Привод к лебедке
Привод к лебедке
26 Содержание - Введение
- 1. Выбор двигателя. Кинематический расчет привода
- 2. Кинематический и силовой расчет привода
- 3. Выбор материалов и определение допускаемых напряжений
- 4. Расчет закрытой червячной передачи
- 5. Расчет открытой косозубой зубчатой передачи
- 6. Нагрузки валов редуктора
- 7. Разработка эскизного проекта
- 8. Предварительный выбор подшипника
- 9. Выбор муфты
- 10. Определение реакций в опорах подшипников валов
- 11. Проверочный расчет валов
- 12. Проверочный расчет подшипников
- 13. Проверочный расчет шпонок
- 14. Смазывание деталей редуктора
- Список литературы
ВведениеИсходные данные:Мощность привода Р = 2,0 кВтЧастота вращения n = 36 мин - 1Срок службы привода Lt = 5 летКоэффициенты использования Ксут = 0,9; Кгод = 0,8.Рис.1 - Привод к лебедке.1. Выбор двигателя. Кинематический расчет приводаСрок службы привода (ресурс) Lh, час, определяем по формулеLh = 365 • Lr• Kr • tc • Lc • Kc, (1)где Lr - срок службы привода, Lr = 4 лет;KГ - коэффициент годового использования, KГ = 0,8;tС - продолжительность смены, tС = 8 ч;LС - число смен, LС =1;Кc - коэффициент сменного использования, Кc = 0,9.Режим работы: Реверсивный.Lh = 365 4 0,8 8 0,9 = 8409,6 часов.Требуемая мощность рабочей машины: Р = 2,0 кВт.Частота вращения барабана nр = 36 мин - 1Общий коэффициент полезного действия (КПД) привода ?, определяем по формуле? = ?м ?ц ?з ?ч ?4nк, (2)где КПД составляющих определим по т.2.2 с 40 [1]?м - КПД муфты, ?м = 0,98;?ц - КПД открытой цилиндрической зубчатой передачи, ?з = 0,95;?ч - КПД червячной передачи, ?ч = 0,85;?nк - КПД одной пары подшипников качения, ?nк = 0,99.? = 0,98 0,95 0,85 0,99 4 = 0,7678Требуемую мощность двигателя Рдв, кВт определяем по формулеРдв = Рпр/ ?, (3)Рдв = 2,0/ 0,7678 = 2,605 кВтВыбираем электродвигатель при условие Рном ? Рдв из таб. К9 стр.384 [1]3,0 кВт 2,605 кВт4 АМ100S4Y 3 n ном = 1435 мин - 1; Рном = 3,0 кВтОбщее передаточное число привода Uобщ, определяем по формулеUобщ = nном/nрм, (4)Uобщ = 1435/36 =39,86Выбираем передаточные числа, воспользуемся рекомендуемыми значениями из таблиц т.2.3 с.43 [1], т.1.2 с.6 [2] и т.1.3 с.7 [1]: передаточные числа Uчерв = 16; Uзуб = 2,5; Uобш=40.Фактическую частоту вращения барабана nрфакт, мин - 1 определяем по формулеnрфакт = n ном/ Uобш, (5)nрфакт = 1435/40= 35,875 мин - 1отклонение 100% (nрм - nрфакт) / nрм = 100% (36 - 35,875) /36 = 0,347% < 4%2. Кинематический и силовой расчет приводаОпределяем мощность двигателя на всех валах привода: на быстроходном Р1, кВт; на тихоходном Р2, кВт; на валу ведущего барабана Р3, кВт по формуламР1 = Рдв ?м ?nк, (6)Р1 = 2,605 0,98 0,99 = 2, 192 кВтР2 = Р1 ?ч ?nк, (7)Р2 = 2, 192 0,85 0,99 = 2,17 кВтР3 = Р2 ?к ?nк, (8)Р3= 2,17 0,95 0,99 = 2,04 кВтОпределяем частоту вращения на валах привода: на быстроходном n1, мин - 1; на тихоходном n2, мин - 1; на валу ведущего барабана n3, мин - 1 по формуламn1 = nном= 1435 мин - 1n2 = n1/U1, (9)n2 = 1435/16 = 89,69 мин - 1n3 = n2/U2, (10)n3 = 89,69/2,5 = 35,88 мин - 1,Определяем угловые скорости на валах привода: на валу двигателя щпом, с - 1; на быстроходном щ1, с - 1; на тихоходном щ2, с - 1; на валу ведущего барабана щ3, с - 1 по формуламщпом = nном/30, (11)щпом = 3,14 1435/30 = 150,2 с - 1щ1 = щном = 150,2 с - 1щ2 = щ1 /U1, (12)щ2 = 150,2/16 = 9,39 с - 1щ3 = щ2/U2, (13)щ3 = 9,39/ 2,5 = 3,75 с - 1Определяем вращающий момент на валах привода: на валу двигателя Тдв, Н. м; на быстроходном Т1, Н. м; на тихоходном Т2, Н. м; на валу ведущего барабана Т3, Н. м по формуламТдв = Рдв/ щном, (14)Тдв = 2,605 10 3/150,2 = 17,34 Н. мТ1 = Р1/ щ1, (15)Т1 = 2, 192 10 3/150,2 = 14,59 Н. мТ2 = Р2/ щ2, (16)Т2 = 2,17 10 3 /9,39 = 231,16 Н. мТ3 = Р3/щ3, (17)Т3 = 2,04 10 3/3,75 = 543,51 Н. мТаблица 1 - Силовые и кинематические параметры привода|
Тип двигателя 4 АМ100S4Y 3 Pном = 3,0 кВт; n ном = 1435 мин - 1 | | Параметр | Передача | Параметр | Вал | | | Закр. | Откр. | | Двигателя | Редуктора | Ведущего барабана | | | | | | | Быстроход. | Тихоход. | | | Передаточное число, U | 16 | 2,5 | Расчетная мощность Р, кВт | 2,605 | 2, 192 | 2,17 | 2,041 | | | | | Угловая скорость , с - 1 | 150,2 | 150,2 | 9,39 | 3,75 | | КПД, ? | 0,85 | 0,95 | Частота вращения n, мин - 1 | 1435 | 1435 | 89,69 | 35,88 | | | | | Вращающий момент Т, Н. м | 17,34 | 14,59 | 231,16 | 543,51 | | | 3. Выбор материалов и определение допускаемых напряженийЧервячная передача:Выбираем марку стали для червяка и определяем ее механические характеристики по таб.3.1 с.49 [1] при мощности Р = 2, 192 кВт > 1 кВт. Червяк изготавливается из стали 40Х с твердостью ?45 НRСЭ,, термообработка - закалка +ТВЧ по таб.3.2; для стали 40Х - твердость 45…50 НRСЭ; ув = 900 Н/мм 2, ут = 750 Н/мм 2, у-1 = 410 Н/мм 2; Dпред = 125 мм, Sпред = 80 мм.Скорость скольжения Vs, м/с определяем по формулеVs = , (18)Vs = (4,3 9,39 16 ) /1000 = 3,96 м/сПо определенной скорости скольжения из таб.3.5 стр.54 [1] выбираем материал для червячного колеса при Vs < 5 БрА10Ж4Н4 способ отливки - "центробежный"; у в =700 Н/мм 2, у т =460 Н/мм 2.Для материала венца червячного колеса по таб.3.6 [1] определяем допускаемые контактные [у] H и [у] F изгибные напряжения. При твердости витков червяка ? 350 НВ, термообработка - улучшение:[у] H = 250 - 25 Vs, (19)[у] H = 250 - 25 3,96 = 151 Н/мм 2,т.к. червяк находится в масляной ванне то не уменьшаем.Коэффициент долговечности К FL, определяем по формулеК FL = , (20)Наработку колес N, циклов, определяем по формулеN = 573 щ2 Lh, (21)N = 573 9,39 8409,6 = 45,25 10 6 циклов.Тогда получаем по формуле (20)К FL = = 0,655.Для реверсивной передачи[у] F = (0,08 ув + 0,25 ут) К FL, (22)[у] F = (0,08 700 + 0,25 460) 0,655 = 112 Н/мм 2Открытая косозубая зубчатая передача:Для шестерни и колеса выбираем марку стали и определяем ее механические характеристики по таб.2.1 [2]:Шестерня - сталь 40 Х с твердостью ? 350 НВ1, термообработка - улучшение; по таб.3.2 для стали 40Х - твердость 235. .262 НВ, у в = 900 Н/мм 2, у т = 750 Н/мм 2, у - 1 = 410 Н/мм 2, D пред = 200 мм, Sпред = 125 мм.Колесо - сталь 45Л с твердостью ? 350 НВ2, термообработка - улучшение; по таб.3.2 [2] для стали 45Л - твердость 207…235 НВ, у в = 680 Н/мм 2, у т = 440Н/мм 2, у - 1 = 285 Н/мм 2, D пред = 315 мм, Sпред = 200мм.Среднюю твердость зубьев шестерни НВ1ср и колеса НВ2ср определяем по формуламНВ1ср = (235+262) /2 = 248,5,НВ2ср = (207+235) /2 = 221,НВ1ср - НВ2ср = 248,5-221 = 27,5 < 50Для материала зубчатой шестерни и колеса определяем допускаемые контактные [у] H и [у] F изгибные напряженияКоэффициент долговечности КHL, определяем по формулеКHL = , (23)Наработку шестерни N1, циклов, определяем по формулеN1 = 573 щ2 Lh, (24)N1 = 573 9,39 8409,6 = 45,24 10 6 цикловНаработку колеса N2, циклов, определяем по формулеN2 = 573 щ3 Lh, (25)N2 = 573 3,75 8409,6 = 18,07 10 6 циклов.Число циклов перемены напряжений NНО, соответствующие пределу выносливости, находим по таб.3.3 с.51 [2] NНО1 = 69,5 10 6 циклов, NНО2 = 17 10 6 циклов.Так как N1 < NНО1, N2 > NНО2, то коэффициент долговечности принимаем КHL2 = 1,КHL1 = , (26)КHL1 = = 1,07По таб.3.1 определяем допускаемые контактные напряжения [у] HО, соответствующее числу циклов перемены напряжений NНО.Для шестерни[у] HО1 = 1,8НВ1 + 67, (27)[у] HО1 = 1,8 248,5 + 67 = 514,3 H/мм 2Для колеса[у] HО2 = 1,8НВ2 + 67, (28)[у] HО2 = 1,8 221 + 67 = 464,8 Н/мм 2Допускаемое контактное напряжение определяем по формулам[у] H1 = [у] HО1 К нL1, (29)[у] H1 = 514,3 1,07 = 550,3 Н/мм 2[у] H2 = [у] HО2 К нL2, (30)[у] H2 = 464,8 1 = 464,8 Н/мм 2[у] H = 0,45 ([у] H1 + [у] H2), (31)[у] H = 0,45 (550,3 + 464,8) = 456,8 Н/мм 2[у] H = 456,8 Н/мм 2 < 1,23 [у] H2 = 571,7 Н/мм 2, условие выполняется.Коэффициент долговечности К FL, определяем по формулеК FL = , (32)где NFО = 4 10 6 < N1 и N2,, следовательно К FL1 = К FL2 = 1По таб.3.1 определяем допускаемое напряжение изгиба, соответствующее числу перемены напряжений NFО.Для шестерни[у] FО1 = 1,03 HB1ср, (33)[у] FО1 = 1,03 248,5 = 256 Н/мм 2 предполагая что m<3 мм,Для колеса[у] FО2 = 1,03 НВ2ср, (34)[у] FО2 = 1,03 221 = 227,63 Н/мм 2так как передача реверсивная уменьшаем на 25%[у] F2 = 227,63 0,75 = 170,75 Н/мм 2[у] F1 =256 0,75 = 192 Н/мм 2Составляем таблицуТаблица 2 - Механические характеристики материалов передач редуктора |
Элемент передачи | Марка материала | Dпред Sпред | Термооб работка | НRCэ НВ ср | у В | у - 1 | у Т | [у] H | [у] F | | | | | Способ заливки | | Н/мм 2 | | Червяк | Ст 40Х | 125/80 | З +ТВЧ | 45 | 900 | 410 | 750 | - | - | | Венец колеса | БрА10Ж4Н4 | - | Ц | - | 700 | - | 460 | 151 | 112 | | Шестерня | Ст 40Х | 200/125 | У | 248,5 | 900 | 410 | 750 | 456,8 | 192 | | Колесо | Ст 45Л | 315/200 | у | 221 | 680 | 285 | 440 | 456,8 | 170,75 | | | 4. Расчет закрытой червячной передачиМежосевое расстояние аW, мм определяем по формулеаW = 61 , (35)где Т2 - вращающий момент на валу червячного колеса, Т2 = 231,16 НмаW = 61 = 132,029 ммПринимаем по ГОСТ аW = 140 ммЧисло витков червяка при Uч = 16 (стр.21 [2]) принимаем Z = 2.Число зубьев червячного колеса Z2, определяем по формулеZ2 = Z1 Uч, (36)Z2 = 2 16 = 32Принимаем Z2 = 32Модуль зацепления m, мм определяем по формулеm = (1,4…1,7) аW / Z2, (37)m = (1,4…1,7) 140/32 = (6,56….7,43) ммОкругляем в большую сторону m =7 мм.Коэффициент диаметра червяка q, определяем по формулеq = (2 аW/m) - Z2, (38)q = (2 140/7) - 32 = 8Принимаем q = 8Коэффициент смещения инструмента х, определяем по формулеХ = (аW/ m) - 0,5 (q + Z2), (39)Х = (140/4) - 0,5 (8 + 32) = 0 > - 1, условие не выполняетсяФактическое передаточное число Uф, определяем по формулеUф = Z2/Z1,Uф = 32/2 = 16 (40)Отклонение ДUф = 100% (Uф - U) / U = 0% < 4%Фактическое межосевое расстояние аWф, мм определяем по формулеаWф = 0,5 m (q + Z2 + 2 Х), (41)аWф = 0,5 7 (8 + 32 + 2 0) = 140 ммДелительный диаметр червяка d1, мм определяем по формулеd1 = q m, (42)d1 = 8 7 = 56 ммНачальный диаметр червяка dW1, мм определяем по формулеdW1 = m (q + 2 Х), (43)dW1 = 7 (8 + 2 0) =56 ммДиаметр вершин витков червяка d а1, мм определяем по формулеd а1 = d1 + 2 m, (44)d а1 = 56 + 2 7 = 70 ммДиаметр впадин витков червяка d F1, мм определяем по формулеd F1 = d1 - 2.4 m, (45)d F1 = 56 - 2,4 7 = 39,2 ммДелительный угол подъема линии витков червяка Y, o определяем по формулеY = arctg (Z1 /q), (46)Y = arctg (2/8) =14 o03 /Длина нарезаемой части червяка b1, мм определяем по формулеb1 = (10 + 5,5 |Х| + Z1) m + С, (47)где Х = 0, С = 0b1 = (10 + 5,5 |0| + 2) 7 + 0 = 84 ммДелительный диаметр червячного колеса d2, мм определяем по формулеd2 = d W 2 = m Z2, (48)d2 = d W 2 = 7 32 = 224 ммДиаметр вершин зубьев червячного колеса d а2, мм определяем по формулеd а2 = d2 + 2 m (1 + Х), (49)d а2 = 224 + 2 7 (1 + 0) = 238 ммНаибольший диаметр червячного колеса d АМ, мм определяем по формулеd АМ ? d а2 + 6 m / (Z1 + 2), (50)d АМ ? 238 + 6 7/ (2 + 2) = 248,5 ммДиаметр впадин зубьев червячного колеса d F2, мм определяем по формулеd F2 = d2 - 2 m (1,2 - Х), (51)d F2 = 224 - 2 7 (1,2 - 0) = 207,2 ммШирину венца червячного колеса b2, мм, при Z1 =2, определяем по формулеb2 = 0,355 аW, (52)b2 = 0,355 140 = 49,7 ммПринимаем b2 = 48 ммРадиусы закруглений зубьев червячного колеса Rа и RF, мм определяем по формуламRа = 0,5 d1 - m, (53)Rа = 0,5 56 - 7 = 21 ммRF = 0,5 d1 + 1,2 mRF = 0,5 56 + 1,2 7 = 36,4 мм (54)Условный угол обхвата червяка венцом колеса определяем по формулеsin у = b2/ (d а1 - 0,5 m), (55)sin у = 48/ (70-0,5 7) = 0,721805Угол у = 46 o 12, 2 у = 92 o24/< 120 оКоэффициент полезного действия червячной передачи ?, определяем по формуле? = tgY/ tg (Y + ц), (56)где ц - угол трения зависящий от скорости скольжения.Скорость скольжения Vs, м/с определяем по формулеVs = Uф щ2 d1 / (2 cos y 10 3), (57)Vs = 16 9,39 56/ (2 cos (14 o 03 /) 1000) = 4,34 м/сПо таб.4.9 c 74 [1] выбипаем ц = 1 o50 /.Тогда по формуле (56)? = tg (14 o 03 /) / tg (14 o 03 /+ 1 o 50 /) = 0,9Проверим контактные напряжения зубьев колесау H = 340 < [у] H, (58)где К - коэффициент нагрузки, зависящий от окружной скорости, К = 1Окружную силу на колесе Ft2, кН определяем по формулеFt2 = 2 T2 10 3/d2, (59)Ft2 = 2 231,16 1000/224 = 2,0639 кНОкружную скорость червячного колеса Vs, м/с определяем по формулеVs = щ2 d2/ (2 10 3), (60)Vs = 9,39 224/2 10 3 = 1,05 м/с < 3 м/сНайденные значения подставляем в формулу (58)у H = 340 = 137,91 Н/мм 2 < [у] H = 151 Н/мм 2Недогруз 100% ([у] H - у H) / [у] H100% (151 - 137,9) / 151 = 8,67% < 15% условие выполняется.Проверим напряжения изгиба зубьев колесау F = 0,7 YF Ft 2 K/ (b2 m) < [у] F, (61)где YF - коэффициент формы зуба колеса, определяемый по таб.4.10 [1] в зависимости от эквивалентного числа зубьев.Эквивалентное число зубьев Zх 2, определяем по формулеZх 2 = Z2/ (cos y) 3, (62)Zх 2 = 32/ cos 3 (14 o 03 /) = 35,05Тогда YF = 1,64.Подставляем найденные значения в формулу (61)у F = 0,7 1,64 2063,9 1/ (48 7) = 7,05 Н/мм 2 < [у] F = 112 Н/мм 2При проверке на прочность получаем у H < [у] H, у F < [у] F, следовательно, рассчитанная червячная передача соответствует рабочим нагрузкам.Таблица 3 - Параметры червячной передачи|
Межосевое расстояние аW= 140 мм Модуль m = 7 мм | | Червяк | Колесо | | Параметр | Знач. | Параметр | Знач. | | Делительный диаметр d1, мм | 56 | Делительный диаметр d2, мм | 224 | | Начальный диаметр d W 1,, мм | 56 | Диаметр вершин зубьев d а2, мм | 238 | | Диаметр вершин витков d а1, мм | 70 | Наибольший диаметр колеса d АМ, мм | 248,5 | | Диаметр впадин витков d F1, мм | 39,2 | Диаметр впадин зубьев d F2, мм | 207,2 | | Делительный угол подъема линии витков Y | 14 o 03 / | Ширина венца при b2, мм | 48 | | Длина нарезаемой части червяка b1, мм | 84 | Радиусы закруглений зубьев Rа, мм RF, мм | 21 36,4 | | КПД червячной передачи з | 0,9 | Условный угол обхвата червяка венцом колеса 2 у | 92 o28 / | | Контактные напряжения зубьев колеса у H, Н/мм 2 | 137,91 | Напряжения изгиба зубьев колеса у F, Н/мм 2 | 7,05 | | | 5. Расчет открытой косозубой зубчатой передачиПроектный расчетМежосевое расстояние аW, мм определяем по формулеаW ? Ка (U + 1) , (63)где Ка - вспомогательный коэффициент для косозубых передач, Ка = 43;ша - коэффициент ширины венца колеса, при консольном расположении колеса ша = 0,2……0,25принимаем ша = 0,25;U - передаточное число, U2 = 2,5;Т - вращающий момент на валу ведущей звездочки, Т3 =543,51 Н м;[у] H - среднее допускаемое контактное напряжение, [у] H = 456,8 Н/мм 2;КH - коэффициент неравномерности нагрузки по длине, КH = 1,05.аW ? 43 (2,5 + 1) = 174,65 ммОкругляем расчетное межосевое расстояние до стандартного аW = 180 мм.Модуль зацепления m, мм определяем по формулеm ? 2 Km T3 10 3/ (d2 b2 [у] F), (64)где Km - вспомогательный коэффициент, Km = 5,8.Делительный диаметр колеса d2, мм определяем по формулеd2 = 2 аW U1 / (U1 + 1), (65)d2 = 2 180 2,5/ (2,5 + 1) = 257,14 ммШирину венца b2, мм определяем по формулеb2 = ша аW, (66)b2 = 0,25 180 = 50,4 ммПодставляем найденные значения в формулу (64)m ? 2 5,8 543,51 10 3/ (257,14 50,4 170,75) = 2,85 ммПринимаем m =3 мм.Угол наклона зубьев вмин, о определяем по формулевмин = arcsin (3,5 m / b2), (67)вмин = arcsin (3,5 3/50,4) = arcsin (0, 20833) = 12 о02 /Числа зубьев шестерни Z1 и колеса Z2: определяем по формуламZ1 = Z / (1 + U1), (68), Z1 = 117/ (1 + 2,5) = 33,43Принимаем Z1 = 33Z2 = Z - Z1,Z2 = 117 - 33 = 84Суммарное число зубьев Z определяем по формулеZ = 2 аW cos вмин / m, (69)Z = 2 180 0,9781/3 = 117,37Принимаем Z = 117Уточненный угол в, о определяем по формулев = arcos (Z m /2 aW), (70)в = arcos (117 3/2 180) = 12 о 51 /Фактическое передаточное число Uф и его отклонения от заданного ДU определяем по формуламUф = Z2/ Z1, (71), Uф = 84/33 =2,55ДU = (Uф -U) 100% / U 4%, (72)ДU = (2,55 - 2,5) 100% / 2,5 = 1,82% 4%Фактическое межосевое расстояние аW, мм определяем по формулеаW = (Z1 + Z2) m/ (2 cos в), (73)аW = (33 + 84) 3/ (2 0,9781) = 180 ммДелительный диаметр шестерни d1, мм определяем по формулеd1 = m Z1/cos в, (74)d1 = 3 33/0,9781 = 101,5 ммДиаметр вершин зубьев шестерни dа1, мм определяем по формулеdа1 = d1 + 2 m,dа1 = 101,5 + 2 3 = 107,5 мм (75)Диаметр впадин зубьев шестерни df1, мм определяем по формулеdf1 = d1 - 2,4 m, (76)df1 = 101,5 - 2,4 3 =94,3 ммШирина венца шестерни b1, мм определяем по формулеb1 = b2 + 4, (77)b1 = 50 + 4 = 54 ммПринимаем b1 = 54 мм.Делительный диаметр колеса d2, мм определяем по формулеd2 = m Z2/cos в, (78)d2 = 3 84/0,9781 = 258,5 мм.Диаметр вершин зубьев колеса dа2, мм определяем по формулеdа2 = d2 + 2 m, (79)dа2 = 258,5 +2 3 = 264,5 ммДиаметр впадин зубьев колеса df2, мм определяем по формулеdf2 = d2 - 2,4 m, (80)df2 = 258,5 - 2,4 3 = 251,3 ммШирина венца колеса b2, мм определяем по формулеb2 = ша аW, (81)b2 = 0,25 180 = 50,4 ммПринимаем b2 = 50 мм.Проверочный расчетПроверим контактные напряжения зубьев колесау H = 376 [у] H, (82)где КH - коэффициент нагрузки, учитывающий распределение нагрузки между зубьями по графику рис.4.2 с.63 [1], КH = 1,1;КH - коэффициент динамической нагрузки, зависящий от окружной скорости и степени точности по таб.4.3 с.62 [1], КH = 1,1;КH - степень точности зубчатой передачи, в зависимости от окружной скорости.Окружную скорость Vs, м/с определяем по формулеVs = щ2 d2/ (2 10 3), (83)Vs = 3,75 258,5/ 2 10 3 = 0,48 м/сТогда по т.4.2 [1] - 9 КH = 1,05.Окружную силу на колесе Ft2, кН определяем по формулеFt2 = 2 T2 10 3/d2, (84)Ft2 = 2 543,51 10 3/258,5 = 4, 205 кНПодставляем найденные значения в формулу (82)у H = 376 = 434,06 Н/мм 2у H = 434,06 Н/мм 2 < [у] H = 456,8 Н/мм 2Недогруз 100% ([у] H - у H) / [у] H100% (456,8 - 434,06) / 456,8 = 4,98% < 10%, что допустимо.Проверим напряжения изгиба зубьев колесау F2 = YF2 Y Ft 2 KF КF КF/ (b2 m) < [у] F2, (85)у F1 = у F2 YF1/YF2 < [у] F1, (86)где KF - коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями для степениточности 9 с.63 [1], KF = 1,1;КF - коэффициент неравномерности нагрузки по длине зуба, КF = 1,05;КF - коэффициент динамической нагрузки, зависящий от окружной скорости и степениточности по таб.4.3 с.62 [1], КF = 1,01;YF1 и YF2 - коэффициенты формы зуба колеса определяемый по таб.4.4 с.64 [1] взависимости от эквивалентного числа зубьевZх 1 = Z1/ (cos в) 2, (87)Zх 1 = 33/0,9781 2 = 34,71Zх 2 = Z2/ (cos в) 3, (88)Zх 2 = 84/0,9781 3 = 90,6Тогда по таб.4.4 с.64 [1] YF1 =3,75 и YF2 =3,60.Коэффициент учитывающий наклон зуба Y, определяем по формулеY = 1 - в о/140, (89)Y = 1 - 12 о51 // 140 = 0,91Тогда по формуле (85) и (86)у F2 = 3,6 0,91 4205,73 1,1 1,05 1,01/ (50 3) = 103,59 Н/мм 2< [у] F = 170,75 Н/мм 2у F1 = 103,59 3,75/ 3,6 = 107,91 Н/мм 2 < [у] F1 =192 Н/мм 2При проверке на прочность определили что, рассчитанная передача соответствует рабочим нагрузкам.Межосевое расстояние аW, мм определяем по формулеаW = (d1 + d2) / 2, (90)аW = (101,5 + 258,5) /2 = 180 ммПригодность заготовок шестерни и колеса определяем по формуламУсловие пригодности Dпред > Dзаг, Sпред > SзагDзаг1 = dа1 + 6, (91)Dзаг1 =107,5 + 6 =113,5 мм < 125 мм - пригодноDзаг2 = dа2 = 264,5 мм - без ограниченийSпред = 80 мм > Sзаг = b2 + 4 = 54 ммСоставим таблицуТаблица 4 - Параметры косозубой открытой передачи|
Открытая косозубая передача | | Параметр | Значение | | | Шестерня | Колесо | | Межосевое расстояние, аW (мм) | 180 | | Модуль зацепления, m (мм) | 3 | | Угол наклона зубьев, во | 12 о51 / | | Числа зубьев Zi | 33 | 84 | | Делительный диаметр, di (мм) | 101,5 | 258,5 | | Диаметр вершин dаi (мм) | 107,5 | 264,5 | | Диаметр впадин dFi (мм) | 94,3 | 251,3 | | Ширина венца b, (мм) | 54 | 50 | | Контактные напряжения зубьев, Н/мм 2 | 434,06 | | Напряжения изгиба зубьев, Н/мм 2 | 103,59 | 107,91 | | | 6. Нагрузки валов редуктораСилы в зацеплении закрытой червячной передачи.Окружную силу Ft1 и Ft2, кН определяем по формулеFt1 = 2 T1 10 3/d1, (92)Ft1 = 2 14,59 10 3/56 = 0,521 кНFt2 = 2 T2 10 3/d2, (93)Ft2 = 2 231,16 10 3/224 =2,06 кНРадиальную силу Fr1 и Fr2, кН определяем по формулеFr1 = Fr2 = Ft2 tg б, (94), Fr1 = Fr2 = 2,06 0,3639 = 0,75 кНОсевую силу Fа1 и Fа2, Н определяем по формулеFа1 = Ft2 = 2,06 НFа2 = Ft1 = 0,521 НСилы в зацеплении открытой зубчатой косозубой передачиОкружную силу Ft3 и Ft4, кН определяем по формулеFt3 = Ft4 = 2 T3 10 3/d2, (95)Ft3 = Ft4 = 2 543,51 10 3/258,5 = 4,2 кНРадиальную силу Fr3 и Fr4, кН определяем по формулеFr3 = Fr4 = Ft4 tg б /cos в, (96)Fr3 = Fr4 = 4,2 0,3639/0,9781 = 1,56 кНОсевую силу Fа3 и Fа4, Н определяем по формулеFа3 = Fа4 = Ft4 tg в, (97)Fа3 = Fа4 = 4,2 0,229 = 0,96 НКонсольные нагрузки. На быстроходном валу (червяка) от поперечных усилий муфтыFм = 100 , (98)Fм = 100 = 416 Н7. Разработка эскизного проектаМатериал валов Ст 35 твердостью ? 350 НВ2, термообработка - улучшение; по таб.3.2 [1] у в = 550Н/мм 2, уТ = 270 Н/мм 2, у-1 = 235 Н/мм 2, принимаем для вала-червяка ф-к = 10 Н/мм 2, для тихоходного вала ф-к = 20 Н/мм 2Определение геометрических параметров валов.Быстроходный вал:Диаметр вала под полумуфту d1, мм определяем по формулеd1 , (99)d1 = 19,39 ммПринимаем d1 = 20 мм.Диаметр второй ступени вала под подшипник d2, мм определяем по формулеd2 = d1 + 2 t, (100)d2 = 20 + 2 2 = 24 ммПринимаем d2 =25 мм.Диаметр третьей ступени d3, мм определяем по формулеd3 = d2 + 3,2 r, (101)d3 = 25 +3,2 1,6 = 30,12 мм < dfПринимаем d3 = 30мм.Тихоходный вал:Диаметр вала первой ступени d1, мм определяем по формулеd1 , (102)d1 = 38,66 ммПринимаем d1 =39 ммДиаметр второй ступени вала под подшипник d2, мм определяем по формулеd2 = d1 + 2 t, (103)d2 = 39 + 2 2 = 43 ммПринимаем d2 = 45 мм.Диаметр третьей ступени d3, мм определяем по формулеd3 = d2 + 3,2 r, (104), d3 = 45 + 3,2 1,6 = 50,12 ммпринимаем d3 = 50 мм.Вал ведущего барабана:Диаметр вала первой ступени d1, мм определяем по формулеd1 , (105)d1 = 51,41 мм,Принимаем d1 = 52 мм.Диаметр второй ступени вала под подшипник d2, мм определяем по формулеd2 = d1 +2 t, (106)d2 = 52 + 2 2,8 = 57,6 мм,Принимаем d2 =58 мм.Диаметр третьей ступени d3, мм определяем по формулеd3 = d2 + 3,2 r, (107)d3 = 58 + 3,2 3 = 67,6 ммПринимаем d3 = 68 мм.Расстояние между деталями передач.Зазор между вращающимися деталями редуктора и стенка корпуса а, мм определяем по формулеа = + 4, (108)где L - наибольшее расстояние между внешними поверхностями деталей передача = + 4 = 11,14 ммПринимаем а = 11 мм.Расстояние между дном корпуса и поверхностью червяка b, мм определяем по формулеb > 4 а, (109)b = 4 11 = 44 мм8. Предварительный выбор подшипникаДля быстроходного вала выбираем роликоподшипник конический однорядный № 7205dп = 25 мм, D = 52мм, Т = 16,5 мм, е = 0,36; Y = 1,67; Сr = 23,9 кН, Сrо = 22,3 кН.Смещение точки приложения опорных реакций а, мм определяем по формулеа = 0,5 (Т + (D + dп) е/3), (110)а = 0,5 (16,5 + (25 + 52) 0,36/3) = 12,87 мм,Для тихоходного вала выбираем роликоподшипник конический однорядный № 7209dп = 45 мм, D = 85 мм, Т = 21 мм, е =0,41; Y = 1,45; Сr = 42,7 кН, Сrо = 33,4 кН.Смещение точки приложения опорных реакций определяем по формуле (110)а = 0,5 (21 + (45 + 85) 0,41/3) = 19,38 мм,Для вала ведущей звездочки выбираем роликоподшипник конический однорядный № 7310dп = 50 мм, D = 90 мм, Т = 22 мм, е = 0,37; Y = 1,60; Сr = 52,9 кН, Сrо = 40,6 кН.Смещение точки приложения опорных реакций определяем по формуле (110)а = 0,5 (22 + (50 + 90) 0,37/3) = 19,63 мм,9. Выбор муфтыДля соединения выходных концов вала электродвигателя и быстроходного вала редуктора, установленных на общей раме выберем:Втулочно-пальцевую муфту 31,5-15 - I.I. - 18-II.2-У3 ГОСТ 21424-75, Дr = 0,2.Радиальная жесткость упругой втулочно-пальцевой муфты СДr = 2140 Н.Радиальная сила, Fм, кН вызванная радиальным смещением определенным по соотношениюFм = СДr Дr, (111)Fм = 21400,2 = 0,428 кН10. Определение реакций в опорах подшипников валовОпределение опорных реакций и построение эпюр изгибающих моментов и поперечных сил.Быстроходный вал. Исходные данные: Ft1 = 0,521 кН; Fr1 = 0,75 кН; Fа1 = 2,06 кН; Fм = 0,428 кН; КНL1 =100 мм; L2 = 80, мм; L3 = 80 мм; d1 = 56 мм.?Fx = 0; Rаx + Rвx + Ft1 + Fм = 0, (112)?Fy = 0; Rаy + Rвy - Fr1 = 0, (113)?Fz = 0; Fа1 - Rаz = 0,?Mдx = 0; Rаy (L2 + L3) - Fr1 L3 + Fа1 d1 /2 = 0, (114)?Mдy = 0; - Rаx (L2 + L3) - Ft1 L3 - Fм (L2 + L3 + L1) = 0, (115)Из уравнения (114)Rаy = (Fr1 L3 - Fа1 d1 /2) / (L2 + L3) = (0,75 80 - 2,06 56/2) /160 = 0,015 кНИз уравнения (115)Rах = ( - Ft1 L3 - Fм (L2 + L3 + L1)) / (L2 + L3)Rах = (-0,521 80 - 0,428 260) /160 = - 0,96 кНТогдаRвx = - Rаx - Ft1 - Fм = 0,96 - 0,521 - 0,428 = 0,011 кН.Rвy = Fr1 - Rаy = 0,75 - 0,015 = 0,735 кН.M1x = Rау L2 = 0,015 80 = 1,2 Нм;M1x/ = Rаy L1 + Fа1 d1 /2 = 1,2 + 2,06 56/2 = 58,88 НмMау = - Fм L1 = 0,428 100 = - 42,8 НмM1у = - Fм (L1 + L2) - Rах L2 = - 0,428 180 + 0,96 80 = - 0,24 НмRa = = = 2,27 кНRв = == 0,74 кНMмакс = = = 58,9 НмТихоходный вал.Исходные данные Ft2 = 2,06 кН; Fr2 = 0,75 Н; Fа2 = 0,521 Н; Ft3 = 4,2 кН; Fr3 = 1,56 кН; Fа3 = 0,96 кН; L1 = 40 мм; L2 = 40 мм; L3 =100 мм; d2 = 224 мм; d3 = 101,5 мм.?Fx = 0; Rсx + Rдx + Ft2 + Ft3 = 0, (115)?Fy = 0; Rсy + Rдy - Fr3 + Fr2 =0, (116)?Fz = 0; Fа3 - Fа2 - Rсz = 0,Rсz = Fа3 - Fа2 = 0,96 - 0,521 = 0,439 кН?Mдx = 0; Rсy (L2 + L1) + Fr2 L2 + Fr3 L3 + Fа2 d2 /2 + Fа3 d3 /2 = 0, (117)?Mдy= 0; - Rсx (L2 + L1) - Ft2 L2 + Ft3 L3 = 0, (118)Из уравнения (117)Rсy = - (Fr2 L2 + Fr3 L3 + Fа2 d2 /2 + Fа3 d3 /2) / (L2 + L1)Rсy = - (0,75 40 + 1,56 100 + 0,521 224/2 + 0,96 101,5/2) / (40 + 40) = - 3,66 кНИз уравнения (118)Rсх = ( - Ft2 L2 + Ft3 L3) / (L2 + L1),Rсх= (-2,06 40 + 4,2 100) /80 = 4,22 кНТогдаRдx = - (Rсx + Ft2 - Ft3) = - (4,22 + 2,06 - 4,2) = - 2,08 кНRдy = Fr3 - Fr2 - Rсy = 1,56 - 0,75 + 3,66 = 4,47 кНM1x = Rсу L1 = - 3,66 40 = - 146,4 НмM1x/ = Rсy L1 + Fа2 d2 /2 = - 146,4 + 0,521 24/2 = - 88 НмMдx = Rсy (L2 + L1) + Fr2 L2 + Fа2 d2 /2 = - 3,66 80 + 0,75 40 + 0,521 40/2 = - 252,38 НмM2x = - Fа3 d3 /2 = - 0,96 101,5/2 = - 48,72 НмM1у = - Rсх L1 = - 4,22 40 = - 168,8 НмMду = - Rсx (L2 + L1) - Ft2 L2 = - 4,22 80 - 2,06 40 = - 420 НмM2у = 0,Rс = == 5,6 кНRд = == 4,93 кНMмакс = = = 490 НмMк = 444,31 Нм11. Проверочный расчет валовПределы выносливости в расчетном сечении вала (у-1) d и (ф - 1) d, Па определяем по формуле(у-1) d = у-1/ (К у) d, (119)(ф - 1) d = ф - 1/ (К ф) d, (120)где у-1 и ф - 1 - пределы выносливости гладких образцов при симметричном цикле изгиба икручения, Па; для материала Ст 20 у-1 = 260 МПа, ф - 1 = 150,8 МПа.Коэффициенты концентрации нормальных напряжений К у) d и касательных напряжений (К ф) d для расчетного сечения вала определяем по формуле(К у) d = ( (К у / К d ) + К F - 1) /Ку, (121)(К ф) d = ( (К ф/ К d ) + К F - 1) /Ку, (122)где К у и К ф - эффективные коэффициенты концентрации напряжения, К у = 1,55 и К ф = 1,4Кd - коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения, Кd = 0,88Ку - коэффициент влияния поверхностного упрочнения, Ку = 1,25К F - коэффициент, К F = 1,05.Коэффициенты определяем по т.11.2 - 11.5 с.257 [1] э(К у) d = ( (1,55/0,88) + 1,05 - 1) /1,25 =1,45(К ф) d = ( (1,4/ 0,82 ) + 1,05 - 1) /1,25 = 1,4Подставляем найденные значения в формулу (119) и (120)(у-1) d = 260 /1,45 = 179,31 Н/мм 2(ф - 1) d = 150,8/1,4 =107,71 Н/мм 2Определим нормальные и касательные напряжения в опасных сечениях вала и коэффициент запаса прочности в опасном сечении:у = Ммакс 10 3/Wнетто, (123)ф = Мк 10 3/ 2 Wнетто, (124)где Ммакс - максимальный изгибающий момент в рассматриваемом сечении вала, Нм, Мк - крутящий момент, НмОсевой момент сопротивления сечения вала Wнетто, мм 3 определяем по формулеWнетто = 0,2 D 3, (125)Общий коэффициент запаса прочности в опасном сечении S, определяем по формулеS = ? [S] = 1,6……2, (126)Коэффициент запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям Sу и S ф определяем по формулеSу = у-1/у, (127)S ф = ф - 1/ф (128)Быстроходный вал:Ммакс = 58,9 Нм, Мк = 14,59 Нм, минимальный диаметр вала D = 20 ммПодставляем значения в формулу (123) и (124)у = 58,9 10 3/0,2 20 3 = 36,81 Н/мм 2ф = 14,59 10 3/ 2 0,1 20 3 = 9,11 Н/мм 2Найденные значения подставляем в формулу (127) и (128)Sу = 179,31 /36,81 = 4,87S ф = 107,71 /9,11 = 11,82Тогда по формуле (126)S = = 4,5 ? [S] = 2Тихоходный вал:Ммакс = 490 Нм, Мк = 444,31 Нм, минимальный диаметр вала D = 39 ммПодставляем значения в формулу (123) и (124)у = 490 10 3/0,2 39 3 = 41,3 Н/мм 2ф = 444,31 10 3/ 2 0,1 39 3 = 37,45 Н/мм 2Найденные значения подставляем в формулу (127) и (128)Sу = 179,31 /41,3 = 4,34S ф = 107,71 /37,45 = 2,87Тогда по формуле (126)S = = 2,4 ? [S] =212. Проверочный расчет подшипниковБыстроходный вал:роликоподшипник конический однорядный № 7205dп = 25 мм, D = 52мм, Т = 16,5 мм, е = 0,36; Y = 1,67; Сr = 23,9 кН, Сrо = 22,3 кН.Fа1 = 2,06 кН, Rа = 2,27 кН, Rв = 0,74 кН,, Lh = 8409,6 часов и щ1 = 150,2 с - 1Подшипники устанавливаем по схеме "враспор".Осевые составляющие радиальных реакций Rs2, кН и Rs1, кН определяем по формулеRs2 = Rа 0,83 е, (129)Rs2 = 2,27 0,63 0,36 = 0,514 кНRs1 = Rв 0,83 е, (130)Rs1 = 0,83 0,74 0,36 = 0,16 кНОсевые нагрузки подшипников: Rs1 > Rs2 и Fа > Rs1 - Rs2, то Rа2 = Rs2,Rа1 = Rs2 + Fа = 0,16 + 2,06 = 2,22 кНОпределяем отношениеRа1/ (V R1) = 2,22/ (1 2,27) = 0,98 > еСледовательно максимальную эквивалентную нагрузку RЕ, кН определяем по формулеRЕ2 = (V х Rа + Rа1 Y ) Кг Кт;, (131)RЕ2 = (1 0,4 2,27+ 2,22 1,67) 1,2 1,01 = 5,59 кНДинамическую грузоподъемность подшипника Сr р, кН для опоры А определяем по формулеСr р = RЕ2 , (132) Сr р = 5,59 = 40,31 кН > Сr = 23,9 кНПодшипник не пригоден.Рассмотрим установку № 7208dп = 40 мм, D = 80 мм, Т = 20 мм, е = 0,368; Y = 1,56; Сr = 42,7 кН, Сrо = 33,4 кН.RЕ2 = (1 0,4 2,27+ 2,22 1,56) 1,2 1,01 = 5,29 кНСr р1 = 5,29 = 38,14 кН < Сr = 42,7 кНПодшипник пригоден.Тихоходный вал:роликоподшипник конический № 7209dп = 45 мм, D = 85 мм, Т = 21 мм, е = 0,41; Y = 1,45; Сr = 42,7 кН, Сrо = 33,4 кН.?Fz = Fа3 - Fа2 = 0,96 - 0,521 = 0,44 кН, Rс = 5,6 кН, Rд = 4,93 кН, Lh = 8409,6 часов и щ2 = 9,39 мин - 1Подшипники устанавливаем по схеме "враспор".Осевые составляющие радиальных реакций Rs2, кН и Rs1, кН определяем по формулеRs1 = R1 0,83 е, (133)Rs1 = 0,83 5,6 0,37 = 1,72 кНRs2 = R2 0,83 е, (134)Rs2 = 0,83 4,93 0,37 = 1,51 кНОсевые нагрузки подшипников: Rs1 > Rs2 и Fа > Rs1 - Rs2, то Rа1 = Rs2,Rа1 = Rs2 + Fа = 1,51 + 0,44 = 1,95 кНОпределяем отношениеRа1/ (V Rс) = 1,95/ (1 5,6) = 0,348 < еСледовательно максимальную эквивалентную нагрузку RЕ, кН определяем по формулеRЕ1 = V Rс Кг Кт, (135)RЕ1 = 1 5,6 1,2 1,01 = 6,8 кНДинамическую грузоподъемность подшипника Сr р, кН для наиболее нагруженной опоры С определяем по формулеСr р2 = RЕ1 , (136) Сr р1 = 6,8 = 21,34 кН > Сr = 35,2 кНПодшипник пригоден13. Проверочный расчет шпонокУсловие прочностиу = Ft/ Асм ? [у] см, (137)где Ft - окружная сила, Н; Ft = 0,521 кН,[у] см - допускаемое напряжение на смятие, Н/мм 2; [у] см = 115 Н/мм 2.Для быстроходного вала выбираем шпонку 6х6х15 ГОСТ 23360-78.Площадь смятия Асм, мм 2 определяем по формулеАсм = (0,94 h - t1) lр,, (138)Асм = (0,94 6 - 3,5) 15 = 32,1 мм 2Подставляем значения в формулу (137)у = 521/32,1 = 16,23 ? [у] см = 115 Н/мм 2Условие выполняется.Для тихоходного вала выбираем шпонку 12х8х20 ГОСТ 23360-78Площадь смятия Асм, мм 2 определяем по формуле (138)Асм = (0,94 8 - 5) 20 = 50,4мм 2Ft = 4,2 кНПодставляем значения в формулу (137)у = 4,2 1000/50,4 = 83,33 ? [у] см = 115 Н/мм 2Условие выполняется.14. Смазывание деталей редуктораСмазывание червячной передачи редуктора жидким маслом картерным непроточным способом.Выбор сорта масла зависит от значения расчетного контактного напряжения в зубьях и фактической окружной скорости колес по таб.10.29. [1] выбираем индустриальное масло без присадок И-Т-Д-220 ГОСТ 17479.4-87Для смазывания открытой зубчатой передачи и цепной передачи применяем периодический способ вязкими маслами, которые наносят на зубья через определенные промежутки времени.РАЗБОРКА И СБОРКА РЕДУКТОРА.До начала ремонта редуктора следует отключить от электросети, очистить от грязи и стружки, а масло из картера слить (выкручиваем пробку поз.17). Кроме того перед началом ремонтных работ необходимо подготовить: слесарный инструмент, оснастку для демонтажа и съемники.Прежде чем производить разборку редуктора необходимо рассоединить полумуфты поз. 19 эл. двигателя от редуктора. Редуктор при возможности не отсоединяем от фундамента.Разборку начинаем с откручивания пробки поз.4, выкручиваем винты поз. 20, убираем шайбы поз.25 и снимаем крышку поз.6. Затем откручиваем болты поз. 19 с крышек поз.8 и 10, снимаем крышку глухую поз.8 и крышку 10. Далее выкручиваем остальные болты поз. 19 с крышек поз.5, 15,7. Снимаем крышку глухую поз.5, крышку поз.15 и крышки поз.7. Демонтируем вал поз.14 с колесом червячным поз.1 и подшипниками 7209А поз.24 вместе с червяком поз.2 с подшипниками 7208А поз.23 постепенно (т.е. прокручиваем червяк и одновременно вытаскиваем его из корпуса поз.3 и затем вал с червячным колесом). После этого валы промываем, очищаем и вытираем на сухо.С червяка поз.2 демонтируем подшипники поз.23 и шпонку поз.27.С вала поз.14 демонтируем подшипники поз.24, втулку поз.16, червячное колесо поз.1 и шпонки поз.28 и 29.Вал, подшипники, червяк и червячное колесо очищают, промывают. вытирают на сухо и проверяют их тех. состояние при необходимости их заменяют на новые, а если они ремонтопригодные, то их ремонтируют. Шпонки заменяют на новые. Манжеты поз.21 и 22 в крышках поз 10 и 15 заменяют на новые. Корпус поз.3 очищают, промывают и вытирают на сухо.Подшипники, червячное колесо демонтируют специальными предусмотренными приспособлениями (съемниками).Снятые узлы и крупные детали храним на деревянных подкладках, в специально отведенных местах. Крепежные мелкие детали необходимо хранить на специальных стеллажах.Редуктор собирают по схеме разборки, устанавливая необходимые зазоры в зубчатом зацеплении, в подшипниках и т.д.Список литературы1. Анурьев П.Ф. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3т.6-е изд. - М.: Машиностроение, 1982. 2. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. Учеб. Пособие для машиностроит. Спец. Вузов. - 4-е изд., перераб. И доп. - М.: Высш. шк., 1985 - 416 с., ил. 3. Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. Пособие для техникумов. - М.: Высш. шк., 1991. - 432 с.: ил.
| |