126294 (Проект червячного редуктора)

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

НА ТЕМУ:

«ПРОЕКТ ЧЕРВЯЧНОГО РЕДУКТОРА»

Днепропетровск 2010

Введение

Курсовой проект – самостоятельная конструкторская работа. При выполнении проекта нужно проявить максимум инициативы и самостоятельности.

Цель курсового проекта – углубить теоретические и практические навыки и знания, полученные в процессе обучения, а также закрепить необходимые навыки конструирования, расчета и эксплуатации червячного редуктора.

В данном курсовом проекте необходимо решить следующие задачи:

1. Спроектировать 2 червячные передачи на 5 kH*м на выходном валу.

2. Расчет на прочность.

3. Выбор подшипники из условия Т_СЛ =10000 часов.

2. Назначение и область применения привода

Редуктором называют механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненный в виде отдельного агрегата и служащий для передачи мощности от двигателя к рабочей машине.

Назначение редуктора – понижение угловой скорости и повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с валом ведущим.

Редуктор состоит из литого чугунного корпуса, в котором помещены элементы передачи – червяк, червячное колесо, подшипники, вал и пр. Входной вал редуктора посредством зубчато-ременной передачи соединяется с двигателем, выходной посредством муфты – с конвейером.

Червячные редукторы применяют для передачи движения между валами, оси которых перекрещиваются.

Так как КПД червячных редукторов невысок, то для передачи больших мощностей в установках, работающих непрерывно, проектировать их нецелесообразно. Практически червячные редукторы применяют для передачи мощности, как правило, до 45 кВт и в виде исключения до 150 кВт.

2. Расчетная часть

2.1 Спроектировать 2 червячные передачи на 5kH*м на выходном валу

Исходные данные для расчета: выходная мощность – =5 кВт; выходная частота вращения вала рабочей машины – =65 об/мин; нагрузка постоянная; долговечность привода – 10000 часов.

Рис. 1 – кинематическая схема привода: 1 – двигатель; 2 – клиноременная передача; 3 – червячная передача; 4 – муфта

Определение требуемой мощности электродвигателя

– (2.1)

где: - коэффициент полезного действия (КПД) общий.

х (2.2)

где [3, табл. 2.2]: - КПД ременной передачи

- КПД червячной передачи

- КПД подшипников

- КПД муфты

Определяем частоты вращения и угловые скорости валов.

- угловая скорость двигателя;

- число оборотов быстроходного вала;

- угловая скорость быстроходного вала;

- число оборотов тихоходного вала;

– угловая скорость тихоходного вала.

Определение мощностей и передаваемых крутящих моментов валов

Определяем мощности на валах

Расчет ведем по [3]

Мощность двигателя -

Определяем мощность на быстроходном валу

(3.1)

Определяем мощность на тихоходном валу

(3.2)

Определяем вращающие моменты на валах

Определяем вращающие моменты на валах двигателя, быстроходном и тихоходном валах по формуле

(3.3)

Расчет червячной передачи

Исходные данные

Выбор материала червяка и червячного колеса

Для червяка с учетом мощности передачи выбираем [1, c. 211] сталь 45 с закалкой до твердости не менее HRC 45 и последующим шлифованием.

Марка материала червячного колеса зависит от скорости скольжения

(4.1)

м/с

Для венца червячного колеса примем бронзу БрА9Ж3Л, отлитую в кокиль.

Предварительный расчет передачи

Определяем допускаемое контактное напряжение [1]:

[у_н] =К_HLС_v0,9_в, (4.2)

где С_v – коэффициент, учитывающий износ материалов, для V_s=0,75 он равен 1,21

_в, – предел прочности при растяжении, для БрА9Ж3Л _в,=500

К_HL – коэффициент долговечности

К_HL = , (4.3)

где N=573₂L_h, (4.4)

L_h – срок службы привода, по условию L_h=10000 ч

N=573х1,03х10000=5901900

Вычисляем по (4.3):

К_HL =

К_HL =1.068

[у_н] =1.068х1,21х500=646

Число витков червяка Z₁ принимаем в зависимости от передаточного числа при U = 17 принимаем Z₁ = 2

Число зубьев червячного колеса Z₂ = Z₁ x U = 2 x 17 = 34

Принимаем предварительно коэффициент диаметра червяка q = 10;

Коэффициент нагрузки К = 1,2; [1]

Определяем межосевое расстояние [1, c. 61]

(4.5)

Вычисляем модуль

(4.6)

Принимаем по ГОСТ2144–76 (таблица 4.1 и 4.2) стандартные значения

m = 4.5

q = 10

Тогда пересчитываем межосевое расстояние по стандартным значениям m, q и Z₂:

(4.7)

Принимаем aw = 100 мм.

Расчет геометрических размеров и параметров передачи

Основные размеры червяка.:

Делительный диаметр червяка

(4.8)

Диаметры вершин и впадин витков червяка

(4.9)

(4.10)

Длина нарезной части шлифованного червяка [1]

(4.11)

Принимаем b₁=42 мм

Делительный угол подъема г:

г =arctg(z₁/q)

г =arctg (4/10)

г = 21 є48’05»

h_a=m=4 мм; h_f=1,2x m=4,8 мм; c=0,2x m=0,8 мм.

Основные геометрические размеры червячного колеса [1]:

Делительный диаметр червячного колеса

(4.12)

Диаметры вершин и впадин зубьев червячного колеса

(4.13)

(4.14)

Наибольший диаметр червячного колеса

(4.15)

Ширина венца червячного колеса

(4.16)

Принимаем b₂=32 мм

Окружная скорость

(4.17)

червяка -

колеса –

Скорость скольжения зубьев [1, формула 4.15]

КПД редуктора с учетом потерь в опорах, потерь на разбрызгивание и перемешивания масла [1, формула 4.14]

Уточняем вращающий момент на валу червячного колеса

(4.18)

По [1, табл. 4.7] выбираем 7-ю степень точности передачи и находим значение коэффициента динамичности Kv = 1,1

Коэффициент неравномерности распределения нагрузки [1, формула 4.26]

В этой формуле коэффициент деформации червяка при q =10 и Z₁ =2 [1, табл. 4.6]

При незначительных колебаниях нагрузки вспомогательный коэффициент Х=0,6

Коэффициент нагрузки

Таблица 1. Параметры червячной передачи

2.2 Расчет на прочность

Расчет ведущего вала – червяка

Заменяем вал балкой на опорах в местах подшипников.

Рассматриваем вертикальную плоскость (ось у)

Изгибающий момент от осевой силы Fа будет:

m_а=[Faxd/2]:

m_а=6370·4010^-3/2=127,4Нм.

Определяем реакции в подшипниках в вертикальной плоскости.

1m_Ау=0

R_By·(a+b)+F_r·a – m_а=0

R_By=(F_r·0,093 – m_а)/ 0,186=(4989·0,093–127,4)/ 0,186=649,8 Н

Принимаем R_By=650Н

2m_Ву=0

R_Аy·(a+b) – F_r·b – m_а=0

R_Аy=(F_r·0,093+ m_а)/ 0,186=(4989·0,093+174,5)/ 0,186=2526,2 Н

Принимаем R_Аy=2526 Н

Проверка:

F_Ку=0

R_Аy – F_r+ R_By=2526–3176+650=0

Назначаем характерные точки 1,2,2’, 3 и 4 и определяем в них изгибающие моменты:

М_1у=0;

М_2у= R_Аy·а;

М_2у=2526·0,093=235 Нм;

М_2’у= М_2у – m_а(слева);

М_2’у=235–174,5=60,5 Нм;

М_3у=0;

М_4у=0;

Строим эпюру изгибающих моментов М_у, Нм.

Рассматриваем горизонтальную плоскость (ось х)

1m_Ах=0;

F_ш·(a+b+с) – R_Вх·(a+b) – F_t·a=0;

1232·(0,093+0,093+0,067) – R_Вх·(0,093+0,093) – 138·0,093=0;

R_Вх=(311,7–12,8)/0,186;

R_Вх=1606,9Н

R_Вх1607Н

2m_Вх=0;

– R_Ах·(a+b)+F_t·b+F_ш·с= 0;

R_Ах=(12,834+82,477)/0,186;

R_Ах=512,4Н

R_Ах512Н

Проверка

m_Кх=0;

– R_Ах+ F_t – F_ш+ R_Вх=-512+138–1232+1607=0

Рис. 2. Эпюры изгибающих и крутящих моментов ведущего вала

Назначаем характерные точки 1,2,2’, 3 и 4 и определяем в них изгибающие моменты:

М_1х=0;

М_2х= – R_Ах·а;

М_2х=-512·0,093=-47,6Нм;

М_3х= – F_ш ·с;

М_3х=-1232·0,067=-82,5Нм

М_4х=0;

Строим эпюру изгибающих моментов М_х.

Крутящий момент

Т_I-I=0;

Т_II-II=T₁=F_t·d₁/2;

Т_II-II=2,76Нм

Определяем суммарные изгибающие моменты: