Расчет одноступенчатого цилиндрического редуктора в приводе к мешалке
Расчет одноступенчатого цилиндрического редуктора в приводе к мешалке
40
Министерство образования и науки Российской Федерации
Серовский металлургический техникум
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
по дисциплине Детали машин
на тему
Расчет одноступенчатого цилиндрического редуктора в приводе к мешалке
Выполнил:
Студент 3 МиТЕПО
Городилов А.Ю.
2005
Содержание
Введение
1. Кинематическая схема агрегата и его принцип действия
2. Расчетная часть
2.1 Выбор двигателя и кинематический расчет привода
2.2 Выбор материала зубчатых колес. Определение допустимого напряжения
2.3 Расчет зубчатой передачи редуктора
2.4 Расчет открытой передачи
2.5 Нагрузки валов редуктора
2.6 Разработка чертежей общего вида редуктора
2.7 Расчётная схема валов редуктора
2.8 Проверочный расчёт подшипников
2.9 Выбор муфт
2.10 Смазывание смазывающего устройства
2.11 Проверочный расчет шпонок
2.12 Проверочный расчёт стяжных винтов
2.13 Проверочный расчет валов
2.14 Расчет технического уровня редуктора
Список используемой литературы
Введение
Создание машин, отвечающих потребностям народного хозяйства, должно предусматривать их наибольший экономический эффект и высокие тактико-технические и эксплуатационные показатели.
Основные требования, предъявляемые к создаваемой машине: высокая производительность, надёжность, технологичность, ремонтопригодность, минимальные габариты и масса, удобство эксплуатации, экономичность, техническая эстетика. Все эти требования учитывают в процессе проектирования и конструирования. Проектирование - это разработка общей конструкции изделия. Конструирование - это детальная дальнейшая разработка всех вопросов, связанных с воплощением принципиальной схемы в реальную конструкцию. Проект - это техническая документация, полученная в результате проектирования и конструирования.
Курсовой проект по деталям машин является первой конструкторской работой студента, выполненной на основе знаний общеобразовательных, общетехнических и общеспециальных дисциплин. Здесь есть все: и анализ назначения и условий работы проектируемых деталей; и наиболее рациональные конструктивные решения с учетом технологических, монтажных эксплутационных и экономических требований. А также кинематические расчеты и определение сил, действующих на детали и узлы; и расчеты конструкций на прочность; и выбор материалов; и процесс сборки и разборки конструкций; и многое другое.
Таким образом, достигаются основные цели данного проекта:
-Овладеть техникой разработки конструкторских документов на различных стадиях проектирования;
-Получить навыки самостоятельного решения инженерно-технических задач и умения анализировать полученные результаты;
-Научиться работать со стандартными, различной инженерной, учебной и справочной литературой (каталогами, атласами, Классификатором ЕСКД).
В результате приобретенные навыки и опыт проектирования машин и механизмов общего назначения станут базой для выполнения курсовых проектов по специальным дисциплинам и дипломного проекта
1. Кинематическая схема агрегата и его принцип действия
Цель:
1. изучить и вычертить схему машинного агрегата
2. проанализировать назначение и конструкцию элементов приводного устройства, выбрать место установки машинного агрегата
3. определить ресурс приводного устройства
1. Двигатель 5. Упругая муфта с торообразной оболочкой
2. Ограждение 6. Мешалка
3. Клиноремённая передача 7. Смесь
4. Цилиндрический редуктор 8. Задвижка
I, II, III, IV - валы, соответственно, - двигателя, быстроходного вала редуктора, тихоходного вала редуктора, рабочей машины.
Тема моего курсового проекта “Расчет одноступенчатого цилиндрического редуктора в приводе к мешалке”. Этот агрегат состоит из двигателя, упругой муфты, закрытой цилиндрической передачи (1 шестерня,1 колесо), клиноременной передачи, а также валов. Начиная работать, двигатель передает крутящий момент на ведущий шкив клиноременной передачи. С ведущего шкива, с помощью клинового ремня, крутящий момент передаётся на ведомый шкив. С ведомого шкива крутящий момент передаётся на быстроходный вал одноступенчатого цилиндрического редуктора. Тихоходный вал, с помощью муфты с торообразной обмоткой, передаёт крутящий момент на рабочую машину (мешалку).
Срок службы приводного устройства
Срок службы (ресурс) Lh ,ч, определить по формуле:
Lh =365 Lr tc Lc , (1)
где Lr - срок службы привода, лет,
Lc - число смен,
tc - продолжительность смены, ч.
Lh =365*6*8*2=35 040 ч
Из полученного значения Lh следует, вычисть примерно 15% часов на профилактику, текущий ремонт, нерабочие дни (время простоя).
(Lh)=Lh - 15%=35 040*0.85=29 784 ч
Принимаем Lh=30 000 ч
Таблица 1. Условия эксплуатации машины.
Место установки
Lr
Lc
tc
Lh
Характеристика нагрузки
Режим работы
Завод железобетонных изделий
6 л.
2 см.
8 ч.
29 784 ч.
С легкими толчками
Реверсивный
2 Расчетная часть
2.1 Выбор двигателя и кинематический расчет привода
Цель:
1. определить номинальную мощность и номинальную частоту вращения
2. определить передаточное число привода и его ступеней
3. рассчитать силовые и кинематические параметры привода
Определяем номинальную мощность и номинальную частоту вращения двигателя
Определим требуемую мощность рабочей машины Ррм, кВт:
Ррм=0, 32щ, (2)
где щ -угловая скорость, рад/с.
щ=n / 30 = 3, 14*65 / 30 = 6, 8
Ррм=0,32*6, 8=2, 2 кВт
Определим общий коэффициент полезного действия привода:
=зпопмпк2пс, (3)
где зп - коэффициенты полезного действия закрытой передачи, зп=0.97 %
оп - коэффициенты полезного действия открытой передачи, оп=0.97 %
пк - коэффициенты полезного действия муфты, пк=0.9952 %
м - коэффициенты полезного действия подшипников качения, м=0.98 %
пс - коэффициенты полезного действия подшипников скольжения, пс=0.99 %
=0.97*0,97*0,98*0,9952*0,99=0,90
Определим требуемую мощность двигателя Рдв, кВт:
Рдв= Ррм/, (4)
Рдв=2, 2/0, 90=2, 4 кВт
Рдв= 3 кВт
Выбираем тип двигателя:
Таблица 2. Характеристика двигателя
Вариант
Тип двигателя
Номинальная мощность Рном, кВт:
Частота вращения, об/мин
синхронная
При номинальном режиме nном
1
2
3
4
4АМ112МВ8У3
4AM112МА6У3
4АМ100S4У3
4АМ90L2У3
3,0
3,0
3,0
3,0
750
1000
1500
3000
700
955
1435
2840
Определим передаточное число привода для всех приемлемых вариантов типа двигателя при заданной номинальной мощности Рном:
u1= n ном / nрм=700/65=10,7 (5)
u2= n ном 2 / nрм= 955/65=14, 7
u3= n ном 3 / nрм= 1435/65=22, 1
u4= n ном 4 / nрм= 2840/65=43, 7
Производим разбивку передаточного числа привода.
Первый способ.
uоп1=u1/ uзп=10, 7/4, 5=2,4(5)
u оп2= u2/ uзп =14,7/4,5 = 3,3
u оп3= u3/ uзп = 22,1/4, 5=4, 9
u оп4= u4/ uзп =43, 7/4, 5=9, 7
u= nном / nрм
Второй способ.
К2= = =1, 3 (6)
К3= ==1, 5
u зп1=4, 5
u зп2= u зп1*К2=4, 5*1, 3=5, 85
По таблице выбираем u зп2=5 и определяем u оп2= u2/ uзп2 =14,7/5=2, 94
u зп3= u зп2* К3=5*1, 5=7, 5
По таблице выбираем u зп3=7, 1 и определяем u оп3= u3/ uзп3=27, 6/6, 3=4, 38
Первый и четвёртый вариант типов двигателя брать нежелательно. Третий тип двигателя так же не подходит, т.к. u оп2=4, 9, а u зп2=4, 5, а вот второй вариант больше подходит, где u оп=3, 3. Его можно уменьшить до оптимального значения.
Определяем максимально допустимое отклонение частоты вращения приводного вала.
Таким образом, выбираем двигатель 4AM112МА6У3 (Рном = 3 кВт, nном = 955 об/мин). Передаточное число привода U = 15, редуктора Uзп = 4, 5, клиноремённой передачи Uоп =3.
Таблица 3
Тип двигателя 4AM112МА6У3 Рном = 3 кВт, nном = 955 об/мин.
2.4.1 Выбрать сечение ремня. Сечение ремня выбрать в зависимости от номинальной мощности двигателя Рном = 3 кВт и его частоты вращения nном = 955 об/мин. Выбираем ремень нормального сечения «А».
2.4.2 Определяем минимально допустимый диаметр ведущего шкива d1min в зависимости от вращающего момента на валу двигателя Тдв=30 Н/м и выбранного сечения ремня «А»
d1min=112мм
2.4.3 Задаться расчётным диаметром ведущего шкива
d1=112 мм;
2.4.4 Определяем диаметр ведомого шкива ,d2 мм;
d2= d1*u(1-Э),(57)
где, u-передаточное число ремённой передачи, u=3;
Э-коэффициент скольжения, Э=0, 01 ;
d2= 336*0, 99=333,
по стандартному ряду выбираем d2=315мм;
2.4.5 Определяем фактическое передаточное число uф и проверяем его отклонение u?,%, от заданного u, мм;
uф= d2/ d1(1- Э) (58)
uф= 333/112=3
?u = uф-u/u*1003%(59)
?u =(3-3)/3 *100 = 0 (отклонений нет)
2.4.6 Определяем ориентировочное межосевое расстояние а, мм;
а?0,55*(d1+d2)+h,
где, h-высота сечения клинового ремня, h=8 ;
а?0,55*(112+315)+8=242, 85
2.4.7 Определяем расчётную длину ремня L, мм;
L =2а+р/2*(d1+d2)+( d2-d1)2/ 4а (60)
L =2*243+3,14/2*(427)+203/4*243=1198 мм;
По стандартному ряду длина ремня выбирается 1250мм;
2.4.8 Уточняем значение межосевого расстояния по стандартной длине;
а=?[2 L - р(d1+d2)+ v{(2l-р(d1+d2)2)-8*(d2-d1)2}](61)
а=?[2*1250-3.14*427+ v{(2*1250-3.14*(427)2}-8*(203)2}]=270 мм
Определяем суммарные изгибающие моменты в наиболее нагруженных сечениях
М3 =М2x3+М2y3 = 54, 022+179, 572= 187, 52 Нм
М2=Му2 = 303, 5 Нм
2.8 Проверочный расчет подшипников
Цель:
1. Определить эквивалентную динамическую нагрузку подшипников
2. Проверить подшипники по динамической грузоподъёмности
3. Определить расчётную долговечность подшипников
Базовая динамическая грузоподъёмность подшипника Ср представляет собой постоянную радиальную нагрузку, которую подшипник может воспринять при базовой долговечности L10h, составляющую 106 оборотов внутреннего кольца.
где m - показатель степени, для шариковых подшипников m = 3;
a1 - коэффициент надежности. При безотказной работе подшипников, a1 = 1;
a23 - коэффициент, учитывающий влияние качества подшипника и качества его эксплуатации, для шариковых подшипников a23 =0, 7… 0,8; n - частота вращения внутреннего кольца подшипника соответствующего вала, об/мин. (см.табл.3).
Пример№1.
Проверить пригодность подшипника 311 тихоходного вала цилиндрического косозубого редуктора, работающего с легкими толчками. Частота вращения внутреннего кольца n= 70, 7 об/мин. Осевая сила в зацеплении Fа = 284 Н. Реакции в подшипниках R1 = 2792, 28 Н; R2 =2500, 44 Н. Характеристики подшипников: Cr = 71500 H, Cor = 41500 H, X=0, 56, V=1, Kб = 1,2, KT = 1, a1 = 1, a23 = 0,7, Lh = 20000. Подшипники устанавливаются враспор
a) Определить отношение Ra/VRr = 284 / 1*2792, 28 = 0, 101. Fа = Rа
b) Определить отношение Ra/ Cor = 284/41500 = 0, 006
c) Далее находим e = 0, 19 Y=2, 30
d) По соотношению Ra/VRr e выбираем формулу и определяем эквивалентную динамическую нагрузку наиболее нагруженного подшипника
RE = VRrKбKт = 1*2792, 28*1,2*1 = 3350, 74 Н
e) Определяем динамическую грузоподъёмность
Crp = RE 60*n*( Lh/ a1 a23 *106) = 3350, 7460*70, 7* 20000/ 1*0, 7*106 = 16573 Н Cr
Таблица 10. Основные размеры и эксплуатационные характеристики подшипников
Вал
Подшипник
Размеры
d*D*B
Дин.грузоп.
Долговечность
Принят
предварительно
Принят
окончательно
Cгр,
Н
Cr,
Н
L10h,
ч
Lh,
ч
Б
308
308
40*90*23
22115
41000
127428
20000
Т
311
311
55*120*29
16573
71500
1603331
20000
Выбор муфт
Основной характеристикой для выбора муфт является номинальный вращающий момент Т, Нм, установленный стандартом.
Тр = КрТ2 Т , (103)
где Тр - расчётный момент
Т2 - момент на тихоходном валу, Т2 = 373, 5 Нм
Т - номинальный момент
Кр - коэффициент режима нагрузки, Кр = 2
Тр =2*373, 5 = 743 Нм
Т = 800 Нм
ТрТ
Выбираем муфту с торообразной оболочкой, где Т = 800 Нм. Угловая скорость щ, с-1 не более 170 с-1. Материал полумуфт - сталь ст3 (ГОСТ 380-88); материал упругой оболочки - резина с пределом прочности при разрыве не менее 10 Н/мм2
2.10 Смазывание смазывающего устройства
a) Смазывание зубчатых зацеплений и подшипников применяют в целях защиты от коррозии, снижения коэффициента трения, уменьшение износа, отводов тепла и продуктов износа от трущихся поверхностей, снижения шума и вибрации.
a) Способ смазывания зубчатого зацепления:
Для смазывания редукторов общего назначения применяют непрерывное смазывание жидким маслом картерным непроточным способом (окунанием). Этот способ применяют для зубчатых передач при окружных скоростях от 0,3 до 12, 5 м/с
b) Выбор сорта масла:
При расчётном контактном напряжении в зубьях ун =268 Н/мм2 и фактической окружной скорости колёс = 1, 36 м/с выбираем масло И-Г-А-68,
где И - масло индустриальное
Г - для гидравлических систем
А - масло без присадок
68 - класс кинематической вязкости
Кинематическая вязкость при 400С, мм2/с (сСт) = 61…75
c) Определение количества масла:
Для одноступенчатого редуктора при смазывании окунанием объём масляной ванны определяем из расчёта 0, 4…0, 8 л масла на 1 кВт передаваемой мощности. Отсюда следует, что для редуктора мощностью Р=2, 75 кВт объём масла равен от 1, 1 до 2, 2 л. Для крупного редуктора примем 1, 1 л
d) Определение уровня масла:
В цилиндрическом редукторе при окунании в масляную ванну колеса m0,25d2, (104)
где m - модуль зацепления
hm = (0, 1…0, 5) d1 при этом hmin = 2, 2 m (105)
hm = 0, 5*81 = 40, 5 мм
2 92, 5
Для данного редуктора уровень масла составляет y+hm = 40 мм+40, 5 мм = 80, 5 мм
e) Контроль уровня масла
Уровень масла, находящегося в корпусе редуктора контролируем с помощью жезлового указателя, установленным в крышке редуктора
f) Слив масла
При работе передач масло постепенно загрязняется продуктами износа деталей передач. С течением времени оно стареет, свойства его ухудшаются. Поэтому масло, налитое в корпус редуктора, периодически меняют. Для этих целей установлено сливное отверстие с пробкой и цилиндрической резьбой.
g) Отдушины
При длительной работе связи с нагревом масла и воздуха повышается давление внутри корпуса, что приводит к просачиванию масла через уплотнения и стенки. Чтобы избежать этого, внутреннюю полость корпуса сообщают с внешней средой. Для этого устанавливаем ручку-отдушину.
2.11 Смазывание подшипников
В данном редукторе я применил смазывание пластичными материалами, т.к. окружная скорость 2 м/с. Полость подшипника, смазываемая пластичными материалами, закрыта с внутренней стороны подшипникого узла резиновым манжетом. Для подшипников принимаем пластичную смазку типа солидол жировой (ГОСТ 1033-79), консталин жировой УТ - 1 (ГОСТ 1957-73).
2.12 Проверочный расчёт шпонок
Призматические шпонки, применяемые в проектированном редукторе, проверяют на смятие. Проверке подлежат две шпонки тихоходного вала - под колесом и полумуфтой, и одна шпонка на быстроходном валу под элементом открытой передачи.
Условие прочности шпонок.
усм = Ft/Acм , (106)
где Ft - окружная сила на тихоходном валу
Acм = (0, 94h - t1)lp - площадь смятия. Здесь lp = l - b - рабочая длина шпонки со скруглёнными торцами (l -полная длина шпонки, определённая по конструктивной компоновки), b, h, t1 - стандартные размеры.
[усм] - допустимое напряжение на смятие
[усм] = 110/2 = 55 Н/мм2 - для чугунной ступицы
Условие прочности шпонок на тихоходном валу.
Под колесо выбираем шпонку длиной l = 56 мм, сечением шпонки b = 20 мм, h = 12 мм. Глубина паза ступицы t2 = 4, 9 мм lp =56-20 = 36 мм
Acм =(0, 94*12 - 4, 9)*36 = 229, 68
усм =2018/229, 68 = 8, 78 Н/мм2
усм [усм]
Под полумуфту выбираем шпонку длиной l =36 мм, сечением b =14 мм, h = 9мм. Глубина паза ступицы t1 = 5, 5 мм lp =36 - 9 = 27 мм
[усм] = 110 - 20% = 88 Н/мм2
Acм = (0, 94*9 - 5, 5)*27 = 79, 92
усм =2018/79, 92 = 25, 25 Н/мм2
усм [усм]
Условие прочности шпонки на быстроходном валу.
Под элемент открытой передачи (шкив) выбираем шпонку длиной l =22 мм, сечением b =10 мм, h = 8мм. Глубина паза ступицы t1 = 5 мм lp =22-10 = 12 мм
Максимальная реакция в вертикальной плоскости опоры подшипника Rс = 2792, 28 Н. Диаметр винта d2 = 12 мм, шаг резьбы Р = 1, 75 мм. Класс прочности 5.6 из стали 30
Определяем силу, приходящуюся на один винт
FB = Rс/2 (107)
FB =2792, 28/2 = 1396, 14 Н
Принимаем Кз =1, 5 (постоянная нагрузка), Х=0, 45 (для металлических деталей с упругими прокладками)
Определяем механические характеристики материала винтов:
Rу - большая из реакций в вертикальной плоскости в опорах подшипников быстроходного вала, Rу = 2256, 08 Н. Диаметр винта d2 = 12 мм, шаг резьбы Р = 1, 75 мм. Класс прочности 5.6 из стали 30.
Определяем силу, приходящуюся на один винт
Fв = Rу / 2 (110)
Fв = 2256, 08 / 2 = 1128, 04Н
Принимаем Кз =1, 5 (постоянная нагрузка), Х=0, 45 (для металлических деталей с упругими прокладками).
Определяем механические характеристики материала винтов: