Курсовая

Курсовая на тему Расчет и проектирование одноступенчатого зубчатого редуктора

Работа добавлена на сайт bukvasha.net: 2013-11-07

Поможем 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.

Предоплата всего

от 25%

Подписываем

договор

Выберите тип работы:

Скидка 25% при заказе до 5.4.2025


Министерство образования Республики Беларусь
Минский государственный машиностроительный колледж
Расчетно-пояснительная записка
к курсовому проекту по «Технической механике»
Тема: Расчет и проектирование одноступенчатого зубчатого редуктора
Разработал:
учащийся гр.1-Дк
Зеньков Д.И.
Минск 2005

Перечень документов
Расчетно-пояснительная записка
Сборочный чертеж одноступенчатого цилиндрического редуктора
Спецификация
Чертеж вала тихоходного
Чертеж колеса зубчатого

         Содержание
1 Краткое описание работы привода
2 Кинематический расчет привода
  2.1 Определение требуемой мощности и выбор двигателя
  2.2 Определение частоты вращения и угловой скорости каждого вала
  2.3 Определение мощностей и вращающих моментов на каждом валу
3 Расчет закрытой зубчатой косозубой передачи
  3.1 Исходные данные
  3.2 Расчет параметров зубчатой передачи
4 Расчет тихоходного вала привода
  4.1 Исходные данные
  4.2 Выбор материала вала
  4.3 Определение диаметров вала
  4.4 Эскизная компоновка вала
  4.5 Расчет ведомого вала на изгиб с кручением
5 Расчет быстроходного вала привода
  5.1 Исходные данные
  5.2 Выбор материала вала
  5.3 Определение диаметров вала
  5.4 Определение возможности изготовления вала-шестерни
  5.5 Эскизная компоновка вала
  5.6 Расчет ведомого вала на изгиб с кручением
6 Подбор подшипников быстроходного вала
7 Подбор подшипников тихоходного вала
8 Подбор и проверочный расчет шпонок быстроходного вала
9 Подбор и проверочный расчет шпонок тихоходного вала
10 Выбор сорта масла
11 Сборка редуктора
   Список использованной литературы
1 Краткое описание работы привода
Тяговым органом заданного привода является цепной конвейер В цепных передачах (рис.1, а) вращение от одного вала к другому передается за счет зацепления промежуточной гибкой связи (цепи) с ведущим / и ведо­мым 2 звеньями (звездочками).

 Рис.1 Схема цепной передачи
В связи с отсутствием проскальзывания в цепных передачах обеспечивается постоянство среднего передаточного числа. Наличие гибкой связи допускает значительные межосевые рас­стояния между звездочками. Одной цепью можно передавать движение одновременно на несколько звездочек (рис.1, б). По сравнению с ременными цепные передачи имеют при прочих равных усло­виях меньшие габариты, более высокий КПД и меньшие нагрузки на валы, так как отсутствует необходимость в большом пред­варительном натяжении тягово­го органа.

Недостатки цепных передач: значительный    износ   шарниров цепи, вызывающий   ее   удлине­ние  и  нарушение правильности зацепления;       неравномерность движения цепи из-за  геометри­ческих   особенностей   ее зацеп­ления  с  зубьями  звездочек,   в  
результате чего появляются  до­полнительные динамические нагрузки в передаче; более высокие тре­бования к точности монтажа передачи по сравнению с ременными передачами; значительный шум при работе передачи.
Цепные передачи предназначаются для мощности обычно не более 100 кВт и могут работать как при малых, так и при больших скоростях (до 30 м/с). Передаточные числа обычно не превышают 7.
Применяемые в машиностроении цепи по назначению подразде­ляются на приводные, передающие энергию от ведущего вала к ведо­мому; тяговые, применяемые в качестве тягового органа в конвейерах; грузовые, используемые в грузоподъемных машинах. Из всех типов природных цепей наибольшее распространение имеют роликовые  с числом рядов от 1 до 4, втулочные , одно- и двухрядные, и зубчатые.
Кинематическая схема привода цепного конвейера приведена на рис.2.
Вращение привода передается от электродвигателя 1 ведущим звездочкам цепного конвейера 8 посредством клиноременной передачи 2, муфт 3 и 5, косозубого одноступенчатого редуктора 4, цепной передачи 6 и зубчатой открытой прямозубой передачи 7. При этом на кинематической схеме римскими цифрами обозначены тихоходные (I, III, VI) и быстроходные (II, IV, V) валы соответствующих передач.

Рис.2 Кинематическая схема привода цепного конвейера.

2 Кинематический расчет привода
2.1 Определение требуемой мощности и выбор двигателя
Исходные данные:
-                   тяговое усилие цепи  Ft=13кН
-                   скорость цепи  V=0,35 м/с
-                   шаг тяговой цепи Рt=220мм
-                   число зубьев ведущих звездочек z=7
-                   срок службы привода – 4 года в две смены.
Определяем мощность на тихоходном валу привода по формуле (1.1) [1,с.4]
         РVI= Ft· V                                                                              (2.1)
где РVI - мощность на тихоходном валу:
РVI=13·0,25=3,25кВт.
         Определяем общий КПД привода по формуле (1.2) [1,с.4]
По схеме привода
                                              (2.2)
где[1, с.5, табл.1.1]: - КПД ременной передачи;
- КПД зубчатой закрытой передачи;
- КПД цепной передачи;
- КПД зубчатой открытой передачи;
- КПД одной пары подшипников качения;
- КПД муфты.
Сделав подстановку в формулу (1.2) получим:


Определяем мощность, необходимую на входе[1,с.4]
                                                                             (2.3)
где Ртр – требуемая мощность двигателя:


Определяем частоту вращения и угловую скорость тихоходного вала
                                                           (2.4)
об/мин
                                                                        (2.5)

Выбираем электродвигатель [1,с.390,табл. П1,П2]
Пробуем двигатель 4А112М4:
         Рдв.=5,5кВт;
         nс=1500об/мин;
         S=3,7%
         dдв.=32мм.
Определяем асинхронную частоту вращения электродвигателя по формуле (1.3) [1,c.6]:
         na=nc·(1-S);                                                                            (2.6)
         na=1500·(1-0,037);
         na=1444,5 об/мин
Определяем общее передаточное число привода
;                                                                    (2.7)

Производим разбивку прердаточного числа по ступеням. По схеме привода
         Uобщ.=Uр.п.· Uз.з.· Uц.п.· Uз.о.;                                                    (2.8)
Назначаем по рекомендации [1,c.7,c36]:
Uр.п.=3;
Uц.п.=3;
Uз.о.=4; тогда
Uз.з.= Uобщ./( Uр.п.· Uц.п.· Uз.о.);
Uз.з.=2,94, что входит в рекомендуемые пределы
Принимаем Uз.з.=3.
Тогда

Находим:
                                                         (2.9)
         ;
Допускается ∆U=±3%
Принимаем окончательно электродвигатель марки 4А112М4
2.2 Определение частоты вращения и угловой скорости каждого вала
По формуле (2.5) определяем угловую скорость вала двигателя
         ;
         ;
                   nдв.=1444,5 об/мин.
         По схеме привода (рис.1) определяем частоты вращения и угловые скорости каждого вала              
         ;                        ;
         ;                      ;
         ;                               ;
         ;                              ;
;           
;           ;
;          
;         
;                      
;                      ;
;                             
;                     
что близко к полученному в п.2.1.
2.3 Определение мощностей и вращающих моментов на каждом валу
Определяем мощность на каждом валу по схеме привода
                  
                   ;
                   ;
                   ;
                   ;
                  
                  
                   ;             ;
                   ;          ;
                   ;          ;
                   ;          ;
                   ;           ;
                   ;          ;
что близко к определенному ранее в п.2.1.
Определяем вращающие моменты на каждом валу привода по формуле
                   (Нм)                                                           (2.10)
         ;    ;             Нм;
         ;        ;             Нм;
         ;      ;            Нм;
         ;     ;           Нм;
         ;     ;            Нм;
         ;       ;             Нм;
         ;     ;            Нм.
Проверка:
                                                                       (2.11)
         ;
         Нм
Все рассчитанные параметры сводим в табл.1.
                                                                                              Таблица 1
Параметры кинематического расчета
№ вала
n, об/мин
ω, рад/с
Р, кВт
Т, Нм
U
 
Дв.
1444,5
151,27
4,15
27,43
3
 
I
481,5
50,42
3,985
79,03
1
II
481,5
50,42
3,866
76,67
3
III
160,5
16,8
3,674
218,69
1
IV
160,5
16,8
3,565
212,2
3
V
53,5
5,6
3,353
598,75
4
VI
13,375
1,4
3,187
2276,4
 
 

3 Расчет закрытой косозубой передачи
3.1 Исходные данные
Мощность на валу шестерни и колеса             Р2=3,866 кВт
                                                                  Р3=3,684 кВт
Вращающий момент на шестерне и колесе     Т2=76,67 Нм
                                                                  Т3=218,69 Нм
Передаточное число                                U=3
Частота вращения шестерни и колеса              n2=481,5 об/мин
                                                                  n3=160,5 об/мин
Угловая скорость вращения шестерни и колеса       ω2=50,42 рад/с
                                                                  ω3=16.8 рад/с
Передача нереверсивная.
Расположение колес относительно опор симметричное.
3.2 Расчет параметров зубчатой передачи
Выбираем материал для шестерни и колеса по табл.3.3 [1,c.34]:
шестерня – сталь 40Х, термообработка – улучшение 270НВ,
колесо - сталь 40Х, термообработка – улучшение 250НВ.
Определяем допускаемое контактное напряжение по формуле (3.9) [1,c.33]:
                                                                (3.1)
где    σHlimb – предел контактной выносливости при базовом числе циклов;
КHL – коэффициент долговечности;
         [SH] – коэффициент безопасности;
по [1,c.33]: КHL =1; [SH] =1,1.
Определяем σHlimb по табл.3.2 [1,c.34]:
         σHlimb =2НВ+70;                                                           (3.2)
σHlimb1 =2×270+70; σHlimb1 =610МПа;
σHlimb2 =2×250+70; σHlimb1 =570МПа.
Сделав подстановку в формулу (3.1) получим
         ;      МПа;
         ;     МПа.
Определяем допускаемое расчетное напряжение по формуле (3.10) [1,c.35]:
                                                     (3.3)
         ;
         МПа.
Определяем межосевое расстояние передачи по формуле (3.7) [1,c.32]:
                                           (3.4)
где    Ка – числовой коэффициент;
К – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по ширине венца;
          - коэффициент ширины;
         Т2 – вращающий момент на колесе (по схеме привода Т23)
         Выбираем коэффициенты:
         Ка =43                 [1,c.32];
         К =1,1     [1,c.32,табл.3.1];
         =0,315 назначаем по ГОСТ2185-66 с учетом рекомендаций [1,c.36];
         Т23=218,69Нм.
         Подставив значения в формулу (3.4) получим:
         ;    мм;
         Принимаем окончательно по ГОСТ2185-66 [1,c.36]
         мм.
         Определяем модуль [1,c.36]:
                                                                      (3.5)
         ;
         ;
Принимаем по ГОСТ9563-60 модуль mn=2,0мм [1,c.36]
Определяем суммарное число зубьев по формуле (3.12) [1,c.36]:
                                                                   (3.6)
Принимаем предварительно β=12є (β=8є…12є), тогда cosβ=0,978
         ;         ;
Принимаем зуба.
Определяем число зубьев шестерни и колеса по формулам (3.13) [1,c.37]:
         ;
         ;   ;
         ;
         ;        .
Уточняем фактическое передаточное число
         ;
         ;     
Определяем отклонение передаточного числа от номинального
                                                                
         ;      .
Допускается ∆U=±3%
Уточняем угол наклона зубьев по формуле (3.16) [1,c.37]:
                                                           (3.7)
         ;   ;      .
Определяем делительные диаметры шестерни и колеса по формуле (3.17) [1,c.37]:
                                                                                     (3.8)
         ;               мм;
         ;              мм.
Проверяем межосевое расстояние
                                                                                   (3.9)
         ;     мм.
Определяем остальные геометрические параметры шестерни и колеса
         ;      ;                  
         ;         ;                           (3.10)
                   ;                  (3.11)
         мм;  
;           мм;
;           мм;
;           мм;
;       мм;
;             мм;
;      мм
;      мм;
;     мм;
;   мм.
Проверяем соблюдение условия (т.к. Ψba<0,4)
         ;
         ;              ;
         0,315>0,223
Значит, условие выполняется.
Определяем окружные скорости колес
        
;          м/с;
         ;
;           м/с;
         м/с.
Назначаем точность изготовления зубчатых колес – 8В [1,c.32].
Определяем фактическое контактное напряжение по формуле (3.6) [1,c.31]
                          (3.12)
где КН – коэффициент нагрузки:
                            КННά× КНβ× КНu;
КНά – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между зубьями;
КНβ - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по ширине;
КНu - коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку в зацеплении.
         Уточняем коэффициент нагрузки
         КНά =1,09;                                                 [1,c.39, табл.3.4]
         КНu =1;                                                      [1,c.40, табл.3.6]
         ;     ;     ,
тогда КНβ =1,2;                                                  [1,c.39, табл.3.7]
         КН =1,09×1,2×1;    КН =1,308.
Сделав подстановку в формулу (3.12) получим
         ;
         МПа.
         Определяем ∆σН
                   ;
                   ;          недогрузки,
что допускается.
Определяем силы в зацеплении
- окружная
                   ;                                                                     (3.13)
         ;   Н;

- радиальная
;                                                           (3.14)
         ;   Н;
- осевую
                   ;                                                                    (3.15)
         ;    Н.
Практика показывает, что у зубчатых колес с НВ<350 выносливость на изгиб обеспечивается с большим запасом, поэтому проверочный расчет на выносливость при изгибе не выполняем.
Все вычисленные параметры заносим в табл.2.      
         Таблица 2
Параметры закрытой зубчатой передачи
Параметр
Шестерня
Колесо
mn,мм
2
βє
10є16’
ha,мм
2
ht,мм
2,5
h,мм
4,5
с, мм
0,5
d,мм
63
187
dа,мм
67
191
df,мм
58
182
b, мм
44
40
аW,мм
125
v, м/с
1,59
1,58
Ft, Н
2431
Fr, Н
899,3
Fа, Н
163,7
        
4 Расчет тихоходного вала редуктора
4.1 Исходные данные
Исходные данные выбираем из табл.1 и табл.2 с округлением до целых чисел:
         Н;
         Н;
         Н.
         ;
         Н;
         Т3=219Н;
         d=187мм;
         b=40мм.
По кинематическое схеме привода составляем схему усилий, действующих на валы редуктора. Для этого мысленно расцепим шестерню и колесо редуктора. По закону равенства действия и противодействия :
         Fa1= Fa2= Fa;
         Ft1= Ft2= Ft;
         Fr1= Fr2= Fr.
Схема усилий приведена на рис.3.

Рис.3 Схема усилий, действующих на валы редуктора
4.2 Выбор материала вала
 Назначаем материал вала. Принимаем сталь 45 с пределом прочности σв = 700МПа
[1,c.34, табл.3.3].
Определяем пределы выносливости материала вала при симметричном цикле изгиба и кручения
                                                        [1,c.162]
                                                        [1,c.164]
         ;      МПа;
         ;       .
        
4.3 Определение диаметров вала
Определяем диаметр выходного конца вала под полумуфтой из расчёта на чистое кручение
                                                                         (4.1)
где [τк]=(20…40)Мпа                                         [1,c.161]
Принимаем [τк]=30Мпа.
                   ;      мм.
         Согласовываем dв с диаметром муфты упругой втулочной пальцевой МУВП, для этого определяем расчетный момент, передаваемый муфтой
                   Тр33×К                                                                      (4.2)

где К – коэффициент, учитывающий условия эксплуатации привода.
К=1,3…1,5                                                         [1,c.272, табл.11.3]
Принимаем К=1,5
Подставляя в формулу (4.2) находим:
                   Тр3=219×1,5;
                   Тр3=328,5Нм.
         Необходимо соблюдать условие
                   Тр3<[T]                                                                         (4.3)
где [Т] – допускаемый момент, передаваемый муфтой.
В нашем случае необходимо принять [Т] 500Ни [1,c.277, табл.11.5]
Тогда принимаем окончательно
                   dм2=40мм;
                   lм2=82мм. (Длина полумуфты) Тип 1, исполнение 2.
         Проверяем возможность соединения валов стандартной муфтой
                   ;
         ;       мм.
Так как соединение валов стандартной муфтой возможно.
Принимаем окончательно с учетом стандартного ряда размеров Rа40:
         мм.
Намечаем приближенную конструкцию ведомого вала редуктора (рис.4), увеличивая диаметр ступеней вала на 5…6мм, под уплотнение допускается на 2…4мм и под буртик на 10мм.
        
Рис.4 Приближенная конструкция ведомого вала
        
мм;
мм – диаметр под уплотнение;
мм – диаметр под подшипник;
мм – диаметр под колесо.
4.4 Эскизная компоновка ведомого вала
Назначаем предварительно подшипники шариковые радиальные однорядные средней серии по мм подшипник №308, у которого Dп=90мм; Вп=23мм [1,c.394, табл.П3].
Выполняем эскизную компоновку вала редуктора. Необходимо определить длину вала L и расстояния от середины подшипников до точек приложения нагрузок a, b и с (рис.5).

Рис.5 Эскизная компоновка ведомого вала
е=(8…12)мм – расстояние от торца подшипника до внутренней стенки корпуса редуктора;
К=(10-15)мм – расстояние от внутренней стенки корпуса до торца зубчатого колеса.
Принимаем
lст=b+10мм – длина ступицы колеса:
lст=40+10=50мм;
(30…50)мм - расстояние от торца подшипника до торца полумуфты.
Принимаем  40мм.
Определяем размеры а, b, с и L.
а=b=Вп/2+е+К+lст/2;
а=b=23/2+10+11+50/2;
а=b=57,5мм
Принимаем а=b=58мм.
         с= Вп/2+40+lм/2;
         с=23/2+40+82/2;
         с=93,5мм
Принимаем с=94мм.
         L=Вп/2+a+b+c+ lм/2;
         L=23/2+58+58+94+82/2;
         L=262,5мм;
Принимаем L=280мм.
4.5 Расчет ведомого вала на изгиб с кручением.
Заменяем вал балкой на опорах в местах подшипников.
Рассматриваем вертикальную плоскость (ось у)
Изгибающий момент от осевой силы Fа будет:
         mа=[Fa×d/2]:
         mа=164·187×10-3/2;
mа=30,7Н×м.
Определяем реакции в подшипниках в вертикальной плоскости.
1åmАу=0
-RBy·(a+b)+Fr·a- mа=0
RBy=(Fr·а- mа)/ (a+b);
RBy= (899·0,058-30,7)/ 0,116;
RBy==184,8Н
Принимаем RBy=185Н
2åmВу=0
RАy·(a+b)-Fr·b- mа=0
RАy==(Fr·b+ mа)/ (a+b);
RАy =(899·0,058+30,7)/ 0,116;
RАy =714,15Н
Принимаем RАy=714Н
Проверка:
åFКу=0
RАy- Fr+ RBy=714-899+185=0
         Назначаем характерные точки 1,2,2’,3 и 4 и определяем в них изгибающие моменты:
         М=0;
         М= RАy·а;
         М=714·0,058;
М =41,4Нм;
         М2’у= М- mа(слева);
         М2’у=41,4-30,7;
М2’у =10,7Нм;
М=0;
М=0;
Строим эпюру изгибающих моментов Му, Нм (рис.6)
Рассматриваем горизонтальную плоскость (ось х)
1åmАх=0;

         Рис.6 Эпюры изгибающих и крутящих моментов ведомого вала.
FМ·(a+b+с)-RВх·(a+b)- Ft·a=0;
972·(0,058+0,058+0,094)-RВх·(0,058+0,058)-2431·0,058=0;
RВх=(204.12-141)/0,116;
RВх=544,13Н
RВх»544Н
2åmВх=0;
-RАх·(a+b)+Ft·b+Fм·с= 0;
RАх=(2431×0,058+972×0,094)/0,116;
RАх=2003,15Н
RАх»2003Н
Проверка
åmКх=0;
-RАх+ Ft- Fм+RВх=-2003+2431-972+544=0
Назначаем характерные точки 1,2,2’,3 и 4 и определяем в них изгибающие моменты:
         М=0;
         М= -RАх·а;
         М=-2003·0,058:
М=-116,2Нм;
         М=- Fм ·с;
         М=-972·0,094;
М=-8,65Нм
М=0;
Строим эпюру изгибающих моментов Мх.
Крутящий момент
ТI-I=0;
ТII-II=T1=Ft·d/2;
ТII-II=2431×187×10-3/2;
ТII-II=227,3Нм

5 Расчет быстроходного вала редуктора
5.1 Исходные данные
Исходные данные выбираем из табл.1 и табл.2 с округлением до целых чисел:
         Н;
         Н;
         Н.
         ;
         Н;
         Т3=212,2Н;
         d=63мм;
         b=44мм.
Схема усилий, действующих на валы редуктора приведена на рис.3.
5.2 Выбор материала вала
 Назначаем материал вала. Принимаем сталь 45 с пределом прочности σв = 700МПа
[1,c.34, табл.3.3].
Определяем пределы выносливости материала вала при симметричном цикле изгиба и кручения
                                                        [1,c.162]
                                                        [1,c.164]
         ;      МПа;
         ;       .

5.3 Определение диаметров вала
Определяем диаметр выходного конца вала под полумуфтой из расчёта на чистое кручение по формуле (4.1):
                   ;      мм.
         Согласовываем dв с диаметром муфты упругой втулочной пальцевой МУВП, для этого определяем расчетный момент, передаваемый муфтой по формуле (4.2):
                   Тр33×К                                                                     
где К – коэффициент, учитывающий условия эксплуатации привода.
         К=1,3…1,5                                                        [1,c.272, табл.11.3]
Принимаем К=1,5
Подставляя в формулу (4.2) находим:
                   Тр3=219×1,5;
                   Тр3=328,5Нм.
         Необходимо соблюдать условие (4.3)
                   Тр3<[T]                                                                        
где [Т] – допускаемый момент, передаваемый муфтой.
В нашем случае необходимо принять [Т] 500Ни [1,c.277, табл.11.5]
Тогда принимаем окончательно
                   dм2=40мм;
                   lм2=82мм. (Длина полумуфты) Тип 1, исполнение 2.
         Проверяем возможность соединения валов стандартной муфтой
                   ;
         ;       мм.
Так как соединение валов стандартной муфтой возможно.
Принимаем окончательно с учетом стандартного ряда размеров Rа40:
         мм.
Намечаем приближенную конструкцию ведомого вала редуктора (рис.7), увеличивая диаметр ступеней вала на 5…6мм, под уплотнение допускается на 2…4мм.
        
                   Рис.7 Приближенная конструкция ведущего вала
        
мм;
мм – диаметр под уплотнение;
мм – диаметр под подшипник;
мм – диаметр под колесо.
5.4 Определение возможности изготовления вала-шестерни
Определяем размер х (рис.8)
                                                               (5.1)

        
         Рис.8 Схема для определения размера х
По ГОСТ23360-78 для диаметра 45мм предварительно выбираем шпонку сечением b×h=14×9мм. Подставив в формулу (5.1) значения получим
                   ;       мм,
так как размер получился отрицательный, значит изготовление вала и шестерни отдельно невозможно. Определяем размеры вала-шестерни (рис.9).
        
                   Рис.9 Приближенная конструкция вала-шестерни
мм;
мм – диаметр под уплотнение;
мм – диаметр под подшипник;
мм – диаметр технологического перехода;
 мм – диаметр впадин зубьев;
 мм – диаметр вершин зубьев;
мм – делительный диаметр.
5.5 Эскизная компоновка вала-шестерни
Назначаем предварительно подшипники шариковые радиальные однорядные средней серии по мм подшипник №308, у которого Dп=90мм; Вп=23мм [1,c.394, табл.П3].
Выполняем эскизную компоновку вала редуктора. Необходимо определить длину вала L и расстояния от середины подшипников до точек приложения нагрузок a, b и с (рис.10).
 l=(0,8…1)×dа – расстояние между серединами подшипников;
l=(0,8…1)×67; принимаем l=60мм;
а=b=l/2;
а=b=30мм;
(30…50)мм - расстояние от торца подшипника до торца полумуфты.
Принимаем  40мм.
с= Вп/2+40+lм/2;
         с=23/2+40+82/2;
         с=93,5мм
Принимаем с=94мм.
L=Вп/2+a+b+c+ lм/2;
         L=23/2+30+30+94+82/2;
         L=206,5мм;
Принимаем L=210мм.
        
         Рис.10 Эскизная компоновка вала-шестерни
5.6 Расчет вала-шестерни на изгиб с кручением.
Заменяем вал балкой на опорах в местах подшипников.
Рассматриваем вертикальную плоскость (ось у)
Изгибающий момент от осевой силы Fа будет:
         mа=[Fa×d/2]:
         mа=164·63×10-3/2;
mа=5,2Н×м.
Определяем реакции в подшипниках в вертикальной плоскости.
1åmАу=0
-RBy·(a+b)+Fr·a- mа=0
RBy=(Fr·а- mа)/ (a+b);
RBy= (899·0,03-5,2)/ 0,06;
RBy==362,8Н
Принимаем RBy=363Н
2åmВу=0
RАy·(a+b)-Fr·b- mа=0
RАy==(Fr·b+ mа)/ (a+b);
RАy =(899·0,03+5,2)/ 0,06;
RАy =536,16Н
Принимаем RАy=536Н
Проверка:
åFКу=0
RАy- Fr+ RBy=536-899+363=0
Назначаем характерные точки 1,2,2’,3 и 4 и определяем в них изгибающие моменты:
         М=0;
         М= RАy·а;
         М=536·0,03;
М =16,1Нм;
         М2’у= М- mа(слева);
         М2’у=16,1-5,2;
М2’у =10,9Нм;
М=0;
М=0;
Строим эпюру изгибающих моментов Му, Нм (рис.11)
Рассматриваем горизонтальную плоскость (ось х)
1åmАх=0;
FМ·(a+b+с)-RВх·(a+b)- Ft·a=0;
972·(0,03+0,03+0,094)-RВх·(0,03+0,03)-2431·0,03=0;
RВх=(149,7-72,9)/0,06;
RВх=1279,3Н
RВх»1279Н
2åmВх=0;
-RАх·(a+b)+Ft·b+Fм·с= 0;
RАх=(2431×0,03+972×0,094)/0,06;
RАх=2738,3Н
RАх»2738Н
Проверка
åmКх=0;
-RАх+ Ft- Fм+RВх=-2738+2431-972+1279=0
Назначаем характерные точки 1,2,2ё’,3 и 4 и определяем в них изгибающие моменты:
         М=0;
         М= -RАх·а;
         М=-2738·0,03:

Рис.11 Эпюры изгибающих и крутящих моментов вала-шестерни
М=-82,2Нм;
         М=- Fм ·с;          М=-972·0,094;  М=-8,65Нм
М=0;
Строим эпюру изгибающих моментов Мх.
Крутящий момент
ТI-I=0;        
ТII-II=T1=Ft·d/2;    ТII-II=2431×63×10-3/2;     ТII-II=76,6Нм

6 Подбор подшипников быстроходного вала
Исходные данные
n2=nII=481,5мин-1;
dп2=40мм;
RАy=536Н;
RАх=2738Н;
RBy=363Н;
RВх=1279Н;
Н.
Определяем радиальные нагрузки, действующие на подшипники
         ;

Здесь подшипник 2 – это опора А в сторону которой действует осевая сила Fа (см. рис.11).
;
         ;
Назначаем тип подшипника, определив отношение осевой силы к радиальной силе того подшипника, который ее воспринимает (здесь подшипник 2)
         ;
         ;
Так как соотношение меньше 0,35, то назначаем шариковый радиальный однорядный подшипник легкой серии по dп2=40мм [1,c.217, табл.9.22].
Подшипник № 208, у которого:
         Dn1=80мм;
         Вn1=18мм;
         С0=17,8кН – статическая грузоподъемность;
         С=32кН – динамическая грузоподъемность. [1,c.393, табл.П3].
Определяем коэффициент осевого нагружения по отношению .
         ;          ;
При      е=0,19        [1,c.212, табл.9.18].
Так как меньших значений отношения  нет ориентировочно считаем е=0,15
Проверяем выполнение неравенства
;
где V – коэффициент вращения, при вращении внутреннего кольца V=1.
.
Определяем номинальную долговечность подшипников в часах
                               [1,c.211];                                (6.1)
Fэ=V×Fr2×Kd×Kτ;             [1,c.212];
где Kd - коэффициент безопасности;
Kd =1,3…1,5                                   [1,c.214, табл.9.19];
принимаем Kd =1,5;
Kτ – температурный коэффициент;
Kτ =1 (до 100єС)                             [1,c.214, табл.9.20];
         Fэ=1×2790×1,5×1;  Fэ=4185Н=4,185кН.
Подставляем в формулу (6.1):
         ;    ч.
По условию срок службы редуктора – 4 года в две смены. Исходя из того, что в году 260 рабочих дней имеем:
         Lзад=260×8×2×4;     Lзад=16640ч:
         Lзад>Lh.
         Необходимо выбрать подшипник средней серии по dп2=40мм [1,c.217, табл.9.22].
Подшипник № 308, у которого:
         Dn1=90мм;
         Вn1=23мм;
         С0=22,4кН – статическая грузоподъемность;
         С=41кН – динамическая грузоподъемность.
Подставляем в формулу (6.1):
         ;    ч.
Сейчас условие Lзад<Lh выполняется.

7 Подбор подшипников тихоходного вала
Исходные данные
n3=nIII=160,5мин-1;
dп3=40мм;
RАy=714Н;
RАх=2003Н;
RBy=185Н;
RВх=544Н;
Н.
Определяем радиальные нагрузки, действующие на подшипники
;
;  
Здесь подшипник 2 – это опора А в сторону которой действует осевая сила Fа (см. рис.6).
;
;
Назначаем тип подшипника, определив отношение осевой силы к радиальной силе того подшипника, который ее воспринимает (здесь подшипник 2)
         ;
         ;
Так как соотношение меньше 0,35, то назначаем шариковый радиальный однорядный подшипник легкой серии по dп3=40мм [1,c.217, табл.9.22].
Подшипник № 208, у которого:
         Dn2=80мм;
         Вn2=18мм;
         С0=17,8кН – статическая грузоподъемность;
         С=32кН – динамическая грузоподъемность. [1,c.393, табл.П3].
Определяем коэффициент осевого нагружения по отношению .
         ;          ;
При      е=0,19        [1,c.212, табл.9.18].
Так как меньших значений отношения  нет ориентировочно считаем е=0,15
Проверяем выполнение неравенства
;
где V – коэффициент вращения, при вращении внутреннего кольца V=1.
.
         Определяем номинальную долговечность подшипников в часах
                               [1,c.211];                                (6.1)
Fэ=V×Fr2×Kd×Kτ;             [1,c.212];
где Kd - коэффициент безопасности;
         Kd =1,3…1,5                                   [1,c.214, табл.9.19];
принимаем Kd =1,5;
Kτ – температурный коэффициент;
Kτ =1 (до 100єС)                             [1,c.214, табл.9.20];
         Fэ=1×2126×1,5×1;  Fэ=3189Н=3,189кН.
         Подставляем в формулу (6.1):
         ;    ч.
        
 Условие Lзад<Lh выполняется.

8 Подбор и проверочный расчет шпонки быстроходного вала
Выбор и проверочный расчет шпоночных соединений проводим по [4].

Рис.12 Сечение вала по шпонке
Для выходного конца быстроходного вала при d=34 мм подбираем призматическую шпонку со скругленными торцами bxh=10x8 мм2 при t=5мм (рис.12).
При длине ступицы муфты lМ=82 мм выбираем длину шпонки l=70мм.

Материал шпонки – сталь 45 нормализованная. Напряжения смятия и
условия прочности определяем по формуле:
где Т – передаваемый момент, Н×мм; ТII=76,7Н
lр – рабочая длина шпонки, при скругленных концах lр=l-b,мм;
[s]см – допускаемое напряжение смятия.
С учетом того, что на выходном конце быстроходного вала устанавливается полумуфта из ст.3 ([s]см=110…190 Н/мм2) вычисляем:

Условие выполняется.

9 Подбор и проверочный расчет шпонок тихоходного вала
Для выходного конца тихоходного вала при d=34 мм подбираем призматическую шпонку со скругленными торцами bxh=10x8 мм2 при t=5мм. ТII=218,7Н
При длине ступицы муфты lМ=82 мм выбираем длину шпонки l=70мм.
С учетом того, что на выходном конце быстроходного вала устанавливается полумуфта из ст.3 ([s]см=110…190 Н/мм2) и ТIII=218,7Н   вычисляем:


Условие выполняется.
Для соединения тихоходного вала со ступицей зубчатого колеса при d=45 мм подбираем призматическую шпонку со скругленными торцами bxh=14x9 мм2 при t=5,5мм. При lст=50 мм выбираем длину шпонки l=40мм.
Материал шпонки – сталь 45 нормализованная. Проверяем напряжения смятия и условия прочности с учетом материала ступицы  чугуна СЧ20 ([s]см=70…100 МПа) и ТIII=218,7Н:

Условие выполняется.
Выбранные данные сведены  в табл.3.
                                                                                              Таблица 3
Параметры шпонок и шпоночных соединений
Параметр
Вал-шестерня - полумуфта
Вал-полумуфта
Вал-колесо
Ширина шпонки b,мм
10
10
14
Высота шпонки h,мм
8
8
9
Длина шпонки l,мм
70
70
40
Глубина паза на валу t,мм
5
5
5,5
Глубина паза во втулке t1,мм
3,3
3,3
3,8
10 Выбор системы и вида смазки.
 
Скорость скольжения в зацеплении VS = 1.59 м/с. Контактные напряжения sН = 482,7 Н/мм2. По таблице 10.29 из [3] выбираем масло  И-Т-Д-680.
Используем картерную систему смазывания. В корпус редуктора заливаем масло так, чтобы венец зубчатого колеса был в него погружен на глубину hм (рис.12):
                  
                   Рис.13 Схема определения уровня масла в редукторе
hм max £ 0.25d2 = 0.25×183 = 46мм;
hм min = 2×m = 2×2 = 4мм.
При вращении колеса масло будет увлекаться его зубьями, разбрызгиваться, попадать на внутренние стенки корпуса, откуда стекать в нижнюю его часть. Внутри корпуса образуется взвесь частиц масла в воздухе, которым покрываются поверхности расположенных внутри корпуса деталей, в том числе и подшипники.
Объем масляной ванны  
 V = 0.65×PII = 0.65×3,866 = 2.5 л.
Контроль уровня масла производится пробками уровня, которые ставятся попарно в зоне верхнего и нижнего уровней смазки. Для слива масла предусмотрена сливная пробка. Заливка масла в редуктор производится через съемную крышку.
И для вала-шестерни, и для зубчатого колеса выберем манжетные уплотнения по ГОСТ 8752-79. Установим их рабочей кромкой внутрь корпуса так, чтобы обеспечить к ней хороший доступ масла.

11 Сборка редуктора
Для редуктора принимаем горизонтальную конструкцию разъемного корпуса, изготовленного литьем из серого чугуна СЧ15. Устанавливаем зубчатую пару с подшипниками. Для предотвращения задевания поверхностей вращающихся колес за внутренние стенки корпуса внутренний контур стенок провести с зазором х=8…10мм [3]; такой же зазор предусмотреть между подшипниками и контуром стенок. Расстояние между дном корпуса и поверхностью колес принимаем у³4х;  у³(32…40)мм
Для малонагруженных редукторов (Т2£500Нм) определяем толщины стенок крышки и основания корпуса
        
         ;       мм, принимаем мм.
Для крепления крышек подшипников в корпусе и крышке предусматриваем фланцы. Крышки торцовые для подшипников выбираем по табл.143 (глухие) и 144 (с отверстием для манжетного уплотнения) [2, т.2, с.255].
Для быстроходного вала:
крышка торцовая глухая типа 2 исполнения 2 диаметром D=90мм ГОСТ18511-73;
крышка торцовая с отверстием для манжетного уплотнения типа 1 исполнения 2 диаметром D=90мм ГОСТ18512-73.
Для тихоходного вала:
крышка торцовая глухая типа 2 исполнения 2 диаметром D=80мм ГОСТ18511-73;
крышка торцовая с отверстием для манжетного уплотнения типа 1 исполнения 2 диаметром D=80мм ГОСТ18512-73.
Прорисовываем корпус и крышку редуктора с учетом рекомендаций [3.с.219].
Устанавливаем верхнюю крышку на винты и закручиваем пробки.
Список использованной литературы
1.                 С.А. Чернавский и др. «Курсовое проектирование деталей машин» М. 1987г.
2.                 Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. -8-е изд. перераб. и доп. Под ред. И.Н. Жестковой. – М.: Машиностроение, 1999
3.                 Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. пособие. – М.: Высш. шк., 1991
4.                 Чернин И.М. и др. Расчеты деталей машин. – Мн.: Выш. школа, 1978

1. Курсовая Международные стандарты отчетности и директивы Европейского сообщества
2. Реферат Битва при Фонтене 841
3. Курсовая на тему Банковская система. Особенности построения банковской системы в России
4. Реферат на тему Dealing With Conflict Essay Research Paper Dealing
5. Реферат Ролевая теория личности К.Мертона
6. Контрольная работа Учет денежных средств в кассе и на расчетном счете
7. Реферат на тему Cable Guy Essay Research Paper 1
8. Реферат Охрана животных
9. Курсовая на тему Процесс стратегического менеджмента
10. Статья Сила слушателя