Проектирование одноступенчатого цилиндрического редуктора для машин непрерывного транспорта

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ПРИАЗОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Курсовой работе по курсу «Детали машин»

Тема: Проектирование одноступенчатого цилиндрического редуктора

для машин непрерывного транспорта

 

 

 

 

 

     Выполнила:  

Ст.гр.МО-10

Гориченко Я.В

 Проверил:

Нефедов И. А.

 

 

 

 

 

 

г. Мариуполь, 2012 г.

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение          3

1 Проектный расчет прямозубой зубчатой передачи    7

1.1 Определение геометрических параметров зубчатой передачи  7

1.2 Подбор материалов шестерни по заданному материалу колеса и

определение допускаемых напряжений       10

1.3 Определение расчетного крутящего  момента, который 

может передавать редуктор         11

2 Кинематический расчет привода       12

2.1 Определение скорости вращения выходного вала привода  12

2.2 Выбор типа дополнительной  передачи     12

2.3 Расчет мощности тихоходного  вала редуктора    13

2.4 Определение общего к.п.д. привода     13

2.5 Расчет требуемой мощности  электродвигателя    13

2.6 Выбор типоразмера электродвигателя     13

2.7 Расчет мощности, частоты вращения  и вращающих

моментов на валах редуктора        15

3 Расчет окружной скорости в  зацеплении шестерни и колеса 

и определение степени точности передачи      16

4 Компоновка редуктора        17

4.1 Проектный расчет валов       17

4.2 Подбор шпонок        20

4.3 Подбор подшипников       20

4.4 Подбор уплотнений        21

4.5 Расчет конструктивных элементов  шестерни и колеса   22

5 Выполнение компоновочного эскиза  редуктора    23

6 Проверочный расчет зубчатой  передачи     29

6.1 Расчет на выносливость по контактным напряжениям   29

6.2 Расчет на усталость по  напряжениям изгиба    30

7 Проверочный расчет вала на  выносливость     32

8 Расчет долговечности подшипников      38

9 Расчет прочности шпоночных  соединений     39

9.1 Расчет по напряжениям смятия      39

9.2 Расчет по напряжениям среза      40

10 Расчет конструктивных элементов  корпуса редуктора   41

11 Выбор смазочных материалов  и устройств     43

12 Выбор соединительной муфты       44

Список использованной литературы      45

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Цель курсового проектирования – систематизировать, закрепить, расширить теоретические знания, а также развить расчетно-графические навыки студентов. Основные требования, предъявляемые к создаваемой машине: высокая производительность, надёжность, технологичность, минимальные габариты и масса, удобство в эксплуатации и экономичность.

Редуктором называют механизм, выполненный в виде самостоятельного агрегата с целью понижения частоты вращения ведущего вала и увеличения вращающего момента на ведомом валу.

Редуктор состоит из зубчатых или червячных передач, установленных в отдельном герметичном корпусе, что принципиально отличает его от зубчатой или червячной передачи, встраиваемой в исполнительный механизм или машину.

Редукторы широко применяют в приводах различных рабочих машин в разных отраслях машиностроения, поэтому число разновидностей их велико. Соединение редуктора с двигателем и рабочей машиной осуществляют с помощью муфт илиременных и цепных передач.

Широко применяют мотор-редукторы, представляющие собой объединённые в одно целое фланцевый высокоскоростной электродвигатель и редуктор, служащий для повышения вращающего момента. Мотор-редукторы экономичнее и имеют более высокие КПД и пусковой момент, чем обычные тихоходные высоко моментные электродвигатели.

Редукторы классифицируют по типам, типоразмерам и исполнениям. Тип редуктора определяют по виду применяемых зубчатых передач и порядку их размещения внаправлении от быстроходного вала к тихоходному, по числу ступеней передач и по расположению геометрической оси  тихоходного вала в пространстве.

Для обозначения применяемых зубчатых передач используют прописные буквы: Ц — цилиндрические, К — конические, КЦ — коническо-цилиндрические, Ч — червячные, ЧЦ — червячно-цилиндрические, ЦЧ — цилиндрическо-червячные, Г — глобоидные, П — планетарные, В — волновые.

По числу ступеней передач различают редукторы: одноступенчатые, двухступенчатые, трехступенчатые. Если число одинаковых передач две и более, то в обозначении редуктора после буквы ставят соответствующую цифру.

Широкий редуктор обозначают буквой Ш, узкий — У, соосный — С. В мотор-редукторах к обозначению впереди добавляют букву М (МП — мотор-редуктор с планетарной зубчатой передачей).

По расположению геометрической оси тихоходного вала в пространстве различают редукторы горизонтальные, вертикальные и универсальные.

Если всевалы редуктора расположены в одной вертикальной плоскости, то к обозначению типа добавляют индекс В. Если ось тихоходного вала вертикальна, то добавляют индекс Т, если ось быстроходного вала вертикальна — индекс Б.

Типоразмер редуктора определяют тип и главный размер (параметр) тихоходной ступени.

Для цилиндрической, червячной и глобоидной передач главным параметром является межосевое расстояние аw, конической — внешний делительный диаметр колесаdе2, планетарной — радиус водила Rw,волновой — внутренний диаметр гибкого колеса d в недеформированном состоянии. Все перечисленные размеры в мм.

Другими параметрами зубчатых редукторов являются коэффициент ширины зубчатых колёс, модули (торцовые или нормальные) зубчатых колёс, углы наклона зубьев, а для червячных редукторов — дополнительно коэффициент диаметра червяка.

Исполнение редуктора определяют передаточное число, вариант сборки и форма концевых участков валов (цилиндрическая, коническая).

Основная энергетическая характеристика редуктора — номинальный вращающий моментТ2 на тихоходном валу. Показателем технического уровня редуктора является удельная масса γ — отношение массы (кг) редуктора к номинальному вращающему моменту Т2 (Н·м) на выходном валу. Чем меньше γ, тем выше технический уровень редуктора.

Цилиндрические редукторы состоят из цилиндрических зубчатых передач. Благодаря своей долговечности, широкому диапазону передаточных вращающих моментов, простоте изготовления и обслуживания они широко распространены в машиностроении.

Одноступенчатые редукторы типа применяют при передаточных числах u≤ 6,3. Зацепление в большинстве случаев косозубое.

Двухступенчатые редукторы выполняют по развёрнутой, раздвоенной схемам.Диапазон u = 6,3...40.Наиболее распространены цилиндрические двухступенчатые горизонтальные редукторы типа Ц2,выполненные по развёрнутой схеме. Они конструктивно просты, технологичны, имеют малую ширину. Недостатком этих редукторов является неравномерность распределения нагрузки по длине зуба из-за несимметричного расположения колес относительно опор.

Для улучшения условий работы зубчатых колёс наиболее нагруженной тихоходной ступени применяют редукторы с раздвоенной быстроходной ступенью типа Ц2Ш. Для равномерной нагрузки обеих зубчатых пар быстроходной ступени их выполняют косозубыми (зубчатое колесо одной пары — с правым, другой — с левым зубом), а один из валов делают«плавающим», что обеспечивает самоустановку вала в осевом направлении. Такие редукторы легче редукторов по развёрнутой схеме (на 20%).

Соосные редукторы типа Ц2С имеют меньшую длину корпуса. Они проще по конструкции, легче и менее трудоёмки в изготовлении.

Цилиндрические трёхступенчатые редукторы выполняют по развёрнутой или раздвоенной схеме при u= 31,5...250.

Конические редукторы типаК выполняют с круговыми зубьями при передаточном числе u< 5.

Коническо-цилиндрические редукторы независимо от числа ступеней выполняют с быстроходнойконической ступенью.

Червячные редукторы чаще всего применяют в одноступенчатом исполнении с передаточным числом u = 8...63. Для приводов тихоходных машин применяют червячно-цилиндрические типа ЧЦ или двухступенчатые типа Ч2редукторы.

Тип редуктора, основные параметры и конструкцию выбирают в зависимости от его места в силовой цепи привода машины, передаваемого момента и частоты вращения, назначения машины и условий эксплуатации. На практике используют стандартные редукторы, изготавливаемые на специализированных заводах.

Цилиндрические редукторы следует предпочитать другим ввиду более высоких значений КПД. При больших передаточных числах применяют планетарные, червячные и волновые редукторы.

Корпуса (картеры) редукторов должны быть прочными и жёсткими. Внешние очертания формируют плоскостями с внутренним расположением бобышек, фланцев и рёбер.

Корпуса отливают из серого чугуна, реже из алюминиевых сплавов. Для удобства сборки корпуса редукторов выполняют разъёмными по плоскости расположения осей валов.

Опорами валов редукторов являются подшипники качения.

Смазывание зубчатых или червячных передач редукторов применяют в целях уменьшения изнашивания, отвода тепла и продуктов износа контактирующих поверхностей, защиты от коррозии и снижения шума и вибраций. В большинстве случаев смазывание зацепления осуществляют погружением в масляную ванну, а подшипников — разбрызгиванием (масляным туманом).

При окружной скорости колеса свыше 3 м/с происходит интенсивное разбрызгивание масла внутри корпуса и образование масляного тумана, обеспечивающего смазывание всех других зацеплений и подшипников качения.

Во избежание больших гидравлических потерь окружная скорость погружаемой детали не должна превышать 12,5 м/с.

Сорт масла назначают в зависимости от условий и режима работы. Вязкость масла должна быть тем выше, чем больше значения контактных напряжений и меньше значение окружной скорости.

В процессе эксплуатации смазочные масла постепенно теряют свойства. Периодичность замены масла устанавливают в зависимости от условий работы.

Нам в нашей работе необходимо спроектировать одноступенчатый редуктор механического привода ленточного транспортёра (конвейера), а также подобрать муфты, двигатель и др. Редуктор состоит из литого чугунного корпуса, в котором помещены элементы передачи – шестерня, колесо, подшипники, вал и пр. Входной вал соединяется с быстроходной клиноременной передачей, а та в свою очередь – с двигателем, выходной – с конвейером. Редуктор может применяться в различных устройствах, помимо данного.

Транспортёры (конвейеры) перемещают сыпучие и кусковые материалы или штучные однородные грузы непрерывным потоком на небольшие расстояния. Их широко применяют для механизации погрузочно-разгрузочных операций, для транспортировки изделий в технологических поточных линиях и т. д.

В настоящее время известно большое количество разнообразных транспортирующих устройств, различающихся как по принципу действия, так и по конструкции.

Все эти устройства можно разделить на две основные группы:

1) транспортирующие устройства с тяговым органом — ленточные и цепные транспортёры, а также элеваторы;

 

2) транспортирующие устройства без тягового органа — гравитационные, качающиеся, пневматические, гидравлические и др.

Исходными данными для проектирования является техническое задание (табл. 1).

Таблица  1.  Исходные данные для расчёта (Вариант 29)

Параметр	Значение
Межосевое расстояние a, мм	200
Передаточное число редуктора	4
Коэффициент рабочей ширины зубчатых колес по межосевому расстоянию	0,315
Материал колеса	Сталь 50
Вид термообработки колеса	Н - нормализация
Кинематические параметры на выходе: диаметр барабана D, мм окружная скорость барабана v,м/с	400 1
Назначение редуктора	тихоходный
Вид зацепления зубьев	прямозубое

 

Предварительно принятая кинематическая схема, соответствующая заданию на проект, представлена на рисунке 2.1.

Проектирование проводится с учётом основных принципов:

-  все детали и сборочные единицы должны обладать одинаковой степенью соответствия требованиям надёжности, точности, жёсткости и прочности;

-  конструируемое изделие должно иметь рациональную компоновку сборочных единиц, обеспечивающую  малые габариты, удобство сборки;

-  конструируемое изделие должно соответствовать требованиям унификации и стандартизации.

 

 

 

 

1 Проектный расчет прямозубой зубчатой передачи

1.1 Определение геометрических параметров зубчатой передачи

В соответствии с опытом проектирования модуль зацепления определяется по зависимости

m = (0,01 … 0,02)× а

гдеа = 180  – межосевое  расстояние,  мм;

m = (0,01 … 0,02) × 200 =  2 … 4