124161 (Расчет и проектирование привода (редуктор) с клиноремённой передачей)

Содержание

1. Задание по курсовому проектированию...........................................3

2. Введение..............................................................................................4

3. Расчет ременной передачи.................................................................6

4. Расчет редуктора.................................................................................8

5. Расчет валов

а) Быстроходный вал.........................................................................12

б) Тихоходный вал.............................................................................18

6. Выбор подшипников..........................................................................23

7. Выбор шпонок....................................................................................26

1.Задание по курсовому проектированию.

Разработать редуктор для передачи крутящего момента от электродвигателя к рабочей машине через муфту и клиноременную передачу.

Тип электродвигателя RA160L4;

Мощность двигателя Р_дв = 15кВт;

Число оборотов в минуту n_дв = 1460 об/мин;

Тип ременной передачи – клиноременная,

Редуктор – цилиндрический косозубый;

Передаточное число ременной передачи U_рем = 2,8;

Передаточное число редуктора U_ред = 5,6;

КПД редуктора η_ред = 0,97;

КПД муфты η_муф = 0,97;

КПД ременной передачи η_{рем.пер}. = 0,94;

Время работы привода L = 15000 часов.

Режим работы – двухсменный.

Схема привода.

Электродвигатель асинхронный — клиноременная передача — редуктор.

Рабочая машина;

Клиноременная передача;

Редуктор;

Муфта;

Электродвигатель.

2. Введение.

Редуктором называют зубчатый, червячный или зубчато-червячный передаточный механизм, выполненный в закрытом корпусе и предназначенный для понижения угловой скорости, а, следовательно, повышения вращающего момента. Механизмы для повышения угловой скорости, выполненные в виде отдельных агрегатов, называются мультипликаторами. В редукторах обычно применяют зубчатые колеса с эвольвентным зацеплением, иногда используют зацепление М.Л.Новикова.

Редуктор проектируется для привода данной машины или по заданной нагрузке и передаточному числу без указания конкретного назначения.

Редуктора классифицируют:

• По виду передач – на цилиндрические с параллельными осями валов; конические с перекрещивающимися осями валов; червячные с перекрещивающимися осями валов; комбинированные конически-цилиндрические; зубчато-червячные и другие.

• По числу пар – одноступенчатые цилиндрические с прямозубыми колесами с

u 7 , с косозубыми или шевронными колесами при u10 и Р50 кВт; одноступенчатые конические с прямыми, косыми и криволинейными зубьями при u 5 и Р 100кВт; одноступенчатые червячные при u = 8...80 и Р 50кВт; многоступенчатые.

Зубчатая передача, оси валов которой пересекаются, называется конической. Конические зубчатые колеса изготавливают с прямыми, косыми и криволинейными зубьями и применяют там, где возникает необходимость передачи момента с одного вала к другому с пересекающимися осями. Конические зубчатые редуктора проектируют сравнительно небольших мощностей, так как консольное расположение шестерни на валу при значительных силах в зацеплении приводит к большим деформациям, нарушающим точность зацепления и нормальную работу передачи. Иногда применяют конические передачи, в которых шестерня расположена между опорами, а не консольно. Такая конструкция сложнее и дороже.

3.Рассчет ременной передачи.

Рассчитываем момент на ведущем валу

Т_вед = Т_эд = Р_эд∙10³ ∙30/π n_дв

Т_вед = 15∙10³∙30/π∙1460 =100 Н∙м

Выберем диаметр ведущего шкива.

Пусть D₁ = 140 мм.

Рассчитаем скорость ремня:

υ = π D₁ n_дв /60∙10³

υ = π∙140∙1460/(60∙10³) = 11 м/с

По мощности двигателя

Р_дв = 15кВт и n_дв = 1460 об/мин

Выбираем стандартный тип ремня:

тип Б;

Рассчитываем диаметр ведомого шкива:

D₂ = D₁∙ U_рем (1-ξ)

D₂ = 140∙2,8 (1-0,01) = 388 мм

Выбираем ближайшее значение из нормального ряда чисел:

D₂ = 400 мм

Рассчитываем фактическое передаточное число ременной передачи:

U_факт = D₂ / D₁(1-ξ)

U_факт = 400/140(1-0,01) = 2,89

Рассчитываем межосевое расстояние:

Примем его равным D₁+D₂ = 140+400 = 540 мм.

Длина ремня:

L_р = 2 а + π (D₁+D₂ )/2 + (D₂- D₁)²/4 а

L_р = 2∙540 + π/2∙(140+400) + 260²/4∙(140+400) = 1959,53 мм

Выбираем ближайшее из нормального ряда чисел:

L_р = 2000 мм

Тогда уточняем межосевое расстояние по стандартной длине:

а = (2L - π (D₁+D₂ ) + [(2L - π (D₁+D₂ ))² – 8(D₂- D₁)²]^1/2)/8

а = (2∙ 2000 – 3,14(140+400) + [(2∙2000 – 3,14 (140+400))² – 8(140+400)²]^1/2)/8 = 540,24 мм=

= 540 мм

Определяем угол обхвата ремня:

α = 180 – (D₁-D₂) ∙ 57°/a

α = 180 – 260∙ 57°/540 = 152,56° ≈ 150°. Значит, коэффициент угла обхвата, соответствующий углу обхвата равному 150° Сα = 0,92

Коэффициент, учитывающий длину ремня:

L_р/ L₀ = 2000/2240 = 0,89 C_L = 0,98

Коэффициент режима работы при двусменном режиме работы:

С_реж = 1,38

Мощность, передаваемая при стандартных условиях ремнем Б, длиной

L₀ = 2240 мм P₀ = 2,90 кВт.

Допустимая нагрузка на ремень:

Р_допуст = Р₀ Сα С_L/ С_реж

Р_допуст = 2,90∙ 0,92∙0,98/1,38 = 1,9 кВт

Определение числа ремней:

Z = Р_дв/Р_допуск С_z,

где С_z = 0,9

Z = 15/1,9 ∙0,9 = 8,7.

Берем Z = 9

Усилие, действующее со стороны ременной передачи

F_P = 1,7 ∙ Р_дв∙10³∙С_реж∙sin(α_рем/2)/ υ_ремня ∙ С_α∙С_z = 3635 Н,

где

Р_дв = 15 кВт

С_реж = 1,38

α_рем = 152,56˚

υ_ремня = 11 м/с

С_α = 0,95

С_z = 0,9

Проверочный расчет:

4. Расчет редуктора.

Выбираем сталь:

Определяем число оборотов валов:

Ведущий вал:

n₁ = n_дв/U_рем

n₁ = 1460/2,8 = 505 об/мин

Ведомый вал:

n₂ = n₁/U_ред

n₂ = 505/5,6 = 90 об/мин

Определяем базовое число циклов:

N_НО1 = 30∙ НВ₁^2,4

N_НО2 = 30∙ НВ₂^2,4

N_НО1 = 30∙ 270^2,4 = 20∙10⁶ циклов

N_НО2 = 30∙240^2,4 = 15∙10⁶ циклов

Предельное напряжение при базовом числе циклов:

σ_нlimb1 = 2∙НВ₁ + 70

σ_нlimb2 = 2∙НВ₂ + 70

σ_нlimb1 = 2∙270 + 70 = 610 н/мм²

σ_нlimb2 = 2∙240 + 70 = 550 н/мм²

Число циклов нагружения:

N_НЕ1 = 60∙ n₁∙L₁

N_НЕ2 = _НЕ1/ U_ред

N_НЕ1 = 60∙ n₁∙L₁ = 60∙505∙15000 = 60,6∙10⁶ циклов

N_НЕ2 = N_НЕ1/ U_ред = 60,6/5,6 = 10,8∙10⁶ циклов

Коэффициент долговечности:

К_HL = 1, т.к. N_НЕ > N_НО

Предельное напряжение:

σ_нlim1 = σ_нlimb1∙ К_HL

σ_нlim2 = σ_нlimb2∙ К_HL ∙

σ_нlim1 = 610∙1 = 610 н/мм²

σ_нlim2 = 550∙1 = 550 н/мм²

Допускаемое напряжение:

σ_НР1 = 0,9 ∙ σ_нlim1/ Sн

σ_НР2 = 0,9 ∙ σ_нlim2/ Sн

σ_НР = 0,45 (σ_НР1 + σ_НР2)

σ_НРmin = σ_НР2

σ_НР1 = 0,9∙610/1,1 = 499,1 ≈ 500 Н∙м

σ_НР2 = 0,9∙550/1,1 = 450 Н∙м

σ_НР = 0,45 (500 + 450) = 225,45 Н∙м

σ_НРmin = σ_НР2 = 450 Н∙м

Рассчитываем межцентровое расстояние зубчатой передачи:

а_w = Ка (U_ред + 1) [Т₁ К_нβ/ψ_ваU_ред σ_НР²]^1/3

Ка = 430 – коэффициент межцентрового расстояния

Т₁ = 270 Н∙м

ψ_ва = ψ_вd ∙2/(U_ред + 1) – коэффициент отношения ширины зуба к межцентровому расстоянию.

ψ_вd = 1 К_нβ = 1,05 – коэффициент отношения ширины зуба к диаметру.

Тогда, следовательно,

ψ_ва = 0,303

а_w = 430 (5,6 + 1) [270∙ 1,05/(0,303∙5,6∙450²)]^1/3 = 266,18 мм

Выбираем из нормального ряда чисел по ГОСТ 2144 – 76:

а_w = 315 мм

а_w = (Z₁+Z₂)m_n/2 cosβ

Примем β = 10°

Определяем модуль зацепления

m_n= 2 а_w cosβ/Z₁ (1+U_ред)

Определяем числа и угол наклона зубьев, предварительно задав угол наклона

Примем β = 10°

Возьмем Z₁ = 20 зубьев.

Тогда

m_n= 2∙315 cos10/(20∙ (1+5,6)) = 4,7 мм

Выбираем из нормального ряда чисел для модуля зацепления, беря меньший по значению:

m_n= 4,5 мм

Найдем суммарное число зубьев

(Z₁+Z₂) = 2 а_w cosβ/ m_n

(Z₁+Z₂) = 2 315 cos10/ 4,5 = 138 зубьев

Тогда:

Z₁ = (Z₁+Z₂)/ (1+U_ред)

Z₂ = (Z₁+Z₂) - Z₁

Z₁ = 138/ (1+5,6) = 21

Z₂ = 138 – 21 = 117 зубьев.

Найдем фактическое передаточное число редуктора:

U_{ред. факт} = Z₂/ Z₁ = 117/21 = 5,57

U_{ред. факт} = 117/21 = 5,57

Найдем косинус угла наклона зубьев:

Cosβ = (Z₁+Z₂)m_n / 2 а_w

Cosβ = 138∙4,5 / 2∙315= 0,9857

Считаем:

d₁ = m_n Z₁/ cosβ

d₂ = m_n Z₂/ cosβ

d₁ = 4,5∙21/ 0,9857 = 95,87 мм

d₂ = 4,5∙117/ 0,9857 = 534,13 мм

Проверка:

d₁ + d₂ = 95,87+534,13 = 630 мм = 2 а_w . Верно.

Тогда ширина колес:

b₂ = ψ_ва а_w

b₁ = b₂ + (2..4) m_n

b₂ = 0,303∙315 = 95,445 ≈ 95 мм

b₁ = 95 + 2 ∙ 4,5 = 104 мм

Проверка:

b₂ ∙ sinβ≥4m_n

95 ∙ sinβ≥4∙4,5

16,800≥18

Неверно. Следовательно, нужно изменить m_n или угол β.

Возьмем m_n=4,0 мм

Найдем суммарное число зубьев:

(Z₁+Z₂) = 2 а_w cosβ/ m_n

(Z₁+Z₂) = 2 315 cos10/ 4,0 = 155 зубьев

Тогда:

Z₁ = (Z₁+Z₂)/ (1+U_ред)

Z₂ = (Z₁+Z₂) - Z₁

Z₁ = 155/ (1+5,6) = 23 зуба

Z₂ = 155-23 = 132 зуба

Найдем фактическое передаточное число редуктора: