Проектировать двухступенчатый горизонтальный коническо-цилиндрический редуктор общего назначения

1. Задание проекта

Спроектировать двухступенчатый  горизонтальный коническо-цилиндрический редуктор общего назначения.

Рис. 1. – Кинематическая схема привода ленточного конвейера:

1-двигатель; 2- ременная передача; 3- редуктор; 4- муфта; 5- барабан.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Окружная сила на барабане    Р = 8 кН;

Скорость движения ленты  транспортера  V = 0,1 м/с;

Диаметр барабана      .

2. Выбор электродвигателя. Определение вращающих моментов и скоростей на валах редуктора

1. Выбор электродвигателя

Требуемая мощность (Вт) электродвигателя:

, где F – окружная сила на барабане, V – скорость длины ленты транспортёра, - общий КПД привода.

;

 где  - КПД ремённой передачи, - КПД конической передачи, - КПД цилиндрической передачи, - КПД подшипников, - КПД муфты.

.

Исходя из полученных данных выбираем электродвигатель со следующими техническими параметрами:

электродвигатель АИР 90 LB8 ТУ 16-525.564-84

Мощность N=1,1 кВт

Синхронная частота вращения n=715 об/мин.

Частота вращения приводного вала рабочей машины (число  оборотов на выходе):

об/мин, где - диаметр барабана.

Передаточное  число привода:

; .

2. Определение вращающих моментов и скоростей на валах редуктора

Расчёт моментов на валах:

;

;

;

.

Расчёт  скоростей:

; ;

; ;

; .

3. Расчёт зубчатых колёс редуктора

1. Выбор материала и термической обработки. Допускаемые напряжения.

Так как в задании нет особых требований в отношении габаритов  передачи, выбираем материалы со средними механическими характеристиками. Для  шестерен принимаем сталь 45 улучшенную с твердостью НВ 262; для колес сталь 45 улучшенную с твердостью НВ 235.

Твёрдость, допускаемые контактные напряжения и напряжения изгиба:

для колеса: ; ; .

для шестерни ; .

Среднее допускаемое  контактное напряжение:

.

2. Расчёт зубчатой цилиндрической передачи

1. Геометрия колёс

Коэффициент ширины зубчатого колеса при несимметричном расположении: . Коэффициент ширины в долях диаметра: .

Коэффициент неравномерности распределения  нагрузки:

.

Межосевое расстояние:

.

Округлим до стандартного значения: .

Нормальный модуль зацепления: . Принимаем стандартный .

Минимальный угол наклона зубьев: .

Суммарное число зубьев: .

Действительное значение угла наклона  зубьев: .

Количество зубьев шестерни: ; .

Количество зубьев колеса: .

Делительные диаметры шестерни и колеса:

;

.

Диаметры вершин зубьев:

;

.

Диаметры впадин зубьев:       Рис. 2. – Схема зубьев.

;

.

Ширина колеса:

; принимаем .

Ширина шестерни:

.

Окружная скорость колёс:

. Степень точности передачи 9.

2. Расчёт сил в зацеплении

Окружная сила: .

Радиальная: .

Осевая: .

Рис. 3. – Силы действующие в зацеплении.

3. Проверочный расчёт передачи

Проверка зубьев по контактным напряжениям.

Значения коэффициентов  ; ; .

Расчётное контактное напряжение:

.

Так как  , то условие прочности по контактным напряжениям выполнено.

Проверка зубьев по напряжениям  изгиба.

Коэффициенты: ; ; ; ; ; .

Расчётное напряжение изгиба в зубьях колеса: , что меньше .

Расчётное напряжение изгиба в зубьях шестерни: , что меньше .

Таким образом, прочность на изгиб  зубьев колёс обеспечена.

3. Расчёт конической зубчатой передачи

1. Геометрия колёс

Коэффициент ; .

Диаметр внешней делительной окружности колеса при : , принимаем .

Углы делительных косинусов, конусное расстояние и ширина колёс. Угол делительного конуса колеса: ; .

Угол делительного конуса шестерни: ; .

Конусное  расстояние: .

Ширина  колёс: , принимаем

Модуль передачи. Коэффициенты: ; .

Внешний торцевой модуль передачи:   .

Число зубьев колёс: ; .

Фактическое передаточное число: . Отклонение: , что меньше 4%.

Окончательные размеры колёс. Углы делительных косинусов колеса и шестерни: ; ; ; ; .

Делительные диаметры колёс: ; .

Коэффициенты  смещения: ; .

Внешние диаметры колёс: ; .

2. Расчёт сил в зацеплении

Окружная сила на среднем диаметре колеса: ; ; .

Осевая  сила на шестерне: .

Радиальная  сила на шестерни: .

Осевая сила на колесе: .

Радиальная  сила на колесе: .

Рис. 4. – Силы действующие в зацеплении.

3. Проверочный расчёт передачи

Проверка зубьев по напряжениям  изгиба. Коэффициенты: ; ; ; ; ; .

Напряжения изгиба в зубьях колеса: .

Напряжения изгиба в зубьях шестерни: .

Расчётные напряжения в зубьях колеса и шестерни меньше допускаемых  .

Проверка зубьев по контактным напряжениям. , что меньше допускаемых напряжений .

4. Конструирование зубчатых колёс

1. Цилиндрическое колёсо

Рис. 5 – Зубчатое цилиндрическое колесо.

2. Коническое колесо

Рис. 6 – Зубчатое коническое колесо.

5. Проектировка валов

1. Ведущий вал

Рис. 7 – Ведущий вал-шестерня.

Диаметр выходного конца вала рассчитывается по следующей формуле . Примем . Последующие диаметры вала больше предыдущих примерно в 1,1 раза: ; .

Диаметр подшипника является стандартным, поэтому выбираем его из справочника , соответственно . Внешний диаметр шестерни: .

Длины различных участков вала:

;

;

, Н – ширина шлицевой гайки.

. Расстояние между подшипниками: . Ширина мазеудерживающего кольца: . .

1. Определение реакций опор в подшипниках

Рис. 8 – Схема нагруженного ведущего вала.

Отрезки a, b, c, d, соответственно равны 48мм, 96мм, 29мм, 30мм.

Для определения реакций в опорах и необходимо составить уравнения равновесия.

, ;

, ;

, .

. Сила от ремённой передачи .

Отсюда  , .

Аналогично находим и .

, ;

, ;

, .

Отсюда  , .

2. Построение эпюр изгибающих моментов и вызванных ими напряжений

Рис. 9 – Эпюр изгибающих моментов и напряжений на валу.

3. Исследование опасных сечений

Исследование сечения  А-А. Напряжения в опасных сечениях , .

Коэффициенты  концентрации напряжений для данного  сечения вала: ; .

Пределы выносливости вала в рассматриваемом сечении: ; .

Коэффициенты запаса по нормальным и касательным напряжениям: ; .

Коэффициент запаса прочности: , что больше допускаемого значения.

Исследование сечения Б-Б. Напряжения в опасных сечениях , .

Коэффициенты  концентрации напряжений для данного  сечения вала: ; .

Пределы выносливости вала в рассматриваемом сечении: ; .

Коэффициенты  запаса по нормальным и касательным  напряжениям: ; .

Коэффициент запаса прочности: , что больше допускаемого значения.

Исследование сечения В-В. Напряжения в опасных сечениях , .

Коэффициенты  концентрации напряжений для данного  сечения вала: ; .

Пределы выносливости вала в рассматриваемом  сечении: ; .

Коэффициенты запаса по нормальным и касательным напряжениям: ; .

Коэффициент запаса прочности: , что больше допускаемого значения.

4. Проверка долговечности подшипников

Ведущий вал установлен на роликовых конических подшипниках лёгкой серии.

Рис.10. – Схема нагружения подшипников вала.

Определяем долговечность подшипника наиболее нагруженной опоры «1». Необходимые справочные данные: грузоподъёмность ; факторы нагрузки , ; коэффициент .

Осевые нагрузки. Суммарная реакция . Осевая составляющая ; осевая сила .

Эквивалентная динамическая радиальная нагрузка: , где - коэффициент вращения; - коэффициент безопасности; - температурный коэффициент.

Базовая долговечность подшипника: ; , что соответствует допускаемой минимальной долговечности (ресурс работы подшипников принимают от 36000 ч до 10000 ч).

2. Промежуточный вал

Рис. 11 – Промежуточный вал.

Диаметры различных  участков вала. Диаметр на промежуточном валу должен быть на 25% больше чем на ведущем валу, поэтому . Последующие диаметры больше предыдущих примерно в 1,1 раза: ; ; .

Длины различных участков вала:

;

;

;

.

Расстояние между подшипниками .

1. Определение реакций опор в подшипниках

Рис. 12 – Схема нагруженного промежуточного вала.

Отрезки a, b, c, d, e соответственно равны 20мм, 105мм, 85мм, 77мм, 20мм.

Для определения реакций в опорах и необходимо составить уравнения равновесия.

, ;

, ;

, .

; .

Отсюда  , .

Аналогично находим  и .

, ;

, ;

, .

Отсюда  , .

2. Построение эпюр изгибающих моментов и вызванных ими напряжений

Рис. 13 – Эпюры изгибающих моментов и напряжений на валу.

3. Исследование опасных сечений

Исследование сечения  А-А. Напряжения в опасных сечениях , .

Коэффициенты  концентрации напряжений для данного  сечения вала: ; .

Пределы выносливости вала в рассматриваемом сечении: ; .

Коэффициенты  запаса по нормальным и касательным  напряжениям: ; .

Коэффициент запаса прочности: , что больше допускаемого значения.

4. Проверка долговечности подшипников

Промежуточный вал установлен на роликовых  конических подшипниках лёгкой серии.

Рис.14 – Схема нагружения подшипников вала.

Определяем долговечность подшипника наиболее нагруженной опоры «2». Необходимые справочные данные: грузоподъёмность ; факторы нагрузки , ; коэффициент .

Осевые нагрузки. Суммарная реакция . Осевая составляющая ; осевая сила .