Курсовая на тему Расчет червячного редуктора
Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2013-11-02Поможем написать учебную работу
Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
от 25%
договор
Поз. обозн. |
Изм. |
Лист |
|
Подпись |
а |
Лист |
2 |
|
Разраб. |
|
Провер. |
|
Реценз. |
|
Н. Контр. |
|
Утверд. |
. |
|
Лит. |
Листов |
2 |
|
Наименование |
Примечание |
Кол. |
|
|
|
|
Рым-болт М16 |
1 |
2 |
ГОСТ4751-52 |
Крышка прижимная |
2 |
2 |
ГОСТ18511-73 |
Прокладки регулировочные |
3 |
|
Набор |
Смотровое отверстие - отдушина |
4 |
1 |
Узел |
Роликовый конический подшипник 7220 |
5 |
2 |
ГОСТ333-71 |
Роликовый конический подшипник 7219 |
6 |
2 |
ГОСТ333-71 |
Крышка прижимная |
7 |
2 |
ГОСТ18513-73 |
Червяк |
8 |
1 |
Сталь 45 |
Болт М12 х 25 |
9 |
24 |
ГОСТ7798-62 |
Крышка редуктора |
10 |
1 |
Чугун Сч 15-32 |
Крышка корпуса |
11 |
1 |
Чугун Сч 15-32 |
Маслоуказатель жезловый |
12 |
1 |
Сталь 45 |
Пробка маслоспускная М20 х 1,5 |
13 |
1 |
СТП С25-4 |
Кольцо упорное 95 х 115 х 10 |
14 |
2 |
Сталь 45 |
Шпонка призматическая 20 х 12 х 125 |
15 |
1 |
СТ СЭВ 189-75 |
Шпонка призматическая 28 х 16 х 140 |
16 |
1 |
СТ СЭВ 189-75 |
Шпонка призматическая 25 х 14 х 125 |
17 |
1 |
СТ СЭВ 189-75 |
Вал |
18 |
1 |
Сталь 45 |
Колесо червячное |
19 |
1 |
Узел |
Гайка М18 |
20 |
4 |
ГОСТ 5915-62 |
Гайка М12 |
21 |
4 |
ГОСТ 5915-62 |
Шайба пружинная 18.65Г.05 |
22 |
4 |
ГОСТ 6402-70 |
Шайба пружинная 12.65Г.05 |
23 |
28 |
ГОСТ 6402-70 |
Штифт установочный 10 х 50 |
24 |
2 |
ГОСТ 3129-46 |
Болт М12 х 80 |
25 |
4 |
ГОСТ7798-62 |
Болт М18 х 195 |
26 |
4 |
ГОСТ7798-62 |
Болт М10 х 35 |
27 |
6 |
ГОСТ7798-62 |
Шайба пружинная 10.65Г.05 |
28 |
6 |
ГОСТ 6402-70 |
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Шуйский государственный педагогический университет»
Кафедра технологии
КурсовОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине «Детали машин»
Тема:
Расчет и проектирование
червячного редуктора
Работу выполнил:
студент 4 курса МТФ ФТО (ОЗО) Иванов И.И.
Научный руководитель:
Петров П.П.
г. Шуя
2006 год
Содержание.
1. Введение
2. Задание на проектирование
3. Предварительный расчет привода:
а) Выбор двигателя
б) Определение передаточного числа привода и его ступеней
в) Определение силовых и кинематических параметров привода
4. Расчет червячной передачи
а) Силы, действующие в зацеплении червячной передачиб) Проверка червяка на прочность и жесткость
в) Предварительный расчет валов
г) Эскизная компоновка и предварительные размеры
д) Подбор подшипников
е) Подбор шпонок
5. Конструирование корпуса
а) Выбор арматуры. Компоновка редуктора
б) Компоновка узла червячного колеса
в) Смазка зацепления и подшипников
г) Тепловой расчет редуктора
д) Посадки основных деталей
6. Список использованной литературы
Введение.
Обычно ведущее звено червячной передачи — червяк, но существуют механизмы, в которых ведущим звеном является червячное колесо.
Достоинства червячных передач: компактность конструкции и возможность получения больших передаточных чисел в одноступенчатой передаче (до U = 300 и более); высокая кинематическая точность и повышенная плавность работы; малая интенсивность шума и виброактивности; возможность обеспечения самоторможения.
Недостатки червячных передач: значительное геометрическое скольжение в зацеплении и связанные с этим трение, повышенный износ, склонность к заеданию, нагрев передачи и сравнительно низкий КПД (от η = 0,5 до 0,95); необходимость применения для ответственных передач дорогостоящих и дефицитных антифрикционных цветных металлов. Указанные недостатки ограничивают мощность червячных передач (обычно до 60 кВт).
Червячные передачи находят широкое применение, например, в металлорежущих станках, подъемно-транспортном оборудовании, транспортных машинах, а также в приборостроении.
№/зачетки: хххх97
№/задания: табл.7; вар.9
Задание на проектирование.
1 – электродвигатель, 2 – упругая муфта, 3– червячный редуктор, 4 – цепная передача, 5 – ведущий барабан конвейера.
Исходные данные: Ррм =14кВт. – мощность на валу рабочей машины.
10*
Предварительный расчет привода.
Выбор двигателя.
Дополнительно примем: нагрузка постоянная, нереверсивная, технический ресурс передачи Lh =20000 ч.
Определим общий коэффициент полезного действия (КПД) привода:
η обш= η ч * ηп * η м* η ц , где
η ч = 0,83 – КПД червячной передачи (среднее значение), [№1, табл 1.1]
η п = 0,99 – КПД подшипников качения ( 2 пары), [№1, табл 1.1]
η м = 0,99 – КПД муфты, [№2, с.346 ]
η ц = 0,98 – КПД цепной передачи. [№1, табл 1.1]
η = 0,83 * 0,992 * 0,99 * 0,98 = 0,7892412066
Определим требуемую мощность двигателя:
Рдв = Ррм / η [№2 с.113]
Рдв = 14 / 0,7892412066 = 17,73855683526кВт.=17,74кВт.
Выбираем тип двигателя [№5, табл. 22.4, стр.38], с учетом Р ном ³ Рдв , Рном = 22 кВт.
Двигатель асинхронный короткозамкнутый трехфазный общепромышленного применения, закрытый, обдуваемый, степень защиты IP54, типа 5A200L8, с частотой вращения 750 об/мин,
n ном. = 735 об/ мин.
Определение передаточного числа привода и его ступеней.
Частота вращения выходного вала редуктора:Общее передаточное число привода:
U = nном1/nрм = 735/30 =24,5
Примем Uч=20, тогда Uц=24,5/20=1,225.
По рекомендации $9 [№2, c.201] принимаем число заходов червяка Z1=2
Определение силовых и кинематических параметров привода.
Из имеющихся данных:
Ррм =14кВт; Рдв =17,74кВт;
Находим вращающий момент Т по формулам:
T=P/
Для 1-ого вала: T1= Рдв /
T1=18000/76,93= 233,98(Н*м)
Для 2-ого вала: Т2=Т1*Uч* ηред, где ηред - КПД редуктора
ηред=0,83* 0,992 =0,813
Т2=233,98*20*0,813= 3804,52(Н*м)
Для 3-ого вала (транспортера):
Т3=Т2* Uч* η ц=3804,52*1,225*0,9=4194,48(Н*м)
В результате предварительных расчетов получили:
T1= 233,98(Н*м),
Т2=3804,52(Н*м),
Т3=4194,48(Н*м),
Расчет червячной передачи.
Число зубьев червячного колеса Z2 = U*Z1 [№4 ф.1.1, с.8]
Z2 = 2*20 =40Марка материала червячного колеса зависит от скорости скольжения.
В первом приближении оцениваем скорость скольжения:
Us=
Us=
По рекомендации [№2 $9.7 и т.9.4] примем для червячного колеса алюминиевую бронзу БрАЖ9 – 4 (отливка в песок).
Для червяка принимаем сталь 45х, закаленную до твердости Н=45HRCэ, с последующим шлифованием рабочих поверхностей витков.
По таблице 8.6 [№3] находим допускаемое контактное напряжение
[s н ]=140МПа и вычисляем предварительное межосевое расстояние, приняв коэффициент нагрузки К=1 (нагрузка постоянная):
а=
а=
Определяем модуль зацепления:
m=2a/(q*Z2) [№3 с.185]
где q – коэффициент диаметра червяка
q=Z2/4 [№3 с.192]
q=40/4=10 – соответствует стандартному значению [№3 таб.8.2]
m=2*353,2/(10+40)=14,128(мм)
По ГОСТу 2144-66 [№1 с.83] ближайшее стандартное значение m=14,
тогда уточненное межосевое расстояние:
a=0,5*m*(q+Z2) [№3 с.179]
а=0,5*14*(10+40)=350(мм)
Т.к. рассчитываемый редуктор не предназначен для серийного производства и по рекомендации [№1 с.88] оставляем окончательное межосевое расстояние = 350мм.
Определим делительный угол подъема линии витка:
tgy=Z1/q [№3 с.177]
tgy=2/10=0,2
тогда
Т.к. делительный диаметр червяка:
d1 =m*q [№3 с.177]
d1 =14*10=140(мм)=0,14(м), то скорость скольжения в зацеплении
По рекомендации [№6 стр.97] назначаем для передачи 8-ю степень точности.
Проверим КПД передачи, приняв по табл.8.3 [№3 с.181] приведенный угол трения для безоловянной бронзы:
Тогда
Проверим прочность зубьев колеса на изгиб.
Определяем эквивалентное число зубьев колеса:
По табл.8.4 [№3 с.186] находим коэффициент формы зуба
По табл.8.7 [№3 с.192] находим допускаемое напряжение изгиба при нереверсивном нагружении и базе испытаний
[
Определяем заданное число циклов нагружений [№3 с.190] колеса
Вычислим коэффициент долговечности
Тогда допускаемое напряжение изгиба:
Проверим напряжение изгиба
Т.к.
Определим другие основные размеры червяка и червячного колеса.
Диаметр внешних витков: [№3 с.178]
Диаметр впадин:
Длина нарезанной части червяка (при числе заходов Z1=2):
b) Червячное колесо:
Делительный диаметр
[№3 с.178]
Диаметр вершин зубьев в среднем сечении:
Диаметр впадин в среднем сечении:
Наибольший диаметр червячного колеса:
Ширина венца:
Окончательно проверим зубья колеса на контактную усталость по условию:
и формуле:
Т.к.
По рекомендации [№1 с.251] выполним червячное колесо составным. Венец и центр литые: венец – бронза, центр – чугун СЧ15-32.
Соединение венца с центром осуществляется отливкой венца в литейную форму, в которой заранее установлен чугунный центр колеса.
Силы, действующие в зацеплении червячной передачи.
Окружная сила на червяке (Ft1) , численно равная осевой силе на червячном колесе (Fa2):
Осевая сила на червяке(Fa1), численно равная окружной силе на червячном колесе(Ft2):
Радиальная сила(Fr), раздвигающая червяк и червячное колесо:
где a – угол профиля витка червяка в осевом сечении:
Проверка червяка на прочность и жесткость.
Где: Fа – осевая сила, Ft – окружная сила, Fr – радиальная сила, Т1 – вращающий момент,
Из эпюр изгибающих моментов видно, что опасным будет сечение в середине пролета, и что результирующий изгибающий момент в этом сечении равен:
Максимальные напряжения изгиба:
Максимальные напряжения кручения:
Условие прочности:
допускаемое напряжение изгиба для стального червяка [№3 с.186]
Т.к.
Максимальный изгиб (стрела прогиба):
где
Е – модуль продольной упругости материала червяка, для стали 45х, закаленной до твердости Н=45HRCэ
Условие жесткости червяка:
Т.к.
Предварительный расчет валов.
а) Тихоходный вал.
По рекомендации $12.2 [№3 с.225], для компенсации напряжений изгиба и других неучтенных факторов принимаем для расчета значительно пониженные значения допустимых напряжений кручения. Т.о. диаметр вала определится из условия прочности:
По рекомендации [№3 с.225] принимаем материал выходного вала редуктора сталь 45, тогда
Полученное значение округляем до ближайшего стандартного значения из ряда Rа40 [№3 с.226] , тогда
Определим длину ступицы:
принимаем
По рекомендации [№4 с.53] предварительно принимаем длину выходного конца тихоходного вала
расстояние между точками приложения реакции подшипников тихоходного вала
Выполним упрощенный проверочный расчет(рекомендации [№3 с.229]) по формулам:
Из предыдущих расчетов имеем:
окружная сила –
осевая сила –
радиальная сила –
Т2=3804,52 (Н*м)
a1=а2=120 (мм)
d2=560(мм)
Приняв по табл.12.1 [№3 с.229] допускаемое напряжение
Т.к. в вместе посадки шестерни на валу будет шпоночный паз то увеличив расчетный диаметр на 10% , в результате получим dp=95(мм).
Сравнивая расчетный диаметр вала с принятым:
б) Определим размеры быстроходного вала (червяка).
Из предыдущих расчетов имеем:
расстояние между центрами приложения реакции опор подшипников
диаметр впадин
Для увеличения прочности вала примем, что червяк изготовлен как одно целое валом [№3 с.232].
Т.о.
диаметр вала вместе посадки подшипников
По рекомендации [№4 с.54] принимаем диаметр выходного вала червяка равным 0,8…1,2 диаметра вала электродвигателя [№5, табл. 22.4, стр.38], т.е.
Длину выходного вала примем
По табл. 9.2 [№2 с.203] назначаем 8 – ю степень точности.
Эскизная компоновка и предварительные размеры.
После определения размеров основных деталей выполним эскизную компоновку редуктора. Червяк и червячное колесо располагаем симметрично относительно опор и определяем соответствующие длины.
По рекомендации [№1 с.380] :
1) принимаем диаметр вала под уплотнения для подшипников:
быстроходного -
2) зазор между колесом (и другими деталями) и корпусом:
3) ширину подшипников предварительно принимаем равной их диаметру [№1 с.380], т.е.
Подбор подшипников.
Для вала червячного колеса предварительно примем роликовый конический подшипник легкой серии 7219 ГОСТ333 – 71 с размерами:
Из предыдущих расчетов имеем:
По рекомендации $13.4 [№3 с.246] проверку подшипников только по динамической грузоподъемности, по условию
Определим коэффициент
При коэффициенте вращения V=1 [№2 прим. к ф.16.29] получим
Из табл.16.5 [№2 с.335] находим коэффициенты радиальной и осевой нагрузок:
По рекомендации к формуле 16,29 [№2 с.335]:
коэффициент безопасности
температурный коэффициент
Тогда
Т.к.
Для вала червяка предварительно примем роликовый конический подшипник легкой серии 7220 ГОСТ333 – 71 с размерами:
Из предыдущих расчетов имеем:
По рекомендации $13.4 [№3 с.246] проверку подшипников только по динамической грузоподъемности, по условию
Определим коэффициент
При коэффициенте вращения V=1 [№2 прим. к ф.16.29] получим
Из табл.16.5 [№2 с.335] находим коэффициенты радиальной и осевой нагрузок:
По рекомендации к формуле 16,29 [№2 с.335]:
коэффициент безопасности
температурный коэффициент
Тогда
Т.к.
Подбор шпонок и проверочный расчет
шпоночного соединения.
Для выходного конца быстроходного вала d1вых =70(мм), передающего вращающий момент Т1=246,98(Н*м).
b=20(мм) – ширина шпонки,
h=12(мм) – высота шпонки,
t1=7,5(мм) – глубина паза на валу,
t2=4,9(мм) – глубина паза на муфте.
Радиус закругления пазов 0,3<r<0,5(мм) (интерполяция)
Учитывая длину вала и предполагаемую длину ступицы муфты = 130(мм), принимаем по СТ СЭВ 189 – 75 [№4 с.78] длину шпонки
Расчетная длина шпонки
Принимая материал шпонки сталь 45 с пределом текучести
определим допускаемое напряжение
Проверим соединение на смятие:
Т.к.
Напряжение среза
Т.к.
Для вала под ступицу червячного колеса d2ш =100 (мм), передающего вращающий момент Т2=3804,52(Н*м),
По табл. 4.1 [№4 с.78] выбираем призматическую шпонку со скругленными концами (исполнение А):
b=28(мм); h=16(мм); t1=10(мм); t2=6,4(мм); 0,4<r<0,6(мм);
Т.к.
Т.к.
Для выходного конца тихоходного вала d2ЗВ =90 (мм), передающего вращающий момент Т2=3804,52(Н*м).
Учитывая длину вала и предполагаемую длину ступицы ведущей звездочки = 130(мм): шпонка призматическая со скрученными концами, исполнение А:
b=25(мм); h=14(мм); t1=9(мм); t2=5,4(мм); 0,4<r<0,6(мм);
Т.к.
Т.к.
Конструирование корпуса. Выбор арматуры. Компоновка редуктора.
1. Для удобства сборки редуктора корпус выполняем разъемным; плоскость разъема совмещена со средней плоскостью колеса. Корпус и крышка литые из серого чугуна СЧ 15-32. При несущих корпусе и крышке корпуса толщины их стенок одинаковые. Расчетная толщина стенки
Принимаем
2. Диаметр фундаментных болтов
Принимаем
Для уменьшения габаритов и веса редуктора крышку и корпус соединяем шпильками, ввернутыми в корпус. Диаметры шпилек:
у подшипников
для соединения крышки с корпусом
Крышки подшипников при диаметрах гнезд 180 и 170 мм прикреплены каждая шестью болтами диаметром
Для снятия крышки корпуса предусмотрен отжимной болт.
Болты, шпильки и установочные штифты располагаем так, чтобы между ними (или соответствующими отверстиями для них) и ближайшей свободной поверхностью или отверстием оставалось тело толщиной не менее
оси этих деталей должны располагаться на расстояниях
3. В принятой схеме редуктора подшипники червячного колеса и червяка находятся в верхнем положении.
При такой конструкции редуктора подшипники смазываются консистентной смазкой через пресс-масленки, а так же масляным туманом, образующимся в процессе работы [№6 с.348].
4. При небольших габаритах редуктора для контроля уровня масла применен жезловой маслоуказатель, ввернутый в стенку корпуса.
5. Компоновку и недостающие размеры рассчитываем по рекомендациям [№1 с.261].
Компоновка узла червячного колеса.
1. Определяем все конструктивные размеры зубчатого венца и ступицы колеса и наносим их на чертеж по рекомендации [№1 с.261].
2. Вычерчиваем подшипники вала колеса.
3. Определяем размеры подшипниковых гнезд, крышек подшипников, уплотнений и наносим эти детали на чертеж.
4. Определяем толщину поясов, высоту бобышек для шпилек и проводим наружный контур корпуса.
Форму и размеры основания корпуса определяем конструктивно в зависимости от положения редуктора и способа его крепления к фундаменту.
Компоновка узла червячного вала.
1. Размещаем подшипники в соответствии с выбранным расстоянием между ними.
2. Определяем размеры гнезд под подшипники, крышек подшипников и уплотнений и все эти детали наносим на чертеж.
3. Обводим внутренний контур корпуса.
4. Проводим наружный контур корпуса на проекции.
Смазка зацепления и подшипников.
1. Зацепление смазывается окунанием червячного колеса в масляную ванну. Глубина окунания – 1/3 радиуса колеса [№6 с.349]. При скорости скольжения
По табл. 11.11 [№1 с.275]выбираем масло автотракторное АК - 15
2. Смазка подшипников - консистентная и масляным туманом, образующимся в процессе работы [№6 с.348]. Для конических роликоподшипников при рабочей температуре < 110° С по табл. 11.11[№1 с.277] выбираем смазку ЦИАТИМ-201.
Тепловой расчет редуктора.
Получив предварительно размеры корпуса, производим тепловой расчет редуктора. Для увеличения поверхности охлаждения корпус редуктора сделан ребристым. При данной конструкции корпуса обеспечивается достаточно хорошая циркуляция воздуха и можно принять коэффициент теплопередачи
Посадки основных деталей.
1. Согласно табл. 11.13 [№1 с.279] выбираем легкопрессовую посадку червячного колеса на вал
2. При вращающихся валах и неподвижном корпусе, в соответствии с табл. 9.7 и 9.8 [№1 с.206-207], выбираем посадки подшипников: на валы — напряженную подшипниковую (Нп), в корпус — скользящую подшипниковую (Сп).
Список использованной литературы.
1. Г.М. Ицкович и др. Курсовое проектирование деталей машин. – М.: «Машиностроение», -1970г.
2. М.Н.Иванов и др. Детали машин. – М.: Высшая школа,- 1991г.
3. А.А.Эрдели, Н.А.Эрдели. Детали машин. – М.: Высшая школа,- 2002г.
4. А.В. Кузьмин и др. Курсовое проектирование деталей машин. – Мн.: «Вышэйшая школа»,-1982г.
5. Владимирский электромоторный завод: технический каталог - 2003г.,www.vemp.ru
6. В.Н. Кудрявцев и др. Курсовое проектирование деталей машин. – Ленинград.: «Машиностроение», - 1984г.