ДетМаш1 (Методичка для курсового по деталям машин (Сумин))

МГАПИ

Кафедра ТИ - 4

Дисциплина “ Основы проектирования средств автоматизации “

( 3410 )

Задание на курсовой проект N 2

Расчет и проектирование одноступенчатого зубчатого редуктора

1. Схема привода Z₁

5

1 2 3 4

0,003t 0,4t 0,6t

М Z₂ Т_т ; n_т

_{1,4 М}

0,6 М График нагрузки

Параметр Варианты

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Т_Т, кН*М 0,5 0,4 0,6 0,7 0,45 0,35 0,3 0,55 0,65 0,75

n_Т,об/мин 50 40 60 70 80 45 55 65 75 85

u_{ПЛ. РЕД} 12 15 11 12 10 16 14 13 12 11

Параметр Варианты

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Т_Т, кН*М 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,1 0,15 0,28 0,18 0,32

n_Т, об/мин 80 85 75 70 65 100 95 90 80 85

u_{ПЛ. РЕД} 12 11 13 12 11 8 9 10 14 12

Примечание. u_{ОДНОСТУП. РЕД} принимать в пределах 2.5...5.0

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

1.1. Определение общего передаточного числа.

1.2. Определение мощности электродвигателя

1.3. Выбор электродвигателя.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПУСКАЕМЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

2.1. Определение допускаемых контактных напряжений.

2.2. Определение допускаемых напряжений изгиба.

3. ПРОЕКТНЫЙ РАСЧЕТ ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ

3.1. Определение модуля и числа зубьев колес.

3.2. Расчет геометрических параметров зубчатой передачи.

3.3. Проектный расчет зубчатой передачи на контактную прочность.

3.4. Проектный расчет зубьев на изгиб.

3.5. Расчет передачи на кратковременные перегрузки по контактным

напряжениям.

4. РАСЧЕТ ВАЛОВ РЕДУКТОРА

4.1. Расчет сил, действующих в зубчатром зацеплении.

4.2. Ориентировочный выбор ступеней валов.

4.3. Определение опорных реакций

4.4. Определение изгибающих и крутящих моментов, действующих на вал.

4.5. Определение напряжений в опасных сечениях вала.

4.6. Расчет валов на выносливость.

4.7. Расчет шпонки тихоходного вала.

5. РАСЧЕТ ПОДШИПНИКОВ

5.1. Выбор типа и класса точности подшипников зуьчатого редуктора.

5.2. Расчет подшипников на долговечность.

6. РАСЧЕТ БОЛТОВ КРЫШЕК ПОДШИПНИКА

1. ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

1.1. Определение общего передаточного числа.

Для приводов механизмов манипуляторов рекомендуют использовать эле-

ктродвигатели с синхронными частотами вращения 1500 или 3000 об / мин, т.е. с

учетом 3% скольжения n_НОМ = 1450 об / мин или n_НОМ = 2900 об / мин.

Тогда для варианта 1

n_НОМ 1450

u_ОБЩ = = = 29;

n_Т 50

Для варианта 2 n_НОМ 2900

u_ОБЩ = = = 58.

n_Т 50

Передаточное число одноступенчатого редуктора

Для варианта 1 n_ОБЩ 29

u_РЕД = = = 2,4 ,

n_{ПЛ. РЕД} 12

n_ОБЩ 58

Для варианта 2 u_РЕД = = = 4,8

n_ПЛ.РЕД 12

Принимаем передаточные числа по вариату 2.

1.2. Определение мощности электродвигателя

Определение мощности на тихоходном валу редуктора

Т_{Т *} n_Т 0,5 * 10³ * 50

Р_Т = = = 2,6 кВт

9550 9550

Определение КПД привода

h = h_ПЛ.РЕД* h_М* h_З* h_ПОДШ = 0,85 * 0,98 * 0,97 * 0,99⁴ = 0,77 ,

где h_ПЛ.РЕД , h_М , h_З , h_ПОДШ - соответственно КПД планетарного редук-

тора, муфты, зубчатой передачи, подшипников.

Определение мощности электродвигателя

Р_Т 2,6

Р_ЭЛ.ДВ = = = 3,38 кВт .

h 0,77

1.3. Выбор электродвигателя

По результатам расчета выбираем электродвигатель закрытый обдуваемый

серии 4А по ГОСТ 19523- 81 :

типоразмер двигателя - 4А100S2У3 ; мощность - 4,0 кВт ; синхронная час-

тота вращения - 3000 об / мин ; коэффициэнт скольжения - 4,3% ;

Т_ПУСК / Т_НОМ = 2,0 ; диаметр вала - 28мм .

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПУСКАЕМЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

2.1. Определение допускаемых контактных напряжений.

2.1.1. Выбор материала зубчатых колес.

Зубчатые колеса изготавливают в основном из темообработанной стали. В

зависимости от твердости рабочих поверхностей зубьев зубчатые колеса делят на две группы: с твердостью по Бринеллю £ 350 НВ - нормализованные или улу-

чшенные ; с твердостью по Роквеллу >45 HRCэ - объемно или поверхностнозака-

ленные, в том числе цементированные, цианированные, азотированные и другие.

Для первой группы рекомендуется применять углеродистые стали по

ГОСТ 1050-88 : сталь35 и сталь45. Для второй группы используют легированные

стали по ГОСТ 4543-71 : 40Х, 35ХМ, 40ХН, 20ХНМ, 12ХН3А, 25ХГНМ .

Для колеса выбираем сталь 35 : 163...192 НВ, s_В = 550 Мпа; s_Т=270 Мпа ,

а для шестерни - сталь 45: 179...207НВ, s_В = 600 Мпа ; s_Т = 320 Мпа.

Средняя твердость материала шестерни - НВ₁ = 198.

Средняя твердость материала колеса - НВ₂ = 176.

Средняя твердость материала ступени - НВ = 187.

Таким образом термообработка как колеса так и шестерни - нормализация.

2.1.2. Определение эквивалентного и базового числа циклов нагружения.

Суточное эквивалентное время работы передачи

M₁

tэ = t + t₁ ( ) ^{m / 2} = 6,4 + 9,6 ( 0,6 )³ = 8,47 ч ,

M

где t = 0,4* 16 = 6,4 - при работе 16 часов в сутки, т.е. в две смены ;

t₁ = 0,6 * 16 = 9,6.

Эквивалентное время работы за весь срок службы

Т_å = tэ * L_ГОД * 365 * К_ГОД * К_СУТ = 8,47 * 5 * 365 * 0,6 * 0,7= 6490 ч

Суммарное число циклов нагружения за расчетный срок службы передачи

N_å1 = 60 * n ₁ * Т_å * С = 60 * 50 * 4,8 * 6490 * 1 = 93 456 000 циклов ;

N_å2 = 60 * n ₂ * Т_å * С = 60 * 50 * 18550 * 1 = 19 470 000 циклов .

Базовое число циклов нагружения

N_{Н 0 1} = 30 * НВ₁^2,4 = 30 * 198 ^2,4 = 11 854 000 циклов ;

N_{Н 0 2} = 30 * НВ₂^2,4 = 30 * 176 ^2,4 = 7 351 000 циклов ,

т. е. N_{Е 1} > N _{Н 0 1} ; N _{Е 2} > N _{Н 0 2 .}

2.1.3. Определение допускаемых контактных напряжений при расчете на

усталость

Допускаемое напряжение [ s _H ] = ( s _HO / S _H ) * K _HL ,

где S _H - коэффициент безопасности . Рекомендуют S _H ³ 1,1 при норма-

лизации, улучшении или объемной закалке зубьев ; S _H ³ 1,2 при поверхностной закалке, цементации , т.е. при неоднородной структуре по оьъему;

К_HL - коэффициент долговечности, учитывающий влияние срока службы и

р ежима нагрузки передачи, равный 1 £ К_НL £ 2,4 и определяемый по формуле

K_HL = ⁶ N_HO / N_НЕ ,

где N_HO - базовое число циклов ;

N_HE - эквивалентное число циклов, равное N_HE = К_НЕ * N_å ,

где коэффициент эквивалентности зависит режима нагружения, который

может быть : 0 - постоянный, 1 - тяжелый, 2 - средний равновероятный, 3 - сред-

ний нормальный, 4 - легкий, 5 - особо легкий. Для металлорежущих станков ха-

рактерен легкий режим работы, для которого К_НЕ = 0,125. Тогда

N_{НЕ 1} = 0,125 * 93456000 = 11 682 000,

N_{НЕ 2} = 0,125 * 19 470 000 = 2 434 000.

Тогда

К_{HL 1} = ⁶ 11854000 / 11682000 = 1,002, К_{HL 2} = ⁶ 7351000 / 2434000 = 1,2 ,

s_НО - предел выносливости, который зависит от термообраьотки и твер-

дости зубьев. При нормализации (см. табл. 8.9 [ 1 ] )

s_{НО 1} = 2 * НВ + 70 = 2 * 198 + 70 = 466 ,

s_{НО 2} = 2 * НВ + 70 = 2 * 176 + 70 = 422 . Определяем допускаемое напряжение

[ s _{H 1}] = ( 466 / 1,1 ) * 1,002 = 424 Мпа ,

[ s_{H 2}] = ( 422 / 1,1 ) * 1,2 = 460 Мпа .

Определение расчетного допускаемого напряжения .

Для зубчатых передач с небольшой разностью твердости зубьев шестерни и колеса за расчетное принимается меньшее из двух допускаемых напряжений, определенных для материала шестерни [ s_Н1 ] и колеса [s_Н2 ] _.

Для передач, в которых зубья шестерни имеют твердость значительно пре-

вышающей твердость зубьев колеса, за расчетное принимают среднее значение из [s_Н1 ] и [ s_Н2 ] . Таким образом при НВ ₁ - НВ₂ ³ 70 :

[ s_{H 1} ] + [ s_H2 ]

[ s_H ] = £ 1,25 [ s_H ] _{min .}

2

Принимаем [ s_H ] = 424 Мпа .

2.2. Определение допускаемых напряжений изгиба.

Допускаемые напряжения изгиба при расчете на усталость

[ s_F ] = ( s_FO ) / S_F ) K_FC K _FL ,

где s_FO - предел выносливости зубьев по напряжениям изгиба, который

определяют экспериментально ( см. табл. 8.9 [ 1 ] ). При нормализации и улучше-

нии сталей 35, 45, 40Х : s_{FO 1} = 1,8 НВ = 356,4 ; s_FO = 316,8 ,

S_H = 1,55 ( см. табл. 8.9 [ 1 ] ) - коэффициент безопасности,

К_FC = 1 - коэффициент, учитывающий влияние двустороннего приложения нагрузки ( при односторонней нагрузке ) ,

К_FL -коэффициент долговечности, равный :

при твердости зубчатых колес < 350 НВ

К_FL = ⁶ N_FO / N _FE ³ 1, но £ 2 ,

при твердости зубчатых колес > 350 НВ

К_FL = ⁶ N _FO / N_FE ³ 1, но £ 1,6 .

Рекомендуют применять N_FO = 4 * 10⁶ для всех сталей,

N_FE - эквивалентное число циклов, равное

N_FE = K _FE N _å ,

где К_FE = 0,038 - при нормализации и легком режиме нагружения ;

N_å1 = 93 456 000 - для шестерни ( см. пункт 2.1 ) ; N_{å 2} = 19 470000.

Т огда N_{FE 1} = 0,038 * 93456000 = 3551000 ; N_{FE 2} = 0,038 * 19470000 = 740000.

K_FL1 = ⁶ 4000000 / 3551000 = 1,02

K_FL2 = ⁶ 4000000 / 740000 = 1,32.

Откуда допускаемые напряжения будут равны :

[ s _F1] = ( 356,4 / 1,55 ) * 1 * 1,02 = 230 Мпа ,