит формирование практических навыков по всем основным разделам дисциплины.

В задачу студента входит расчет и проектирование редуктора. Варианты заданий на курсовое проектирование, подписанные преподавателем, выдаются студенту под роспись. Лист с индивидуальным заданием должен быть подшит к расчетно-пояснительной записке.

Выполненный курсовой проект должен содержать:

· расчетно-пояснительную записку, объемом 20-25 листов,

· графическую часть в виде компоновочного чертежа редуктора, а также чертеж сборочной единицы, либо чертежи деталей, согласно заданию.

В расчетно-пояснительную записку входят:

1. Введение; 2. Содержание; 3. Индивидуальное задание; 4. Расчет энергосиловых параметров привода; 5. Расчёт зубчатой передачи; 6. Расчёт валов; 7. Выбор подшипников и проверка их на долговечность; 8. Выбор и расчёт шпонок; 9. Выбор муфт;10. Выбор смазки; 11. Список литературы.
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЕКТИРОВАНИИ РЕДУКТОРОВ

Редуктором называется закрытая зубчатая передача, предназначенная для понижения угловой скорости ведомого вала по сравнению с ведущим. При этом возрастает крутящий момент на ведомом валу. На схемах принято обозначать входной – быстроходный вал, к которому присоединяется двигатель, цифрой 1, а выходной – тихоходный вал – цифрой 2.

Редукторы бывают одноступенчатыми, состоящими из одной пары зубчатых колес, и многоступенчатыми (двух-, реже – трехступенчатыми).

На многоступенчатых редукторах кроме входного и выходного вала имеются промежуточные валы. Общее передаточное число многоступенчатого редуктора u_ред равно произведению передаточных чисел отдельных ступеней

u_ред = u₁ ∙ u₂ …u_n.

Аналогичное соотношение справедливо и для других передач, последовательно соединяющих выходной вал двигателя с рабочим органом машины, например, ременная передача и зубчатый редуктор, зубчатая и цепная передача и т.п.

u_общ = u_рем ∙ u_ред; u_общ = u_{зубч.пары} ∙ u_цепн.

Одноступенчатые редукторы с цилиндрическими колесами могут изготавливаться с прямыми, косыми или шевронными зубьями. Косозубые колеса целесообразно применять при окружных скоростях более 2 м/с, так как прямозубые колеса работают удовлетворительно на больших скоростях только при высокой точности изготовления.

Рекомендуемые значения передаточного числа одноступенчатых цилиндрических редукторов – 2…4, наибольшее – 6,3. Число зубьев шестерни не должно быть меньше 17-ти; обычно принимают 20…25.

Корпуса редукторов чаще всего делают литыми чугунными, реже – сварными стальными. Валы зубчатых передач редукторов монтируют на подшипниках качения или скольжения. Последние применяют в редукторах тяжелого машиностроения.

Выбор электродвигателя

Выбор электродвигателя производят в зависимости от требуемой мощности Р_{дв.треб.} и частоты вращения вала электродвигателя n_{дв.треб}. Требуемую мощность электродвигателя определяют по формуле

, (2.1)

где Р_вых – мощность на выходном валу привода, в соответствии с исходными данными, кВт

(2.2)

η – общий КПД привода, который определяется произведением КПД элементов привода и характеризует потери мощности при передаче энергии от электродвигателя к исполнительному механизму.

Если привод состоит из электродвигателя, открытой передачи, одноступенчатого редуктора и двух муфт, то

, (2.3)

где η_о.п. – КПД открытой передачи; η_м – КПД одной муфты; η _ред – КПД редуктора

(η _ред = η_{зп ∙} η_п²); η_зп – КПД зубчатой передачи; η_п – КПД одной пары подшипников, значения которых принимают по табл.1 [ 1, с.7 ].

Требуемая частота вращения двигателя уточняется по диапазону возможных частот вращения вала электродвигателя

(2.4)

 

Таблица 1

Вид передачи	КПД
Зубчатая редукторная цилиндрическая передача	0,97 – 0,98
Зубчатая редукторная коническая передача	0,96 – 0,97
Червячная редукторная передача:
при числе заходов червяка z1 = 1	0,70 – 0,75
при числе заходов червяка z1= 2	0,80 – 0,85
при числе заходов червяка z1= 4	0,85 – 0,95
Цепная открытая	0,90 – 0,95
Клиноременная	0,95 – 0,97
Одна пара подшипников качения	0,99
Муфта соединительная	0,98

n_{вых .} определяется по известным из теоретической механики зависимостям

. (2.5)

Значение u _о.п. принимается для ременной или цепной передачи в соответствии с исходными данными. Если в приводе нет открытой передачи, то u_о.п. = 1. Значения u_ред.min и u_ред.max выбираются на основании табл. 2 [1, с. 8].

Таблица 2

Рекомендуемый диапазон значений передаточных чисел редуктора

Вид передачи	uред.min	uред.max
Зубчатая цилиндрическая	2,5
Зубчатая коническая	1,5	4,0
Червячная

 

Затем по каталогу, приведенному в табл.3, выбирают электродвигатель, имеющий ближайшую большую мощность, чем рассчитанная по (2.1), и частоту вращения в диапазоне от n_{дв. min} до n_{дв. max}, определенную по (2.4).

Таблица 3

Каталог двигателей закрытых обдуваемых единой серии 4А (тип / асинхронная частота вращения n_дв, об/мин) ГОСТ 19523-81

 

Мощность Рдв, кВт	Синхронная частота nдв, об/мин
1,1 1,5 2,2 5,5 7,5	- 80А2/2850 80В2/2850 90L2/2840 100S2/2880 100L2/2880 112M2/2900 132M2/2900	80A4/1420 80B4/1415 90L4/1425 100S4/1435 100L4/1430 112M4/1445 132S4/1455 132M4/1460	80B6/920 90L6/935 100L6/950 112MA6/955 112MB6/950 132S6/965 132M6/970 160S6/975	90LB8/700 100L8/700 112MA8/700 112MB8/700 132S8/720 132M8/720 160S8/730 160M8/730

Примечание: после значка / указана асинхронная частота, которую и следует принимать в дальнейших расчетах.

Для выбранного типа двигателя следует выписать из табл. 4 размер диаметра выходного вала, для того, чтобы в дальнейшем подобрать стандартную соединительную муфту.

ВЫБОР МУФТ

Основными параметрами для выбора муфт служат диаметры выходных концов соединяемых валов и вращающие моменты.

Затем, для обеспечения соединения вала электродвигателя с быстроходным валом редуктора стандартной муфтой, необходимо выполнить следующее условие – разница диаметров соединяемых валов должна отличаться не более чем на 20%.

Исходя из этого условия и ориентировочно найденного диаметра под муфту по (2.10), принимают окончательное значение диаметра вала равным ближайшему значению отверстия стандартной муфты. Кроме этого необходимо проверить следующее: допускаемый крутящий момент выбранной муфты должен быть больше или равен крутящему моменту вала.

Если вал электродвигателя соединяется непосредственно с быстроходным валом редуктора, то для этого может быть рекомендована муфта упругая втулочно-пальцевая МУВП ГОСТ 21424-93 (рис.1). Эта муфта, за счёт резиновых гофрированных втулок насаженных на пальцы, соединяющие полумуфты, обладает упругими свойствами, необходимыми для предотвращения поломки деталей, которые могут возникнуть, например, при включении машины, т.к. пусковой момент электродвигателя превышает номинальный.

.

Рис.1. Муфта упругая втулочно-пальцевая

Для соединения тихоходного вала редуктора с валом исполнительного механизма машины могут быть рекомендованы компенсирующие муфты – цепные ГОСТ 20742-81 или зубчатые ГОСТ 5006-94. Конструкция и размеры зубчатых муфт приведены на рис.2 и в табл.6.

Эти муфты позволяют компенсировать радиальные и угловые смещения валов, а зубчатые – также и осевые (венец зубчатой обоймы шире венца полумуфты), которые могут возникнуть из-за тепловых или силовых деформаций, или из-за неточности сборки, или из-за деформируемого основания, на котором находятся узлы машины, например на раме автомобиля и т.д. (Здесь выполнения условия – «разница диаметров соединяемых валов должна отличаться не более чем на 20%» - не требуется).

 

 

Рис.2. Зубчатые муфты ГОСТ 5006-94

 

Таблица 6

Характеристика зубчатых муфт ГОСТ 5006-94

РАСЧЕТ ПЕРЕДАЧИ РЕДУКТОРА

ЛИТЕРАТУРА

1. П.Ф. Дунаев, О.П. Леликов. Конструирование узлов и деталей машин. - М.: Высш.шк., 2006. - 416 с.

2. Н.Г. Новгородова. Курсовое проектирование по дисциплине «Детали машин»:учебное пособие / Н.Г. Новгородова. Екатеринбург: Изд-во Рос.гос. проф.-пед.ун-та, 2011. - 445 с.

3. Курсовое проектирование деталей машин /С.А. Чернавский, К.Н. Боков, И.М. Чернин и др. – М.: Машиностроение, 2005. – 416 с.: ил.

4. ГОСТ 2185-66. Передачи зубчатые цилиндрические. Основные параметры. - М.: Гос. ком. СССР по стандартам.

5. ГОСТ 12289-76. Передачи зубчатые конические. Основные параметры. - М.: Гос. ком. СССР по стандартам.

6. ГОСТ 2144-93. Передачи червячные цилиндрические. Основные параметры. - М.: Гос. ком. СССР по стандартам.

7. Куклин Н.Г., Куклина Г.С. Детали машин. - Высш.шк., 2005.– 383 с.: ил.

 

Расчет зубчатой передачи.

Учебное пособие

к выполнению курсового проекта по дисциплине

«Детали машин»

 

Подписано в печать. Формат 60х84/16. Бумага для множ. аппаратов. Печать плоская. Усл. печ. л. ____. Уч.- изд. л.___. Тираж____ экз. Заказ____

ФГАОУ ВО «Российский государственный профессионально-педагогический университет», Екатеринбург, ул. Машиностроителей, 11.

Ризограф ФГАОУ ВО РГППУ. Екатеринбург, ул. Машиностроителей, 11

Расчет зубчатой передачи

 

 

Учебное пособие

к выполнению курсового проекта по дисциплине

«Детали машин»

 

 

для студентов всех форм обучения

направления подготовки 44.03.04 Профессиональное обучение (по отраслям)

профиля подготовки «Транспорт»

профилизации «Подъемно-транспортные, строительные и дорожные машины»

 

Екатеринбург

РГППУ

Расчет зубчатой передачи. Учебное пособие к выполнению курсового проекта по дисциплине «Детали машин». Екатеринбург, ФГАОУ ВО «Российский государственный профессионально-педагогический университет», 2016. 27 с.

 

Автор:	канд. техн. наук, доцент	Н.Н. Эльяш

 

Одобрено на заседании кафедры автомобилей и подъемно-транспортных машин. Протокол от __._____.___ г. № ___.

 

Заведующий кафедрой автомобилей и подъемно-транспортных машин

В.П. Лялин

 

Рекомендовано к печати научно-методической комиссией института инженерно-педагогического образования РГППУ.

Протокол от ___._______._____ г. № ___.

	Председатель научно-методической комиссии института ИПО		А.О. Прокубовская
	Зам. директора научной библиотеки		Е.Н. Билева
	©	ФГАОУ ВО «Российский государственный профессионально-педагогический университет», 2016
	©	Эльяш Н.Н., 2016

СОДЕРЖАНИЕ ДОКУМЕНТА

	ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………
1.	ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЕКТИРОВАНИИ РЕДУКТОРОВ………………...
2.	ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ. РАСЧЕТ КИНЕМАТИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ РЕДУКТОРА 2.1. Выбор электродвигателя……………………………………………. 2.2. Определение передаточного числа редуктора……………………. 2.3. Определение мощности и вращающих моментов на валах………
3.	ВЫБОР МУФТ ……………………………………………………………
4.	РАСЧЕТ ПЕРЕДАЧИ РЕДУКТОРА 4.1. Расчет цилиндрической зубчатой передачи ……………………… 4.1.1. Выбор материалов, термообработки и допускаемых напряжений... 4.1.2. Определение расчетного крутящего момента …………….. 4.1.3. Расчет основных геометрических параметров цилиндрической зубчатой передачи ………………………………… 4.1.4. Определение сил в зацеплении …………………………….. 4.1.5. Проверка зубьев колес на прочность по контактным напряжениям ……………………………………………………………. 4.1.6. Проверка зубьев колес на прочность по напряжениям изгиба 4.1.7. Определение фактической скорости в зацеплении………….   ЛИТЕРАТУРА…………………………………………………… ….

ВВЕДЕНИЕ

Методические указания составлены в соответствии с рабочей программой дисциплины «Детали машин».

Выполнение курсового проекта способствуетформированию базовой общеинженерной подготовки студентов. Работа над курсовым проектом представляет собой практическое решение последовательных и взаимосвязанных задач, реализуемых с обязательным учетом междисциплинарных связей.

Объектом курсового проектирования по дисциплине обычно являются приводы машин подъемно-транспортного и технологического назначения (например, ленточных и цепных конвейеров, подъемников, транспортёров, лебёдок, и др.), в которых используется большое количество типовых узлов и деталей.
В такие приводы входят редукторы общего назначения, при расчёте и конструировании которых происходит формирование практических навыков по всем основным разделам дисциплины.

В задачу студента входит расчет и проектирование редуктора. Варианты заданий на курсовое проектирование, подписанные преподавателем, выдаются студенту под роспись. Лист с индивидуальным заданием должен быть подшит к расчетно-пояснительной записке.

Выполненный курсовой проект должен содержать:

· расчетно-пояснительную записку, объемом 20-25 листов,

· графическую часть в виде компоновочного чертежа редуктора, а также чертеж сборочной единицы, либо чертежи деталей, согласно заданию.

В расчетно-пояснительную записку входят:

1. Введение; 2. Содержание; 3. Индивидуальное задание; 4. Расчет энергосиловых параметров привода; 5. Расчёт зубчатой передачи; 6. Расчёт валов; 7. Выбор подшипников и проверка их на долговечность; 8. Выбор и расчёт шпонок; 9. Выбор муфт;10. Выбор смазки; 11. Список литературы.
1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЕКТИРОВАНИИ РЕДУКТОРОВ

Редуктором называется закрытая зубчатая передача, предназначенная для понижения угловой скорости ведомого вала по сравнению с ведущим. При этом возрастает крутящий момент на ведомом валу. На схемах принято обозначать входной – быстроходный вал, к которому присоединяется двигатель, цифрой 1, а выходной – тихоходный вал – цифрой 2.

Редукторы бывают одноступенчатыми, состоящими из одной пары зубчатых колес, и многоступенчатыми (двух-, реже – трехступенчатыми).

На многоступенчатых редукторах кроме входного и выходного вала имеются промежуточные валы. Общее передаточное число многоступенчатого редуктора u_ред равно произведению передаточных чисел отдельных ступеней

u_ред = u₁ ∙ u₂ …u_n.

Аналогичное соотношение справедливо и для других передач, последовательно соединяющих выходной вал двигателя с рабочим органом машины, например, ременная передача и зубчатый редуктор, зубчатая и цепная передача и т.п.

u_общ = u_рем ∙ u_ред; u_общ = u_{зубч.пары} ∙ u_цепн.

Одноступенчатые редукторы с цилиндрическими колесами могут изготавливаться с прямыми, косыми или шевронными зубьями. Косозубые колеса целесообразно применять при окружных скоростях более 2 м/с, так как прямозубые колеса работают удовлетворительно на больших скоростях только при высокой точности изготовления.

Рекомендуемые значения передаточного числа одноступенчатых цилиндрических редукторов – 2…4, наибольшее – 6,3. Число зубьев шестерни не должно быть меньше 17-ти; обычно принимают 20…25.

Корпуса редукторов чаще всего делают литыми чугунными, реже – сварными стальными. Валы зубчатых передач редукторов монтируют на подшипниках качения или скольжения. Последние применяют в редукторах тяжелого машиностроения.

ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ. РАСЧЕТ КИНЕМАТИЧЕСКИХ И ЭНЕРГОСИЛОВЫХ ПАРАМЕТРОВ РЕДУКТОРА

Выбор электродвигателя

Выбор электродвигателя производят в зависимости от требуемой мощности Р_{дв.треб.} и частоты вращения вала электродвигателя n_{дв.треб}. Требуемую мощность электродвигателя определяют по формуле

, (2.1)

где Р_вых – мощность на выходном валу привода, в соответствии с исходными данными, кВт

(2.2)

η – общий КПД привода, который определяется произведением КПД элементов привода и характеризует потери мощности при передаче энергии от электродвигателя к исполнительному механизму.

Если привод состоит из электродвигателя, открытой передачи, одноступенчатого редуктора и двух муфт, то

, (2.3)

где η_о.п. – КПД открытой передачи; η_м – КПД одной муфты; η _ред – КПД редуктора

(η _ред = η_{зп ∙} η_п²); η_зп – КПД зубчатой передачи; η_п – КПД одной пары подшипников, значения которых принимают по табл.1 [ 1, с.7 ].

Требуемая частота вращения двигателя уточняется по диапазону возможных частот вращения вала электродвигателя

(2.4)

 

Таблица 1

Вид передачи	КПД
Зубчатая редукторная цилиндрическая передача	0,97 – 0,98
Зубчатая редукторная коническая передача	0,96 – 0,97
Червячная редукторная передача:
при числе заходов червяка z1 = 1	0,70 – 0,75
при числе заходов червяка z1= 2	0,80 – 0,85
при числе заходов червяка z1= 4	0,85 – 0,95
Цепная открытая	0,90 – 0,95
Клиноременная	0,95 – 0,97
Одна пара подшипников качения	0,99
Муфта соединительная	0,98

n_{вых .} определяется по известным из теоретической механики зависимостям

. (2.5)

Значение u _о.п. принимается для ременной или цепной передачи в соответствии с исходными данными. Если в приводе нет открытой передачи, то u_о.п. = 1. Значения u_ред.min и u_ред.max выбираются на основании табл. 2 [1, с. 8].

Таблица 2

Рекомендуемый диапазон значений передаточных чисел редуктора

Вид передачи	uред.min	uред.max
Зубчатая цилиндрическая	2,5
Зубчатая коническая	1,5	4,0
Червячная

 

Затем по каталогу, приведенному в табл.3, выбирают электродвигатель, имеющий ближайшую большую мощность, чем рассчитанная по (2.1), и частоту вращения в диапазоне от n_{дв. min} до n_{дв. max}, определенную по (2.4).

Таблица 3

Каталог двигателей закрытых обдуваемых единой серии 4А (тип / асинхронная частота вращения n_дв, об/мин) ГОСТ 19523-81

 

Мощность Рдв, кВт	Синхронная частота nдв, об/мин
1,1 1,5 2,2 5,5 7,5	- 80А2/2850 80В2/2850 90L2/2840 100S2/2880 100L2/2880 112M2/2900 132M2/2900	80A4/1420 80B4/1415 90L4/1425 100S4/1435 100L4/1430 112M4/1445 132S4/1455 132M4/1460	80B6/920 90L6/935 100L6/950 112MA6/955 112MB6/950 132S6/965 132M6/970 160S6/975	90LB8/700 100L8/700 112MA8/700 112MB8/700 132S8/720 132M8/720 160S8/730 160M8/730

Примечание: после значка / указана асинхронная частота, которую и следует принимать в дальнейших расчетах.

Для выбранного типа двигателя следует выписать из табл. 4 размер диаметра выходного вала, для того, чтобы в дальнейшем подобрать стандартную соединительную муфту.