Все расчеты, описания и приложения оформляются в виде расчетно-пояснительной записки к курсовому проекту, которая выполняется в соответствии с ГОСТ 2.105-95.
В записку включаются окончательные данные по конструктивному решению механизма без приведения промежуточных результатов расчетов и вариантов конструкции узлов и механизма в целом.
Каждый расчет должен содержать:
вид расчета и название детали;
исходные данные для расчета, расчетные схемы, эскизы и т.д.;
выбранный материал с представлением его механических характеристик;
расчетные формулы со ссылкой на источник, с расшифровкой символов, входящих в формулу, и их размерностями. Каждый символ, встречающийся неоднократно, расшифровывается один раз;
непосредственно расчет;
полученные в результате расчета значения размеров деталей следует округлять, при необходимости, до стандартных значений;
заключение по результатам расчета.
1.4 Общие рекомендации
Конструирование устройства проводится в соответствии с заданной или
принятой схемой механизма на основе результатов прочностного и кинематического расчетов.
Выполнение эскизного варианта общего вида механизма начинают с нанесения осевых линий с учетом межосевых расстояний и диаметров начальных окружностей зубчатых колес, вычерчивают валы без обозначения их размеров по длине, наносят габариты предварительно выбранных подшипников. Детали механизма следует располагать в корпусе компактно, более полно используя его пространство.
В дальнейшем прорабатывают конструкции отдельных деталей, выбирают способы соединения их с другими элементами механизма. При этом необходимо определить:
способы установки валов в подшипниках;
крепление зубчатых колес на валах, подшипников - на валах и в корпусе;
способы регулировки зазоров в подшипниках;
способы и устройства для смазки подшипников и передач;
виды и конструктивное оформление несущих деталей.
Конструкция проектируемого механизма должна обеспечивать возможность его сборки и разборки, свободный доступ для регулировки, настройки отдельных узлов и замены деталей. Предпочтителен узловой метод сборки, при котором отдельные детали собираются в узлы, а из них собирается механизм. Например, на валу монтируются зубчатые колеса, подшипники качения, дистанционные втулки, а затем собранный узел устанавливается в корпусе.
Тип и способ изготовления корпусных деталей выбирается в зависимости от объемов производства. При серийном производстве целесообразно корпуса выполнять литыми, штампованными или прессованными (из пластмасс), а при индивидуальном или мелкосерийном производстве - сварными или сборными. При проектировании разъемного корпуса необходимо предусмотреть элементы, обеспечивающие фиксацию взаимного положения корпусных деталей и соосность отверстий под подшипники.
При выборе варианта конструкции необходимо изучить известные технические решения и выполнить их анализ, максимально использовать унифицированные детали и узлы. Для повышения технологичности и уменьшения трудоемкости изготовления конструкции следует сокращать номенклатуру используемых стандартных и нормализованных деталей и узлов, а также используемых материалов. Везде, где возможно, следует применять в деталях форму тел вращения, технологически более простую в изготовлении.
Для наиболее удачного размещения деталей и узлов рекомендуется рассмотреть несколько вариантов конструкции проектируемого устройства. При этом возможны существенные изменения первоначально разработанной конструкции и выполненных расчетов. В качестве окончательного варианта конструктивного решения выбирается наиболее удачная эскизная проработка проектируемого устройства, обеспечивающая минимальные массово-геометрические параметры и максимальную экономичность в эксплуатации.
При конструировании детали следует стремиться к упрощению ее конструкции, что приводит к снижению ее себестоимости.
2 Энерго-кинематический расчет привода и выбор двигателя
Расчет привода начинается с выбора электродвигателя, определения общего передаточного отношения и разбивки его по отдельным ступеням передач, определения частоты вращения и момента для каждого вала.
2.1 Исходные данные
Исходными данными для расчета привода являются:
условия эксплуатации;
скорость вращения выходного вала привода и окружное усилие на этом валу.
Определяем мощность на выходном валу
, кВт (2.1)
где - окружное усилие на выходном валу, Н;
- окружная скорость выходного вала, м/с.
Окружная скорость выходного вала (колеса, шкива, барабана)
, м/с; , м/с;
где - диаметр колеса, шкива или барабана, мм;
- шаг тяговой цепи, мм;
- угловая скорость выходного вала, рад/с;
- частота оборотов выходного вала, об/мин.
Частота вращения выходного вала, мин-1
; .
2.2 Расчет КПД и выбор электродвигателя
Мощность приводного двигателя связана с потребляемой мощностью исполнительного органа следующим соотношением
, (2.2)
где - мощность выходного вала, кВт;
- общий КПД привода.
Расчет общего КПД привода
При последовательности расположения отдельных передач
, (2.3)
где , , - КПД, учитывающие потери в отдельных элементах привода.
При определении рекомендуется КПД отдельных передач и элементов привода размещать в порядке передачи момента от электродвигателя к выходному валу привода, группируя их по отдельным валам.
Частные значения отдельных элементов привода для приближенной оценки КПД приведены в таблице 2.1.
Выбор электродвигателя.
В качестве электропривода в механических передачах общего назначения применяют асинхронные двигатели.
Технические данные наиболее часто применяемых асинхронных электродвигателей серии 4А регламентируются ГОСТ 19528-81.
После расчета мощности электродвигателя по формуле (2.2) он выбирается по таблице 2.2 из условий
Таблица 2.1 - Ориентировочные значения коэффициентов полезного действия передач и других элементов привода
Наименование элементов привода | |
Цилиндрическая зубчатая передача: | |
одноступенчатый цилиндрический редуктор | 0,97 -,98 |
двухступенчатый цилиндрический редуктор | 0,95 - 0,96 |
планетарный редуктор | 0,95 - 0,98 |
Коническая зубчатая передача: | |
одноступенчатый конический редуктор | 0,95 – 0,96 |
двухступенчатый коническо-цилиндрический редуктор | 0,94 – 0,95 |
Червячная передача с архимедовым червяком: | |
самотормозящая | 0,4 – 0,45 |
однозаходный червяк | 0,7 – 0,75 |
двухзаходный червяк | 0,75 – 0,82 |
трехзаходный и четырехзаходный червяки | 0,80 – 0,92 |
Червячная передача с глобоидным червяком | 0,85 – 0,95 |
Ременная передача (плоскоременная и клиноременная) | 0,95 – 0,96 |
Фрикционная передача (большие значения к.п.д. относятся к передаче в масляной ванне) | 0,85 – 0,95 |
Цепная передача: | |
Открытая | 0,92 – 0,94 |
в масляной ванне | 0,95 – 0,97 |
Подшипники (одна пара): | |
Качении | 0,99 – 0,995 |
скольжения | 0,98 – 0,995 |
Муфты: | |
с промежуточным подвижным элементом | 0,97 – 0,99 |
Шарнирная (шарнир Гука) | 0,97 – 0,99 |
Зубчатая | 0,99 |
МУВП | 0,99 – 0,995 |
Барабан лебедки | 0,94 – 0,97 |
Вариатор | 0,92 – 0,95 |
Таблица 2.2 - Технические данные асинхронных 3-х фазных коротко-замкнутых обдуваемых электродвигателей с нормальным пусковым
моментом (ГОСТ 19523-74)
Тип | Номинальная мощность , кВт | Асинхрон-ная частота вращения , об/мин | Тип | Номи-нальная мощ-ность , кВт | Асинхрон-ная частота вращения , об/мин |
4А63В2У3 | 0,55 | 4А71А4У3 | 0,55 | ||
4А71А2У3 | 0,75 | 4А71В4У3 | 0,75 | ||
4А71В2У3 | 1,10 | 4А80А4У3 | 1,10 | ||
4А80А2У3 | 1,50 | 4А80В4У3 | 1,50 | ||
4А90 2У3 | 3,00 | 4А90 4У3 | 2,20 | ||
4А100 2У3 | 4,00 | 4А100 4У3 | 3,00 | ||
4А100 2У3 | 5,50 | 4А100 4У3 | 4,00 | ||
4А112М2У3 | 7,50 | 4А112М4У3 | 5,50 | ||
4А132М2У3 | 11,00 | 4А132М4У3 | 7,50 | ||
4А1600 2У3 | 15,00 | 4А132М4У3 | 11,0 | ||
4А160М2У3 | 18,50 | 4А160 4У3 | 15,00 | ||
4А180 2У3 | 22,00 | 4А160М4У3 | 18,50 | ||
4А71В6У3 | 0,55 | 4А80В8У3 | 0,55 | ||
4А80А6У3 | 0,75 | 4А90 А8У3 | 0,75 | ||
4А80В6У3 | 1,10 | 4А90 В8У3 | 1,10 | ||
4А90 6У3 | 4А100 8У3 | 1,50 | |||
4А100 6УЗ | 2,20 | 4А112МА8У3 | 2,20 | ||
4А112МА6У3 | 3,00 | 4А112МА8У3 | 3,30 | ||
4А112МВ6У3 | 4,00 | 4А132 8У3 | 4,00 | ||
4А132 6У3 | 5,50 | 4А132М8У3 | 5,50 | ||
4А132М6У3 | 7,50 | 4А160 8У3 | 7,50 | ||
4А160 6У3 | 11,00 | 4А160М8У3 | 11,0 | ||
4А160М6У3 | 15,00 | 4А180М8У3 | 15,00 | ||
4А180М6У3 | 18,50 | 4А200М8У3 | 18,00 | ||
4А200М6У3 | 22,00 | 4А200 8УЗ | 22,00 |
2.3 Общее передаточное число привода и разбивка по отдельным ступеням передач
Под передаточным отношением понимается отношение угловых скоростей на входе и выходе кинематической цепи. Для схемы, изображенной на рис. 2.1, передаточное число равно
. (2.4)
Рисунок 2.1 | Рисунок 2.2 |
Для схемы рис. 2.2 имеем
. (2.5)
Сделав в (2.5) ряд несложных тождественных преобразований, находим
. (2.6)
Очевидно, что передаточное отношение кинематической цепи, состоящий из последовательно установленных пар, равно произведению передаточных отношений этих пар, а именно
. (2.7)
Общее передаточное число привода
, (2.8)
где - частота вращения вала выбранного электродвигателя;
- частота вращения выходного вала (барабана конвейера).
Предварительная разбивка передаточного числа привода по ступеням выполняется по условию
, (2.9)
где - передаточные числа отдельных передач привода.
Для редукторов, приведенных в заданиях настоящих методических указаний, ориентировочные рекомендации по разбивке передаточных чисел приводятся ниже:
- в двухступенчатых цилиндрических редукторах развернутой схемы передаточное число быстроходной ступени
, (2.10)
где - общее передаточное число редуктора;
- в двухступенчатых коническо-цилиндрических редукторах передаточное число тихоходной (цилиндрической) ступени
. (2.11)
В случае передач, состоящих из редуктора и передачи гибкой связью
, (2.12)
где - передача гибкой связью.
Далее, в процессе проектирования передаточные числа отдельных звеньев уточняются: от расчетного передаточного отношения привода не должно превышать ±3%.
Значения передаточных чисел и приведены в табл. 2.3-2.5.
Таблица 2.3 - Значения передаточных чисел ГОСТ2185-66,
ГОСТ 12289-76
Ряд | 1,00 | 1,25 | 1,6 | 2,00 | 2,5 | 3,15 | 4,0 | 5,0 | 6,3 | 8,0 | ||
1,12 | 1,40 | 1,8 | 2,24 | 2,8 | 3,55 | 4,5 | 5,6 | 7,1 | 9,0 |
Ряд | 10,0 | 12,5 | 20,0 | 31,5 | … | |||||||||
11,2 | 14,0 | 22,4 | 35,5 | … |
Таблица 2.4 - Рекомендуемые значения передаточных чисел одноступенчатых передач
Вид передачи | Передаточное число | |
рекомендуемое | max | |
Закрытые | ||
- цилиндрические* | ||
- быстроходные ступени | 3,1…5,0 | |
- тихоходные ступени | 2,5…4,0 | 6,3 |
- шевронные | 3,0…5,0 | |
- конические* | ||
- прямозубые | 2,0…3,0 | |
- косозубые | 4,0…6,0 | |
- планетарные | см. 13.10.1 | - |
Червячные с числом | 28…50 | |
заходов червяка* | 14…40 | |
8,0…30 | ||
Открытые | ||
- цилиндрические | 4,0…7,0 | |
- конические | 3,0…5,0 | |
Клиноременные, поликлиноременные, зубчатые | 2,0…5,0 | |
Плоскоременные | 2,0…4,0 | |
Цепные | 2,0…5,0 |
2.4 Частоты вращения и крутящие моменты на валах
После разбивки общего передаточного отношения по ступеням привода определяется частота вращения и крутящий момент для каждого вала.
Частота вращения -того вала может быть определена по формуле
, (2.13)
где - передаточное отношение с вала двигателя на -тый вал.
Расчет механизма общего назначения целесообразно выполнять по номинальной мощности двигателя.
Таблица 2.5 - Рекомендуемые значения передаточных чисел для приводов и многоступенчатых редукторов
Одноступенчатые редукторы и передачи | Таблица 2.4 |
Цилиндрические редукторы: 2-ступенчатые: | () (; ) |
развернутая схема | |
соосная схема | |
3-ступенчатые | () (; ) |
многоступенчатые | (; ) |
Коническо-цилиндрические редукторы: | |
2-ступенчатые | (; ) |
3-ступенчатые | (; ) |
Червячные редукторы: одноступенчатые | |
2-ступенчатые | |
Привод с использованием ременной передачи и конического цилиндрического редуктора |
По известной мощности, принятой для расчета, и частоте вращения подсчитывается момент на валу двигателя
(2.14)
а момент на -том валу определяется из соотношения
(2.15)
или
,
где - КПД элементов привода от вала двигателя до -того вала;
- угловая скорость вращения -того вала.
Полученные значения , вносятся в табл. 2.4.
Таблица 2.4 - Частоты вращения и моменты на валах привода
Вал двигателя | 1-й вал | 2-й вал | 3-й вал | |||||||||||
() | ||||||||||||||
Параметры привода, занесенные в таблицу 2.4, являются исходными данными для проведения проектного расчета всех передач привода.
2.5 Пример определения силовых и кинематических параметров привода
Определим параметры привода, изображенного на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1. Схема привода (обозначения и индексы):1, 2, 3, 4 - валы привода (1 – входной; 2, 3 – промежуточные; 4 - выходной);
А – электродвигатель (индекс - эд);
Б – передача клиноременная (индекс – пр.);
В – передача коническая закрытая (индекс - пк);
Г – передача цилиндрическая закрытая (индекс - пц);
Д – подшипниковый узел (индекс - п);
Е – звездочка цепной передач, относящаяся к рабочей машине, которая не водит в состав привода;
Ж – рама привода; , , - заданные параметры выходного вала (вала 4), следующие из технического задания на проектирование.
Все методики расчета зубчатых передач представлены относительно момента на выходном валу передачи (). Как принято в отечественной литературе, индекс 1 в методиках расчета приписан входному валу передачи, индекс 2 – выходному валу передачи.
Привод (рис. 2.1):
- для клиноременной передачи: вал 1 – входной; вал 2 – выходной;
– для конической передачи: вал 2 – входной; вал 3 – выходной;
– для цилиндрической передачи: вал 3 – входной; вал 4 – выходной.
Формулы для расчета внесены в таблицу 2.5.
Таблица 2.5 – Формулы для определения параметров передач
Вал | Параметры передачи | , кВт | , мин-1 | , Н·м | , мм | ||||
Ременная Коническая Цилиндрич. | } } | } | , , , | * | |||||
} | |||||||||
3 Расчет передаточных механизмов
3.1 Проектировочный расчет зубчатой цилиндрической косозубой передачи внешнего зацепления
Исходные данные:
Рассчитать зубчатую косозубую цилиндрическую передачу редуктора с моментом на выходе Н·м.
Частота вращения входного вала об/мин; передаточное число , режим нагружения – тяжелый.
Время безотказной работы передачи ч.
Принимаем материал зубчатых колес: сталь 40Х, закаленной по поверхности до твердости HRC 45÷50, термообработка типа «улучшение» с последующей закалкой по поверхности токами ВЧ.
3.1.1 Определение допускаемых напряжений
Число циклов нагружения шестерни и колеса:
, (3.1)
где - число оборотов i -того вала, об/мин;
- время работы передачи, ч;
- число зацеплений зуба шестерни и колеса за время одного оборота (если шестерня входит в зацепление с одним колесом - , с двумя - ).
,
.
Приведенное число циклов нагружения по контактным напряжениям
, (3.2)
где - коэффициент приведения переменного режима нагружения передачи к эквивалентному постоянному по контактному напряжению (табл. 3.1).
Приведенное число циклов нагружения по напряжениям изгиба
, (3.3)
где - коэффициент приведения переменного режима нагружения передачи к эквивалентному постоянному по напряжениям изгиба (табл. 3.1).
Таблица 3.1 – Коэффициенты приведения и
Типовые режимы нагружения | |||
Термообработка | |||
Улучшение | Закалка, цементация | ||
0 – постоянный | |||
1 – тяжелый | 0,5 | 0,3 | 0,2 |
2 – средний равновероятный | 0,25 | 0,143 | 0,1 |
3 – средний нормальный | 0,18 | 0,065 | 0,04 |
4 – легкий | 0,125 | 0,038 | 0,016 |
5 – особо легкий | 0,013 | 0,004 |
Определяем пределы выносливости по контактным напряжениям и коэффициенты запаса выносливости для этих напряжений (табл. 3.2).
МПа
МПа
Коэффициент запаса контактной прочности зависит от однородности материала зуба. Если материал зуба имеет однородную структуру - , если неоднородную - .
Таблица 3.2 – Пределы выносливости зубьев стальных зубчатых колес (при расчете на контактную выносливость)
Вид обработки | , МПа |
Нормализация Улучшение Твердость менее 350НВ | 2 НВ+70 |
Объемная закалка (38-50) HRC | 18 HRC +150 |
Поверхностная закалка (40-50) HRC | 17 HRC +200 |
Цементация (более 56) HRC | 23 HRC |
Азотирование (550-750) HV |
В нашем случае принимаем и .
Определяем пределы выносливости по напряжениям изгиба и коэффициенты запаса выносливости для этих напряжений (табл. 3.3).
Таблица 3.3 – Пределы выносливости зубьев стальных зубчатых колес (при расчете на изгибную выносливость)
Термическая либо химико-термическая обработка | Твердость зубьев | , МПа | ||
Поверхность | Сердцевина | |||
Нормализация Улучшение | (180-300) НВ | (180-300) НВ | 1,8 НВ | 1,7 |
Закалка ТВЧ по контуру зуба | (48-55) HRC | (250-320) НВ | 1,7 | |
Объемная закалка | (48-55) HRC | 1,7 | ||
Азотирование | (550-750) HV | (32-42) HRC | 300+12 HRC | 1,7 |
Цементация | (56-62) HRC | (32-45) HRC | 1,6 |
Принимаем: Мпа;
Мпа;
Определяем базовое число циклов нагружения для расчета прочности по контактным напряжениям
, (3.4)
.
Определяем допускаемое напряжение по контакту
, МПа, (3.5)
где - показатель степени кривой выносливости, .
МПа
МПа
Если передача косозубая, тогда допускаемое напряжение выбираем по формуле:
, МПа (3.6)
МПа.
При этом должно выполняться следующее условие
, (3.7)
- условие не выполняется.
Принимаем .
Допускаемое напряжение при расчете на изгиб
, МПа, (3.8)
где - показатель степени кривой выносливости по изгибу, если - , в остальных случаях .
В случае, когда базовое число циклов нагружения колеса и шестерни NFG меньше действующего числа циклов нагружения NFе, то . Тогда: МПа.
3.1.2 Определение величины межосевого расстояния из расчета прочности по контактным напряжениям
Рассчитываем предварительное значение межосевого расстояния:
, мм, (3.9)
где - коэффициент конструктивный (табл. 3.4); при симметричном расположении , принимаем 0,4;
- коэффициент ширины относительно ее диаметра, ;
- коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по ширине венца, или коэффициент концентрации нагрузки (табл. 3.5); в нашем случае ;
- коэффициент, учитывающий неравномерность нагрузки для одновременно зацепляющихся пар зубьев, или коэффициент неравномерности нагружения зубьев (табл. 3.6); при предварительных расчетах примем ;
- коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку в зацеплении, или коэффициент динамичности нагрузки (табл. 3.7); при предварительных расчетах принимаем =1,0.
Таблица 3.4 - Ориентировочные значения коэффициента ширины
Расположение шестерни относительно опор | Значение |
Симметричное | 0,30-0,50 |
Асимметричное | 0,25-0,40 |
Консольное | 0,20-0,25 |
Таблица 3.5- Ориентировочные значения коэффициента
Размещение шестерни относительно опор | ||
Консольное | 1,0+0,766 | 1,0+0,3466 |
Асимметричное | 1,0+0,275 | 1,0+0,1275 |
Симметричное | 1,0+0,1288 | 1,0+0,0086 |
Консольное | 1,0+0,766 | 1,0+0,4466 |
Асимметричное | 1,0+0,275 | 1,0+0,1 |
Симметричное | 1,0+0,052 | 1,0+0,0373 |
Таблица 3.6 - Ориентировочные значения коэффициента
для косозубых колес
Окружная скорость, м/с | Степень точности | |
До 10 | ||
Св. 10 |
Таблица 3.7 - Ориентировочные значения коэффициента
для косозубых колес
Окружная скорость, м/с | Степень точности | |
До 10 | ||
Св. 10 |
Получаем:
мм.
Округляем полученное значение а до ближайшего стандартного значения согласно СТ СЭВ 229-75 по таблице 3.8 а (первый ряд следует предпочитать второму). Принимаем для нашего случая мм.
Таблица 3.8 а – Межосевое расстояние, , мм (СТ СЭВ 229-75)
1-й ряд |
Поиск по сайту©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование. Дата создания страницы: 2016-04-27 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных |
Поиск по сайту: Читайте также: Деталирование сборочного чертежа Когда производственнику особенно важно наличие гибких производственных мощностей? Собственные движения и пространственные скорости звезд |