Расчет и проектирование червячного редуктора

БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Расчет и проектирование червячного редуктора

Расчет и проектирование червячного редуктора

Белорусский национальный технический университет

Кафедра «Детали машин, ПТМ и М»

Группа 302313

РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ

ЧЕРВЯЧНОГО РЕДУКТОРА

Пояснительная записка

Разработал

студент Д.И.Зеньков

Консультант В.И.Шпиневский

2005

Содержание

1 Назначение и область применения привода

2 Выбор электродвигателя и кинематический расчет

3 Определение мощностей и передаваемых крутящих моментов валов

4 Расчет червячной передачи

5 Предварительный расчет диаметров валов

6 Подбор и проверочный расчет муфты

7 Предварительный выбор подшипников

8 Компоновочная схема

9 Выбор и проверочный расчет шпоночных соединений

10 Расчет валов по эквивалентному моменту

11 Расчет валов на выносливость (проверочный расчет)

12 Расчет подшипников на долговечность

13 Выбор системы и вида смазки

14 Расчет основных размеров корпуса редуктора

15 Порядок сборки и регулировки редуктора

16 Назначение квалитетов точности, шероховатости поверхности, отклонений формы и взаимного расположения поверхностей

Литература

1 Назначение и область применения привода

Нам в нашей работе необходимо рассчитать и спроектировать привод конвейера.

Привод предназначен для передачи вращающего момента от электродвигателя к исполнительному механизму. В качестве исполнительного механизма может быть ленточный или цепной конвейер. Привод состоит из двигателя 1 (рис.1), зубчато-ременной передачи 2, червячного редуктора 3 и муфты 4.

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 45кВт и в виде исключения до 150кВт.

2 Выбор электродвигателя и кинематический расчет

2.1 Исходные данные для расчета:

выходная мощность - =3,2 кВт; выходная частота вращения вала рабочей машины - =65 об/мин; нагрузка постоянная; долговечность привода - 10000 часов.

Рис. 1 - кинематическая схема привода, где:

1 - двигатель; 2 - клиноременная передача; 3 - червячная передача; 4 - муфта

2.2 Определение требуемой мощности электродвигателя.

- требуемая мощность 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

2.3 Определение ориентировочной частоты вращения вала электродвигателя

Определяем ориентировочную частоту вращения вала электродвигателя

(2.3)

где - выходная частота вращения вала рабочей машины

- общее передаточное число редуктора.

,

где - передаточное число ременной передачи, передаточное число червячной передачи.

Принимаем [3,табл.2.3]:

,

По требуемой мощности выбираем [2, т.3, табл.29] электродвигатель трехфазный короткозамкнутый серии АИ закрытый обдуваемый с синхронной частотой вращения 1500мин-1 АИР112М4, с параметрами Рном = 5,5 кВт, мин -1,

S=3,7%, мин -1.

2.4 Определение действительных передаточных отношений.

Определяем действительное передаточное соотношение из формулы (2.3)

Разбиваем по ступеням.

Принимаем стандартное значение

Передаточное число ременной передачи

Принимаем

2.5 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.

3. Определение мощностей и передаваемых крутящих моментов валов

3.1 Определяем мощности на валах

Расчет ведем по [3]

Мощность двигателя -

Определяем мощность на быстроходном валу

(3.1)

Определяем мощность на тихоходном валу

(3.2)

3.2 Определяем вращающие моменты на валах.

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

(3.3)

4. Расчет червячной передачи

4.1 Исходные данные

4.2 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.

4.3 Предварительный расчет передачи

Определяем допускаемое контактное напряжение [1]:

[ ун] =КHLСv0,9в, (4.2)

где Сv -коэффициент, учитывающий износ материалов, для Vs=2,39 он равен 1,21

в,- предел прочности при растяжении, для БрА9Ж3Л в,=500

КHL - коэффициент долговечности

КHL =, (4.3)

где N=5732Lh, (4.4)

Lh - срок службы привода, по условию Lh=10000ч

N=573х6,82х10000=39078600

Вычисляем по (4.3):

КHL =

КHL =0,84

[ ун] =0,84х1,21х500=510

Число витков червяка Z1 принимаем в зависимости от передаточного числа при U = 10 принимаем Z1 = 4

Число зубьев червячного колеса Z2 = Z1 x U = 4 x 10 = 40

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

q = 10

а также Z2 = 40 Z1 = 4

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

(4.7)

Принимаем aw = 100 мм.

4.4 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=42мм

Делительный угол подъема г:

г =arctg(z1/q)

г =arctg(4/10)

г = 21 є48'05”

ha=m=4мм; hf=1,2x m=4,8мм; c=0,2x m=0,8мм.

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=32мм

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 =4 [1,табл. 4.6]

При незначительных колебаниях нагрузки вспомогательный коэффициент Х=0,6

Коэффициент нагрузки

4.5 Проверочный расчет

Проверяем фактическое контактное напряжение

МПа < [GH] = 510МПа.

Проверяем прочность зубьев червячного колеса на изгиб.

Эквивалентное число зубьев.

Коэффициент формы зуба [1, табл. 4.5] YF = 2,19

Напряжение изгиба

Па = 92,713 мПа

Определяем окружные Ft, осевые Fa и радиальные Fr силы в зацеплении соответственно на червяке и на колесе по формулам:

(4.19)

(4.20) (4.21)

Данные расчетов сведены в табл.1.

Таблица 1

Параметры червячной передачи

5 Предварительный расчет диаметров валов

5.1 Расчет ведущего вала

Ведущий вал - червяк (см.рис.2)

Рис.2 Эскиз червяка

Диаметр выходного конца при допускаемом напряжении (согласно табл. 7.1 [2]):

По ГОСТ принимаем d1 =25мм

Диаметры подшипниковых шеек d2 =d1+2t=25+2х2,2=29,9мм

Принимаем d2 =30мм

d3?df1=47,88

Принимаем d3 =40мм

l1 =(1,2…1,5)d1 =1,4x25=35мм

l2?1,5d2 =1,5x30=45мм

l3 =(0,8…1)хdam=170мм

l4 - определим после выбора подшипника

5.2 Расчет тихоходного вала

Ведомый вал - вал червячного колеса (см. рис.3)

Рис.3 Эскиз ведомого вала

Диаметр выходного конца

Принимаем ближайшее большее значение из стандартного ряда d1 =50мм

Диаметры подшипниковых шеек d2 =d1+2t=50+2х2,8=55,6мм

Принимаем d2 =60мм

d3= d2 +3,2r=60+3,2х3=69,6мм

Принимаем d2 =71мм

d5= d3 +3,2r=71+9,6=80мм

l1 =(1,0…1,5)d1 =1,2х50=60мм

l2?1,25d2 =1,25х60=75мм

l3 =(0,8..1)хdam=170мм

l4 - определим после выбора подшипника

6 Подбор и проверочный расчет муфты

Определяем для муфты на выходном конце тихоходного вала расчетный момент Мр [3]:

Мр=рТ2 , (6.1)

где р - коэффициент режима работы

Для ленточных конвейеров р=1,25-1,5

Принимаем р=1,4

Мр=1,4х535,2=748 Нм

Исходя из задания на курсовую работу, расчетного момента и диаметра выходного вала d2=50мм выбираем [2,т.2,табл.12] муфту цепную с однорядной цепью 1000-1-50-1-У3 ГОСТ20761-80. Материал полумуфт - сталь 45.

Проводим проверочный расчет муфты по условию

[Ммуфты] Мр ,

1000748

Все параметры муфты в норме.

7 Предварительный выбор подшипников

Предварительный выбор проводим по табл.7.2.[2].

Так как межосевое расстояние составляет 100мм для червяка выбираем роликовые подшипники 7306 ГОСТ333-79, а для червячного колеса - 7512 ГОСТ333-79 (рис.4).

Рис.4 Подшипник ГОСТ333-79.

Параметры подшипников приведены в табл.2.

Таблица 2

Параметры подшипников

8 Компоновочная схема.

Компоновочная схема редуктора с выбранными и рассчитанными размерами показана на рис.5.

Рис.5 Компоновочная схема редуктора

9 Выбор и проверочный расчет шпоночных соединений

Выбор и проверочный расчет шпоночных соединений проводим по [4].

Рис.6 Сечение вала по шпонке

9.1 Соединение быстроходный вал - шкив ременной передачи

Для выходного конца быстроходного вала при d=25 мм подбираем призматическую шпонку со скругленными торцами bxh=8x7 мм2 при t=4мм.

При l1=35 мм выбираем длину шпонки l=32мм.

Материал шпонки - сталь 45 нормализованная. Напряжения смятия и условия прочности определяем по формуле:

где Т - передаваемый момент, Нмм;

lр - рабочая длина шпонки, при скругленных концах lр=l-b,мм;

[]см - допускаемое напряжение смятия.

С учетом того, что на выходном конце быстроходного вала устанавливается шкив из чугуна СЧ20 ([]см=70…100 Н/мм2) вычисляем:

Условие выполняется.

9.2 Соединение тихоходный вал - полумуфта

Для выходного конца тихоходного вала при d=50 мм подбираем призматическую шпонку со скругленными торцами bxh=14x9 мм2 при t=5,5мм.

При l1=60 мм выбираем длину шпонки l=45мм.

Материал шпонки - сталь 45 нормализованная. Проверяем напряжения смятия и условия прочности с учетом материала полумуфты - ст.3 ([]см=110…190 Н/мм2) и Т2=748 Нмм:

Условие выполняется.

9.3 Соединение тихоходный вал - ступица червячного колеса

Для соединения тихоходного вала со ступицей червячного колеса при d=71 мм подбираем призматическую шпонку со скругленными торцами bxh=20x12 мм2 при t=7,5мм.

При l1=32 мм выбираем длину шпонки l=32мм.

Материал шпонки - сталь 45 нормализованная. Проверяем напряжения смятия и условия прочности с учетом материала ступицы чугуна СЧ20 ([]см=70…100 МПа) и Т2=748 Нмм:

Условие выполняется.

Выбранные данные сведены в табл.3.

 Таблица 3

Параметры шпонок и шпоночных соединений

10 Расчет валов по эквивалентному моменту

10.1 Исходные данные для расчета

Составляем схему усилий, действующих на валы червячного редуктора (рис.7):

Рис.7 Схема усилий, действующих на валы червячного редуктора

Определяем консольную нагрузку на муфте [1,табл.6.2]:

; (10.1)

Н

Для определения консольной нагрузки на шкиве необходимо произвести расчет зубчато-ременной передачи.[1].

Определяем минимальный диаметр ведущего шкива по диаметру вала электродвигателя dДВ=32мм, шпонка bхh=10х8мм.

Определяем минимальный диаметр ведущего шкива:

d1= dДВ+h+10;

d1min=50мм.

Выбираем зубчатый ремень по ОСТ3805114-76 с модулем m=4, с трапецеидальной формой, шириной 84мм. Назначаем число зубьев ведущего шкива z=15.

Определяем делительный диаметр ведущего шкива:

d1=z x m

d1=60мм.

Определяем диаметр ведомого шкива:

где u-передаточное отношение передачи, u=2,2;

Принимаем .

Определяем ориентировочное межосевое расстояние

Принимаем а=110мм.

Определяем расчетную длину ремня:

Принимаем l=550мм.

Уточняем значение межосевого расстояния по стандартной длине ремня:

180мм.

Определяем угол обхвата ремнем ведущего шкива:

;

Определяем скорость ремня:

где [v]-допускаемая скорость, для зубчатых ремней [v]=25м/с.

Определяем частоту пробегов ремня:

где [U]=30м-1 - допускаемая частота пробегов.

Определяем силу предварительного натяжения Fо ремня:

(10.2)

где С - поправочные коэффициенты [3,табл.5.2].

Определяем консольную нагрузку на шкиве [3,табл.6.2]:

Для построения эпюр с учетом рис.5, данных табл.1 и пункта 7 определяем расстояния прилагаемых сил (рис.8).

Рис.8 Компоновочный эскиз вала

Все выбранные данные сводим в табл.4.

Таблица 4

Исходные данные для расчета валов

10.2 Расчет ведущего вала - червяка.

Заменяем вал балкой на опорах в местах подшипников.

Рассматриваем вертикальную плоскость (ось у)

Изгибающий момент от осевой силы Fа будет:

mа=[Faxd/2]:

mа=8725·4010-3/2=174,5Нм.

Определяем реакции в подшипниках в вертикальной плоскости.

1mАу=0

-RBy·(a+b)+Fr·a- mа=0

RBy=(Fr·0,093- mа)/ 0,186=(3176·0,093-174,5)/ 0,186=649,8Н

Принимаем RBy=650Н

2mВу=0

RАy·(a+b)-Fr·b- mа=0

RАy==(Fr·0,093+ mа)/ 0,186=(3176·0,093+174,5)/ 0,186=2526,2Н

Принимаем RАy=2526Н

Проверка:

FКу=0

RАy- Fr+ RBy=2526-3176+650=0

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

М1у=0;

М2у= RАy·а;

М2у=2526·0,093=235Нм;

М2'у= М2у- mа(слева);

М2'у=235-174,5=60,5Нм;

М3у=0;

М4у=0;

Строим эпюру изгибающих моментов Му, Нм.

Рассматриваем горизонтальную плоскость (ось х)

1mАх=0;

Fш·(a+b+с)-RВх·(a+b)- Ft·a=0;

1232·(0,093+0,093+0,067)-RВх·(0,093+0,093)-138·0,093=0;

RВх=(311,7-12,8)/0,186;

RВх=1606,9Н

RВх1607Н

2mВх=0;

-RАх·(a+b)+Ft·b+Fш·с= 0;

RАх=(12,834+82,477)/0,186;

RАх=512,4Н

RАх512Н

Проверка

mКх=0;

-RАх+ Ft- Fш+ RВх=-512+138-1232+1607=0

Рис.9 Эпюры изгибающих и крутящих моментов ведущего вала

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

М1х=0;

М2х= -RАх·а;

М2х=-512·0,093=-47,6Нм;

М3х=- Fш ·с;

М3х=-1232·0,067=-82,5Нм

М4х=0;

Строим эпюру изгибающих моментов Мх.

Крутящий момент

ТI-I=0;

ТII-II=T1=Ft·d1/2;

ТII-II=2,76Нм

Определяем суммарные изгибающие моменты:

Определяем эквивалентные моменты:

По рис.9 видно, что наиболее опасным является сечение С-С ведущего вала.

10.3 Расчет ведомого вала

Расчет производим аналогично п.10.1.

Заменяем вал балкой на опорах в местах подшипников.

Рассматриваем вертикальную плоскость (ось у)

Изгибающий момент от осевой силы Fа будет:

mа=[Faxd/2]:

mа=138·16010-3/2=11Нм.

Определяем реакции в подшипниках в вертикальной плоскости.

1mАу=0

-RBy·(a+b)+Fr·a- mа=0

RBy=(Fr·0,042- mа)/ 0,084=(3176·0,042-11)/ 0,084=1457,04Н

Принимаем RBy=1457Н

2mВу=0

RАy·(a+b)-Fr·b- mа=0

RАy==(Fr·0,042+ mа)/ 0,084=(3176·0,042+11)/ 0,084=1718,95Н

Принимаем RАy=1719Н

Проверка:

FКу=0

RАy- Fr+ RBy=1719-3176+1457=0

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

М1у=0;

М2у= RАy·а;

М2у=1719·0,042=72,2Нм;

М2'у= М2у- mа(слева);

М2'у=72,2-11=61,2Нм;

М3у=0;

М4у=0;

Строим эпюру изгибающих моментов Му, Нм.

Рассматриваем горизонтальную плоскость (ось х)

1mАх=0;

Fm·(a+b+с)-RВх·(a+b)- Ft·a=0;

5784·(0,042+0,042+0,086)-RВх·(0,042+0,042)-8725·0,042=0;

RВх=(983,3-366,45)/0,084;

RВх=7343,2Н

RВх7343Н

2mВх=0;

-RАх·(a+b)+Ft·b+Fм·с= 0;

RАх=(366,45+497,4)/0,084;

RАх=10284,2Н

RАх10284Н

Проверка

mКх=0;

-RАх+ Ft- Fm+RВх=-7343+8725-5784+10284=0

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

М1х=0;

М2х= -RАх·а;

М2х=-10284·0,042=-432Нм;

М3х=- Fm ·с;

М3х=-5784·0,086=-497Нм

М4х=0;

Строим эпюру изгибающих моментов Мх.

Крутящий момент

ТI-I=0;

ТII-II=T1=Ft·d2/2;

ТII-II=698Нм

Определяем суммарные изгибающие моменты:

Определяем эквивалентные моменты:

Рис.10 Эпюры изгибающих и крутящих моментов ведомого вала

По рис.10 видно, что наиболее опасным является сечение С-С ведомого вала.

11 Расчет валов на выносливость

По рис.9 и рис.10 видно, что наиболее опасным является сечение С-С ведомого вала, где эквивалентный момент более, чем в три раза больше, чем у ведущего вала. Поэтому расчет на выносливость проводим только для ведомого вала.

Определяем суммарный изгибающий момент в сечении С-С

Рис.11 Схема для определения суммарного изгибающего момента

; (11.1)

Из табл.3 выбираем данные по шпонке:

Сечение шпонки b·h=20·12.

Глубина паза ваза t1=7,5мм

Диаметр вала dк3=71мм.

Определяем осевой и полярный моменты сопротивления в сечении С-С вала с учетом шпоночного паза [1. табл.8.5]

(11.2)

(11.3)

; мм3;

; мм3:

Определяем напряжение изгиба в сечении С-С

; (11.4)

; ;

Принимаем .

Определяем напряжения кручения в сечении С-С

; ;

Принимаем .

Определяем амплитудные и средние напряжения циклов перемен напряжений. По заданию вал неверсивный. Напряжения изгиба изменяются по симметричному циклу (рис.12), а напряжения кручения - по пульсирующему циклу (рис.13).

Рис.12 Цикл перемен напряжений изгиба

Рис.13 Цикл перемен напряжений кручения

Из рисунков следует:

- для перемен напряжений изгиба:

v=и; м=0; v=14МПа.

- для перемен напряжений кручения:

фv=фи=фк/2; фv=фи=5МПа.

Определяем коэффициенты снижения выносливости в сечении С-С. Зубчатое колесо напрессовано на вал и шпонку по посадке с гарантированным натягом, тогда находим коэффициент нормальных напряжений.

Э и Эф - масштабные факторы

Учитывая примечание 2 [1, с.166 табл.8.7]

[1, с.166 табл.8.7]

;

в - коэффициент, учитывающий влияние шероховатости поверхности при высоте микронеровностей :

Rа=0,32…2,5мкм;

в =0,97…0,9; [1, с.162]

Принимаем в =0,92.

Определяем коэффициент запаса усталостной прочности по нормальным напряжениям изгиба. [1, с.162]

(11.5)

; .

Коэффициент чувствительности материала к асимметрии цикла по касательным напряжениям ш=0,1.

Определяем коэффициент запаса усталостной прочности по нормальным напряжениям кручения. [1, с.164]

; (11.6)

;

Определяем суммарный коэффициент запаса усталостной прочности в сечении вала С-С [1, с.162]

(11.7)

где [S]=1,5…5,5 - требуемый коэффициент запаса усталостной прочности [1, с.162]

Вывод: Расчетный коэффициент запаса усталостной прочности в пределах нормы, поэтому конструкцию вала сохраняем.

12 Расчет подшипников на долговечность

12.1 Расчет подшипников червяка на долговечность

Исходные данные

n2=652мин-1;

dп3=30мм;

RАy=2526Н;

RАх=512Н;

RBy=650Н;

RВх=1607Н;

Н.

Определяем радиальные нагрузки, действующие на подшипники

; (12.1)

;

Здесь подшипник 2 - это опора А в сторону которой действует осевая сила Fа (рис.9).

;

;

Назначаем тип подшипника, определив отношение осевой силы к радиальной силе того подшипника, который ее воспринимает (здесь подшипник 2)

;

;

Так как соотношение больше 0,35, то назначаем роликовый конический однорядный подшипник средней серии по dп3=30мм.

Подшипник № 7306, у которого:

Dn2=72мм;

Вn2=21мм;

С0=40кН - статическая грузоподъемность;

С=29,9кН - динамическая грузоподъемность

е=0,34 - коэффициент осевого нагружения;

У=1,78 - коэффициент при осевой нагрузке [1,c.402, табл.П7].

Определяем коэффициент Х при радиальной нагрузке [1,c.212, табл.9.18] в зависимости от отношения

;

где V - коэффициент вращения, при вращении внутреннего кольца V=1.

Тогда Х=0,4.

Изображаем схему нагружения подшипников. Подшипники устанавливаем враспор.

Рис.14 Схема нагружения вала-червяка

Определяем осевые составляющие от радиальных нагрузок

S=0,83eFr [1,c.216]

S1=0,830,341733; S1=489Н;

S2=0,830,342577; S2=727Н.

Определяем осевые нагрузки, действующие на подшипники.

FaI=S1;

FaII=S2 +FaI;

FaI=489Н;

FaII=489+723; FaII=1216Н.

Определяем эквивалентную нагрузку наиболее нагруженного подшипника II

Fэ2=(ХVFr2+УFaII)KKф;

где K - коэффициент безопасности;

K =1,3…1,5 [1,c.214, табл.9.19];

принимаем K =1,5;

Kф - температурный коэффициент;

Kф =1 (до 100єС) [1,c.214, табл.9.20];

Fэ2=(0,412577+1,781216)1,51; Fэ2=3195Н=3,2кН

Определяем номинальную долговечность роликовых подшипников в часах

[1,c.211]; (12.2)

.

Подставляем в формулу (12.2):

; ч.

По заданию долговечность привода Lhmin=10000ч.

В нашем случае Lh> Lhmin, принимаем окончательно для червяка подшипник 7306.

12.1 Расчет подшипников тихоходного вала на долговечность

Исходные данные

n2=65,2мин-1;

dп3=60мм;

RАy=1719Н;

RАх=10284Н;

RBy=1457Н;

RВх=7343Н;

Н.

Определяем радиальные нагрузки, действующие на подшипники (12.1)

;

Здесь подшипник 2 - это опора А в сторону которой действует осевая сила Fа (рис.10).

;

;

Назначаем тип подшипника, определив отношение осевой силы к радиальной силе того подшипника, который ее воспринимает (здесь подшипник 2)

;

;

Так как соотношение больше 0,35, то назначаем роликовый конический однорядный подшипник средней серии по dп3=60мм.

Подшипник № 7512, у которого:

Dn2=110мм;

Вn2=30мм;

С0=94кН - статическая грузоподъемность;

С=75кН - динамическая грузоподъемность

е=0,392 - коэффициент осевого нагружения;

У=1,528 - коэффициент при осевой нагрузке [1,c.402, табл.П7].

Определяем коэффициент Х при радиальной нагрузке [1,c.212, табл.9.18] в зависимости от отношения

>е

где V - коэффициент вращения, при вращении внутреннего кольца V=1.

Тогда Х=0,4.

Изображаем схему нагружения подшипников. Подшипники устанавливаем враспор.

Рис.15 Схема нагружения тихоходного вала

Определяем осевые составляющие от радиальных нагрузок

S=0,83eFr [1,c.216]

S1=0,830,3927496; S1=2440Н;

S2=0,830,39210426; S2=3392Н.

Определяем осевые нагрузки, действующие на подшипники.

FaI=S1;

FaII=S2 +FaI;

FaI=2440Н;

FaII=2440+3392; FaII=5832Н.

Определяем эквивалентную нагрузку наиболее нагруженного подшипника II

Fэ2=(ХVFr2+УFaII)KKф;

где K - коэффициент безопасности;

K =1,3…1,5 [1,c.214, табл.9.19];

принимаем K =1,5;

Kф - температурный коэффициент;

Kф =1 (до 100єС) [1,c.214, табл.9.20];

Fэ2=(0,4110426+1,785832)1,51; Fэ2=14550Н=14,55кН

Определяем номинальную долговечность роликовых подшипников в часах

[1,c.211]; (12.2)

.

Подставляем в формулу (12.2):

; ч.

По заданию долговечность привода Lhmin=10000ч.

В нашем случае Lh> Lhmin, принимаем окончательно для червяка подшипник 7512.

13 Выбор системы и вида смазки.

Скорость скольжения в зацеплении VS = 2,38 м/с. Контактные напряжения Н = 510 Н/мм2. По таблице 10.29 из [3] выбираем масло И-Т-Д-460.

Используем картерную систему смазывания. В корпус редуктора заливаем масло так, чтобы венец зубчатого колеса был в него погружен на глубину hм (рис.15):

Рис.16 Схема определения уровня масла в редукторе

hм max 0.25d2 = 0.25160 = 40мм;

hм min = m = 4мм.

При вращении колеса масло будет увлекаться его зубьями, разбрызгиваться, попадать на внутренние стенки корпуса, откуда стекать в нижнюю его часть. Внутри корпуса образуется взвесь частиц масла в воздухе, которым покрываются поверхности расположенных внутри корпуса деталей, в том числе и подшипники.

Объем масляной ванны

V = 0.65PII = 0.653,65 = 2.37 л.

Контроль уровня масла производится пробками уровня, которые ставятся попарно в зоне верхнего и нижнего уровней смазки. Для слива масла предусмотрена сливная пробка. Заливка масла в редуктор производится через съемную крышку.

И для вала-червяка, и для вала червячного колеса выберем манжетные уплотнения по ГОСТ 8752-79. Установим их рабочей кромкой внутрь корпуса так, чтобы обеспечить к ней хороший доступ масла.

14 Расчет основных элементов корпуса

Для предотвращения задевания поверхностей вращающихся колес за внутренние стенки корпуса внутренний контур стенок провести с зазором х=8…10мм [3]; такой же зазор предусмотреть между подшипниками и контуром стенок. Расстояние между дном корпуса и поверхностью колес принимаем

у4х; у(32…40)мм

Для малонагруженных редукторов (Т2500Нм) определяем толщины стенок крышки и основания корпуса

; мм, принимаем мм.

Для крепления крышек подшипников в корпусе и крышке предусматриваем фланцы. Крышки торцовые для подшипников выбираем по табл.143 (глухие) и 144 (с отверстием для манжетного уплотнения) [2, т.2, с.255].

15 Сборка и регулировка редуктора

Конструкцию редуктора принимаем с верхним расположением червяка [3, рис.А10]. Порядок сборки следующий:

- на червяк устанавливаем подшипники;

- червяк с подшипниками устанавливаем в верхнюю крышку, регулируем зазоры в подшипниках кольцами и закрываем торцевыми крышками, сквозная крышка с манжетой;

- устанавливаем на ведомый вал червячное колесо и подшипники, регулируем зазоры в подшипниках кольцами;

- собранный вал устанавливается на корпус и закрывается верхней крышкой с червяком;

- закрываем подшипники ведомого вала торцевыми крышками, сквозная крышка с манжетой;

- верхняя крышка соединяется с корпусом с помощью винтов и фиксируется двумя штифтами;

- в корпус устанавливаются пробки для слива и для контроля верхнего уровня;

- в редуктор через верхнее отверстие в крышке заливается масло до верхнего уровня;

- устанавливается верхняя пробка и крышка, закрывающая отверстие для заливки масла и контроля зацепления червячной передачи;

- на быстроходный вал устанавливаем шкив ременной передачи, а на тихоходный полумуфту;

- проверяем работу редуктора, вручную проворачивая быстроходный вал.

Редуктор собран и при изготовлении деталей без отклонений готов к подключению к приводу.

16 Назначение квалитетов точности, шероховатости поверхности, отклонений формы и взаимного расположения поверхностей

Выбор допусков, посадок и шероховатости поверхности проводим приняв, что детали редуктора изготавливаются по нормальной относительной точности размеров [3]. При выборе руководствуемся стандартным рядом параметров шероховатости. Выбранные значения параметров приведены в табл.5.

Параметры точности и шероховатости

Таблица 5

17 Тепловой расчет редуктора

Цель теплового расчета - проверка температуры масла в редукторе, которая не должна превышать допускаемой [t]м=80…95єС. Температура воздуха вне корпуса редуктора обычно tв=20 єС. Температура масла tм в корпусе червячной передачи при непрерывной работе без искусственного охлаждения определяется по формуле [3]:

(18.1)

где Ю- КПД редуктора,

Кt =9…17 Вт/(м2град) - коэффициент теплопередачи,

А - площадь теплоотдающей поверхности корпуса редуктор, м2

По [3, табл.11.6] исходя из межосевого расстояния 100мм определяем А=0,24

Подставив данные в (18.1) получим:

єС[t]м

Температура редуктора в норме.

Литература

1. С.А.Чернавский и др. «Курсовое проектирование деталей машин» М. 1987г.

2. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. -8-е изд. перераб. и доп. Под ред. И.Н.Жестковой. - М.: Машиностроение, 1999

3. Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. пособие. - М.: Высш. шк., 1991

4. Чернин И.М. и др. Расчеты деталей машин. - Мн.: Выш. школа, 1978

5. Иосилевич Г.Б., Строганов Г.Б., Маслов Г.С. Прикладная механика: Учеб. для вузов/Под ред. Г.Б.Иосилевича._М.:Высш.шк., 1989.-351с.