Московский Институт Стали и Сплавов

Московский Институт Стали и Сплавов

Новотроицкий филиал

Кафедра “ОТД”

 

ДЕТАЛИ МАШИН

Пояснительная записка

 

 

Новотроицк 2002 г.

Оглавление:

1.Техническое задание.

2. Введение.

3. Кинематический и силовой расчет привода.

3.1 Выбор электродвигателя.

3.2 Передаточные числа элементов привод.

3.3 КПД редуктора и привода.

3.4 Крутящие моменты на валах.

4. Проектировочный расчет закрытой зубчатой передачи.

4.1 Выбор материалов колес тихоходной ступени.

4.2 Определение основных параметров ступени.

4.3 Уточнение параметров закрытой зубчатой передачи.

5. Проверочный расчет тихоходной ступени по напряжениям изгиба.

5.1 Определение допустимых напряжений.

5.2 Расчет зубьев на статическую прочность.

6. Проектирование валов закрытой зубчатой передачи.

6.1 Предварительный расчет и конструирование валов.

6.2 Проверочный расчет тихоходного вала.

6.2.1 Построение эпюр изгибающих и крутящих моментов.

6.2.2 Расчет вала на выносливость.

6.2.3 Расчет вала на статическую прочность.

6.2.4 Проверка шпонок на смятие.

6.3. Расчет подшипников качения тихоходного вала.

6.4 Выбор муфт.

7. Определение размеров основных элементов корпуса редуктора и сварной рамы привода

7.1 Корпус редуктора

7.2 Рама привода.

8. Смазка зубчатых колес и подшипников качения.

Смазка зубчатых колес.

Смазка и уплотнение подшипниковых узлов.

Охрана труда, техническая эстетика.

Заключение.

Библиографический список.

1. Техническое задание

 

Техническое задание выдано студенту:

Лобыкину Алексею Александровичу группы ЭП-2002-31 на разработку проекта по курсу детали машин.

Тема курсового проекта: Проектирование зубчатого редуктора.

 

Исходные данные:

1. Сопротивление движения моста F, кН – 2

2. Скорость моста v, м/с – 2

3 Диаметр колеса D, мм - 100

3. Число зубьев звёздочки z - 7

4. Допускаемое отклонение скорости моста δ, % - 5

5. Срок службы привода L_r, лет - 4

6. Режим работы средний.

7. Критерий эффективности минимальная стоимость.

8. Характер работы нереверсивный.

9. Тип редуктора вертикальный.

10. Схема редуктора развернутая.

 

Сроки выполнения:

Наименование этапа	%	Неделя
Проектировочный расчет	20	3
Эскизная компоновка	20	5
Сборочный чертеж	20	7
Чертеж общего вида	20	9
Оформление проекта	20	11
Защита проекта	20	12

 

 

График выполнения

Дата выдачи г.                           Руководитель проекта:

Гавриш П.В. ()

Введение

 

Привод к лесотаке применяется в лесоперерабатывающей промышленности. Она служит для вылавливания и поднятия бревен после сплавления их из реки. В нее входят следующие составляющие:

1. натяжное устройсво;

2. цепная передача;

3. тяговая передача;

4. цилиндрический редуктор;

5. двигатель;

6. упругая муфта со звездокой.

Кинематический и силовой расчет привода

Выбор электродвигателя

 

Требуемая мощность электродвигателя:

 

 

где Р_м = F∙ v - мощность рабочей машины;

F- тяговая сила ленты

1. v - скорость ленты

 

Р_м =2∙2=4кВт

 

h пр =h_пк³∙h_муфты∙h_ззз²∙h_пс²∙h_цп⁴, КПД привода,

Где h_м=0,98

h_n=0,99

h_ред=0,97

h_оп=0,96

h пр =0,98∙0,99³∙0,97∙0,96=0,85

Рэд = 4/0,85 = 4,7 кВт.

 

В качестве двигателя возьмем асинхронный электродвигатель, единой серии общего назначения 4А по ГОСТ I9523-8I, с ближайшей номинальной мощностью Рном = 5,5 кВт /5, с. I05/, которой соответствуют четыре типа электродвигателей с синхронными частотами вращения 750, 1500 и 1000 об/мин. Для приводов общего назначения предпочтительны электродвигатели с синхронной частотой вращения 1000 и 1600 об/мин /5, с.104/. Выбираем электродвигатель типа 4А132S6УЗ с асинхронной частотой вращения hэд=3000 об\мин и кратностью максимального момента

 

γ=Т_пуск/Т_ном=2,0

 

/5. с.519-620/ электродвигателя исполнения ГМ1081, с габаритнымиустановочными иприсоединительными размерами приведенна рис.9 /7, с. 519-620/.

КПД редуктора и привода

КПД одноступенчатого цилиндрического редуктора (рис.10)

 

hред=h_зп^{2 .} h_пк³, где

 

hзп - КПД зацепления одной пары зубчатых колес;

hпк - КПД одной пары подшипников качения. Принимая

 

h_зп= 0,97 и h_пк =0,99 \ 5.с.107\ получим:

h_ред=h_зп ^. h_пк²

 

Общий КПД привода лесотаски равен: h _пр = 0,913.

(h_пр не изменяется так как редуктор остался прежним).

Крутящие моменты на валах

 

Частоты вращения быстроходного n_б и тихоходного n_т валов редуктора равны ответственно:

 

n_б =n_эд/U_оп=3000/5=600 об/мин;

 n_т =n_б/U₁ =600/2,24 = 267,9 об/мин;

 n_т =n_n/U₂=267,9/3,55 = 75,45 об/мин.

Мощность на тех же валах:

 

Р_б=Р_эд∙h_оп =4,7∙0,96 = 4,512 кВт;

Р _n = Р _б∙ h_n² ∙ h_зп ∙ h_м = 4,512∙0,99²∙0,97∙0,98 = 4,2 кВт;

Р _т= Р _б∙ h_ред = 4,512 ∙ 0,917=4,14 кВт;

 

Крутящие моменты на быстроходном Т_б, и тихоходном Т_т валах редуктора:

 

Т_т= 9550∙Р _т / n_т = 9550∙4,14/75,45=524,02 Н∙м;

Т_б=9550∙Р_б/n_б⁼9550∙4,512/600=71,816 Н∙м.

Т_n=9550∙Р_n/n_n⁼9550∙4,2/267,9=149,72 Н∙м.

Таблица 2

Основные параметры закрытой зубчатой передачи:

Наименование параметра	Расчетная формула	Ступень передачи
Межосевое расстояние, мм	A=(d1+d2)/2	96,03 (Б) (Т)166,6
Модуль зацепления нормальный, мм	mn=(0.02…0.035)· а	3,0 5,0
Модуль зацепления торцовый, мм	Mt=mn/Cosb	3,08 5,13
Угол наклона зубьев, град	b=arcos(zå·mn/2a)	13,03 12,9
Шаг зацепления нормальный, мм	Pn=p·mn	9,42 15,71
Шаг зацепления торцовый, мм	Pt=p·mе	9,67 16,12
Число зубьев суммарное	2аCosb/mn	62,36 64,95
Число зубьев шестерни	z1= zå/(1+u)	19,24 14,28
Число зубьев колеса	Z2=zå-z1	43,12 50,67
Передаточное число	U=z2/z1	2,24 3,55
Диаметр делительный колеса, мм	d2=z2·mt	132,8 259,94
Диаметр делительный шестерни, мм	D1=z1·mt	59,26 73,26
Диаметр впадин колеса, мм	dj2=d2-2,5mn	125,3 247,44
Диаметр впадин шестерни, мм	Dj1=d1-2,5mn	51,76 60,76
Диаметр вершин колеса, мм	Da2=d2+2mn	138,8 269,94
Диаметр вершин шестерни, мм	Da1=d1+2mn	65,26 83,26
Ширина колеса, мм	B2=ya·a	24,01 41,65
Ширина шестерни,мм	b1 =b2+(5…10)	29,01…34,01 46,65…51,6
Окружная скорость, м/с	u=p·n1·d1/60·1000	0,52 1,03
Степень точности зацепления	ГОСТ 1643-72	9-B

 

Окружные скорости колес по делительным окружностям:

для ступени

υ=π∙n_T∙d₂/(60∙1000)=3,14∙75,45∙132,8/(60∙1000)=0,52 м/с;

 

По величине окружной скорости назначаем для ступени 9-ую степень точности /3. с.14/.

Окружное F_t, радиальное F_r и осевое F_а усилия, действующие в зацеплении ступени

 

F_t=2∙T_T/d₂=2∙242,1/267=1,814 кН;

F_r= F_t∙tgα/Cosb=1,814∙tg20°/Cos15°=0,684 кН;

F_а= F_t∙tgb=1.814∙tg15°= 0,484 кН;

Предварительный расчет и конструирование валов

 

В качестве материалов валов выберем конструкционную сталь 35 по ГОСТ 1050-74 /5. с.74/ со следующими механическими характеристиками:

 

s_в=520 МПа; s_т=280 МПа; τ_т=170 МПа; s_-1 =150 МПа;

τ_-1 =150 МПа, y_τ=0.

 

Диаметры выходных участков тихоходного d_ТВ и быстроходного d_БВ валов посадочный диаметр под колесом определяем из расчета только на кручение /3. с.24/

 

d_ТВ =(5…6)³√Т_т =34,3 мм,

d_БВ =(7…8)³√Т_б =28 мм.

 

Принимаем стандартные по ГОСТ 6636-69 /3. с.372/ значения: d_ТВ=34 мм, d_БВ=28 мм. Длины выходных участков принимаем по ГОСТ 12080-66 /5. с.79/: l_БВ1 =51 мм и l_БВ2=57 мм, l_ТВ1=59 мм

Диаметры и длины остальных участков валов выбираем из конструктивных соображений (рис.II).

Подшипники для всех валов редуктора выбираем по величине посадочного диаметра и предварительно назначаем шарикоподшипники радиальные однорядные легкой серии по ГОСТ 8338-75 (рис.12), параметры которых сведены в табл.3 /7, C.530/.

По величине посадочных диаметров (рис.II) выбираем размеры призматических шпонок (рис.13) по ГОСТ 23360-78 /7, с.302/, находим моменты сопротивления сечения валов (рис.12), ослабленных шпоночным пазом /2. с.98/, и основные данные заносим в табл.4.

Расчет вала на выносливость

В опасном сечении вала в точке С^’ (рис. 14) действует наибольший изгибающий момент М=88,65 Н·м и крутящий момент Т_Т=242,1Н·м, а моменты сопротивления изгибу W_u и кручению W_K с учетом ослабления вала шпоночным пазом равны W_n=14,5·10^-6 м³ и W_K=30,8·10^-6 м³ (табл. 4).

Определим действующие напряжения изгиба s, изменяющиеся по симметричному циклу, и напряжения кручения t, изменяющиеся по нулевому циклу:

 

s=M/W_n=70,81/14,5·10^-6=4,5 МПа,

t=T_Т/W_K=242,1/30,8·10^-6=7,86 МПа.

Коэффициенты запаса прочности вала по нормальным S_s и касательных S_t напряжениям:

 

S_s=s_-1/(s·K_s/e_s·b),

S_t=2t_-1/(t((K_t/e_t·b)+y_t)),

 

где s_-1=250 МПа, t_-1=150 МПа, y_t=0 (см. п.6.1);

K_s и K_t - эффективные коэффициенты концентрации напряжений;

e_s и e_t - масштабные факторы; b - коэффициент, учитывающий состояние поверхности. Для вала из стали 35, имеющей s_b=250 МПа, диаметром 100 мм с напрессованным зубчатым колесом K_s/e_s=3.46 /7. с.300/ и

 

K_t/e_t=1+0.6((K_s/e_s)-1)=1+0,6(3,46-1)=2,48 /7. с.301/.

 

Примем шероховатость поверхности вала R_t≤20 мкм, тогда b=0,9 /7. с.298/.

 

S_s=250/(4,5·3,46·0,9)=17,8;

S_t=2·150/(7,86/(2,48·0,9)+0)=85,19.

 

Общий коэффициент запаса прочности в опасном сечении

 

S= S_s· S_t/(S_s² +S_t²)^1/2=17,8·85,19/(17,8²+85,19²)^1/2=17,42.

 

Поскольку эта величина больше допускаемого значения [S]=2,5, то усталостная прочность вала обеспечена.

 

Проверка шпонок на смятие

Выбранные в п.6.2.1 шпонки проверяем на смятие:

s_см= 2T/(l_P·(h-t)·d)≤[s_см],

 где Т = 351,3·10^З Н·мм - передаваемый крутящий момент; l_P - расчетная длина шпонки, которая для шпонок исполнения 1 равна l_P =l_к-b, l,b,h и t- размеры шпонок, зависящие от диаметра вала d, (табл.4); [s_см]=800 МПа - допускаемое напряжение смятия при стальной ступице и спокойной нагрузке /7. с.104/.

Для шпонки на выходном участке вала диаметром 34 мм:

s_СМ=2·242,1·10³/((8-3,3)·0,045·0,034)=67,33 МПа

s_СМ <[s_СМ]=800 МПа.

Для шпонки на участке вала под ступицей колеса:

s_СМ=2·242,1·10³/((9-3,3)·0,04·0,048)=44,24 МПа

s_СМ <[s_СМ]=800 МПа,

следовательно, прочность шпонок тихоходного вала обеспечена.

 

Выбор муфт

 

Для соединения тихоходного вала редуктора с барабаном (поз.5) конвейера используем упругую втулочно-пальцевую муфту (МВП), типоразмер которой выбираем по величине наибольшего диаметра соединяемых валов с учетом ограничения Т<[T], где Т - крутящий момент на валу; [Т] - допускаемое значение передаваемого муфтой крутящего момента. В нашем случае, при d_M=28 мм (рис.9) и

Т = T_Т = 242,1 Н·м (см.п.3.4) выбираем по ГОСТ 20742-81 /7,с.461, табл.15.3/ муфту МЦ-30

([T] = 500 Н·м), схема и основные размеры которой представлены на рис.15. В ступице полумуфты, устанавливаемой на быстроходный вал редуктора, диаметр посадочного отверстия назначаем d=28 мм. Поскольку в данном случае используется стандартная муфта, проверку на смятие ее упругого элемента и пальцев на изгиб не производим.

Следовательно, прочность муфты обеспечена. Схема и основные размеры муфты МВП представлены на рис.15.6

Корпус редуктора

 

Корпус редуктора выполнен литым из серого чугуна марки СЧ18, ГОСТ 1412-79. Размеры основных элементов корпуса в области нижнего фланца, фланца по разъему и подшипникового узла (рис.17,18) определены в зависимости от межосевого расстояния а_Т=160 мм согласно рекомендациям /2. с.99-101/.

Рама привода

 

Несущим элементом рамы привода является швеллер, типоразмер которого, а также размеры косой шайбы и платика определены в зависимости от наибольшего диаметра болта крепления редуктора (или электродвигателя) к раме. В нашем случае (рис. 8,16), большее значение имеет диаметр болта нижнего фланца редуктора – М15, которому, согласно рекомендациям /2. с.102/ соответствует швеллер №12, ГОСТ 8240-72 (рис. 19).

Кожух ограждения муфты МВП-32 (рис.20), установленный на раме привода, выполнен из листовой стали СтЗ по ГОСТ 380-71.

Смазка зубчатых колес

 

Смазывание зубчатых колес редуктора осуществляется картерным способом, поскольку их окружная скорость менее 12,5 м/с /3. с.148/.

Марку масла назначаем в зависимости от окружной скорости и контактных напряжений. В нашем случае, при u= 2,72 м/с и

s_Н=800 МПа <1000 МПа (см. п.4.1) при 50°С необходимо масло с кинематической вязкостью 50 мм²/с, которой обладает масло "Индустриальное И-50А" по ГОСТ 20799-75 /3. с.118, табл.11.1 и 11.2/.

Уровень погружения зубчатых колес в масляную ванну назначаем 0,2d_а2 /3. с.148/. Объем заливаемого масла определяем с учетом объема внутренней полости редуктора (рис.1)

 

V_масла= 18,2 ^. 351 ^. 62 ^. 10^-3= 396,1дм³.

Библиографический список:

1. Басов А.И. Механическое оборудование обогатительных фабрик и заводов тяжелых цветных металлов, -М.: Металлургия, 1984, - 352 с.

2. Теплышев П.П., Чиченев Н.А. Механическое оборудование обогатительных фабрик: Учебное пособие. - М.: изд.МИСиС, 1986.-104 с.

3. Дунаев П.Ф., Целиков О.П. Конструирование узлов и деталей машин.-М.: Высшая школа, 1985.- 416 с.

4. Лисицын А.А. Анциферов В.Г. Детали машин. Учебное пособие. Раздел: Зубчатые и червячные передачи. Цилиндрические зубчатые передачи. -М.: изд. МИСиС, 1979,- 120 с.

5. Свистунов Е.А., Чиченев Н.А. Расчет деталей и узлов металлургических машин: Справочник. - М.: Металлургия, 1985.- 184 с.

6. Курсовое проектирование деталей машин /В.Н. Кудрявцев, Ю.А. Державец, И.И. Арефьев и др. - Л.: Машиностроение, 1983. - 400 с.

7. Проектирование механических передач: Учебно-справочное пособие для втузов/ С.А. Чернавский. Г.А. Снесарев, Б.С. Козинцев и др. -М.: Машиностроение, 1984.-560 с.

Московский Институт Стали и Сплавов

Новотроицкий филиал

Кафедра “ОТД”

 

ДЕТАЛИ МАШИН

Пояснительная записка

 

 

Новотроицк 2002 г.

Оглавление:

1.Техническое задание.

2. Введение.

3. Кинематический и силовой расчет привода.

3.1 Выбор электродвигателя.

3.2 Передаточные числа элементов привод.

3.3 КПД редуктора и привода.

3.4 Крутящие моменты на валах.

4. Проектировочный расчет закрытой зубчатой передачи.

4.1 Выбор материалов колес тихоходной ступени.

4.2 Определение основных параметров ступени.

4.3 Уточнение параметров закрытой зубчатой передачи.

5. Проверочный расчет тихоходной ступени по напряжениям изгиба.

5.1 Определение допустимых напряжений.

5.2 Расчет зубьев на статическую прочность.

6. Проектирование валов закрытой зубчатой передачи.

6.1 Предварительный расчет и конструирование валов.

6.2 Проверочный расчет тихоходного вала.

6.2.1 Построение эпюр изгибающих и крутящих моментов.

6.2.2 Расчет вала на выносливость.

6.2.3 Расчет вала на статическую прочность.

6.2.4 Проверка шпонок на смятие.

6.3. Расчет подшипников качения тихоходного вала.

6.4 Выбор муфт.

7. Определение размеров основных элементов корпуса редуктора и сварной рамы привода

7.1 Корпус редуктора

7.2 Рама привода.

8. Смазка зубчатых колес и подшипников качения.

Смазка зубчатых колес.