Проектировочный расчет шпоночных соединений

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

на выполнение курсового проекта по дисциплине

«Детали машин и основы конструирования»

Привод машины

КП.22719.00.00.01

1 — электродвигатель; 2 — ременная передача;

3 — редуктор зубчатый; 4 — муфта; 5 — ведущий вал машины

Рисунок 1 — Структурная схема привода

Исходные данные:

Мощность на ведущем валу машины , кВт………………………………….…….

Частота вращения ведущего вала машины , об/мин…………………………..…..

Угол наклона ременной передачи к горизонту, , град ……………………….……..

Срок службы привода , лет…………………………………………………………...

Перечень отчетной конструкторской документации.

Представить пояснительную записку и чертежи:

1) сборочный чертеж редуктора; 2) рабочие чертежи деталей привода редуктора — быстроходного вала (вала-шестерни); тихоходного вала редуктора, зубчатого колеса быстроходной ступени; крышки подшипника глухой, крышки подшипника сквозной.

Стадии разработки курсового проекта

Сроки защиты проекта с июня по 2014 года

Дата выдачи технического задания 2014 года

Руководитель проекта А. В. Арон

Студент группы 227.31

Начальник кафедры С. Б. Будрин

1 ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ.

КИНЕМАТИЧЕСКИЙ И СИЛОВОЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА

Общий КПД привода

,

где [1, табл.9.1];

[1, табл.9.1];

[1, табл.9.1];

[1, табл.9.1].

Требуемая мощность электродвигателя

Принимаем электродвигатель марки 4А132М4У3 [1, табл.18.1], мощность которого синхронная частота вращения
об/мин, скольжение Диаметр выходного конца ротора а его длина [1, табл.18.2].

Номинальная частота вращения вала электродвигателя

об/мин.

Номинальная угловая скорость двигателя

Общее передаточное отношение привода

где

(предварительно принимаем согласно рекомендаций [1, табл.9.2]).

Предварительное передаточное отношение редуктора

Предварительное передаточное отношение тихоходной ступени редуктора [1, табл.9.3]

Предварительное передаточное отношение быстроходной ступени редуктора

Из ряда стандартных значений [1, табл.10.1] и с учетом рекомендаций [1, табл.9.2] принимаем и .

Расчетное передаточное отношение редуктора

Расчетное передаточное отношение ременной передачи

Кинематические параметры привода по валам:

быстроходный вал редуктора

промежуточный вал редуктора

тихоходный вал редуктора

выходной вал привода (ведущий вал машины)

Силовые параметры привода по валам:

Данные расчета сводим в таблицу 1.

Таблица 1 – Кинематические и силовые параметры привода по валам

2 РАСЧЕТ РЕМЕННОЙ ПЕРЕДАЧИ

Исходные данные для расчет:
– относительное скольжение [1,табл.12.8].

При данных силовых и кинематических параметрах ременной передачи и для сокращения количества ремней примем узкий клиновой ремень сечением УО [1, табл.12.1]. Для данного ремня минимальный расчетный диаметр меньшего шкива

Рекомендуемый расчетный диаметр меньшего шкива

Расчетный диаметр меньшего шкива принимаем из стандартного ряда

[1, табл.12.1].

Расчетный диаметр большего шкива

принимаем

Фактическое передаточное отношение передачи

Расхождение с тем, что было получено по первоначальному расчету,

Межосевое расстояние ременной передачи

где

Расчетная длина ремня

принимаем [1, табл.12.1].

Межосевое расстояние при принятой длине ремня

Угол обхвата меньшего шкива

Скорость ремня

Коэффициент длины ремня

где базовая длина ремня [1, табл.12.3].

Коэффициент угла обхвата

Число ремней в передаче

где – мощность, передаваемая одним клиновым ремнем сечения УО (

;

;

.

Принимаем

Предварительное натяжение ветви клинового ремня

где

[1, табл.12.6].

Сила давления на валы

Ширина шкива

где e,f – параметры канавки шкива[1, табл.12.7].

Диаметр ступицы ведущего шкива (материал шкива чугун СЧ20)

Длина ступицы ведущего шкива

Диаметр ступицы ведомого шкива (материал шкива чугун СЧ20)

диаметр выходного конца быстроходного вала

редуктора

Длина ступицы ведомого шкива с учетом длины шпонки в сопряжении «вал-шкив» (п. 3.4) и ширины шкива

Конструкция ступиц ведущего и ведомого шкивов – симметричная относительно торцов обода [1, табл.12.7].

3 РАСЧЕТ РЕДУКТОРА

3.1 Расчет быстроходной ступени

3.1.1 Выбор материала и расчет допускаемых напряжений

Так как в техническом задании нет ограничений по габаритам, то выбираем материал с твердостью до 350 HB [1, табл.10.2]: принимаем для шестерни сталь 45, термическая обработка – улучшение, средняя твердость для колеса – сталь 45, термическая обработка – улучшение, но средняя твердость (с учетом диаметра заготовки) на 80 единиц ниже – . Разность средней твердости рабочих поверхностей зубьев шестерни и колеса более 70HB приводит к увеличению нагрузочной способности передачи, уменьшению ее габаритов и металлоемкости.

Допускаемые контактные напряжения

где предел контактной выносливости при базовом

числе циклов [1, табл.10.3];

Ресурс привода

где

Действительное число циклов нагружения:

для колеса

для шестерни

Число циклов нагружения, соответствующее пределу контактной выносливости, циклов, циклов [1, табл.10.3]. Так как , то коэффициент долговечности

Допускаемые контактные напряжения для материала

шестерни

колеса

Расчетные допускаемые контактные напряжения (передача косозубая и разность твердости материалов шестерни и колеса более 70 HB) [1, табл.10.3]

Требуемое условие

Допускаемые напряжения изгиба (нагрузка односторонняя)

Предел выносливости при изгибе при базовом числе циклов для стали 45

[1, табл.10.4]:

для шестерни

для колеса

Число циклов нагружения, соответствующее пределу выносливости при изгибе, для всех сталей Так как и (определены выше) больше , то коэффициент долговечности .

Коэффициент безопасности

,

где – коэффициент, учитывающий нестабильность свойств

материала [1, табл.10.4];

– коэффициент, учитывающий способ получения заготовки

зубчатого колеса [1, табл.10.4].

Допускаемые напряжения изгиба

для шестерни

для колеса

3.1.2 Проектировочный расчет передачи

Принимаем коэффициент концентрации нагрузки при несимметричном расположении колес коэффициент ширины венца по межосевому расстоянию с учетом твердости материала [1, табл.10.1].

Межосевое расстояние из условия прочности по контактным напряжениям

где

Стандартное межосевое расстояние [1, табл.10.1].

Нормальный модуль зацепления с учетом твердости колес [1, табл.10.1].

[1, табл.10.1].

Угол наклона зубьев должен находиться от [1, табл.10.1].

Предварительно принимаем угол наклона зубьев .

Число зубьев шестерни

принимаем

Число зубьев колеса

Фактическое значение Отклонения фактического передаточного отношения от расчетного нет (допускается

Угол наклона зубьев

Основные размеры шестерни и колеса

диаметры делительные

проверка

диаметры вершин зубьев

диаметры впадин зубьев

ширина зубчатого венца колеса и шестерни

3.1.3 Проверочный расчет зубьев колес по контактным напряжениям

Коэффициент ширины по диаметру

Окружная скорость колес

При данной скорости принимаем 8-ю степень точности [1, табл.10.7].

Коэффициент нагрузки

где

[1, табл.10.11];

Прочность зубьев по контактным напряжениям

Допускается недогрузка не более 15%, а перегрузка не более 5%.

3.1.4 Силы в зацеплении

Силы, действующие в зацеплении:

окружная

радиальная

осевая

3.1.5 Проверочный расчет зубьев колес по напряжениям изгиба

Коэффициент нагрузки

где

[1, табл.10.11];

Эквивалентное число зубьев

у шестерни

у колеса

Коэффициенты формы зуба [1, табл.10.8].

Коэффициент наклона зуба

Прочность зуба шестерни и колеса на изгиб

Условие прочности выполнено.

3.2 Расчет тихоходной ступени

3.2.1 Выбор материала и расчет допускаемых напряжений

Материал для зубчатых колес тихоходной ступени примем такой же, как и для быстроходной ступени: для шестерни – сталь 45 [1, табл.10.2], термическая обработка – улучшение, средняя твердость для колеса – сталь 45, термическая обработка – улучшение, но средняя твердость (с учетом диаметра заготовки) на 80 единиц ниже

Допускаемые напряжения материала зубчатых колес тихоходной ступени будут иметь другое значение, в отличие от быстроходной ступени, только в том случае, если отличаются коэффициенты долговечности.

Действительное число циклов нагружения

для колеса

для шестерни

Число циклов нагружения, соответствующее пределу контактной выносливости, циклов, циклов [1, табл.10.3]. Так как , то коэффициент долговечности

Число циклов нагружения, соответствующее пределу выносливости при изгибе, для всех сталей Так как (определены выше) больше , то коэффициент долговечности .

Так как материалы колес и коэффициенты долговечности для быстроходной и тихоходной ступеней одинаковы, то и допускаемые напряжения материалов колес равны (см. п.3.1.1).

Расчетные допускаемые контактные напряжения

Допускаемые напряжения

для шестерни

для колеса

3.2.2 Проектировочный расчет передачи

Принимаем коэффициент концентрации нагрузки при несимметричном расположении колес коэффициент ширины венца по межосевому расстоянию с учетом твердости материала [1, табл.10.1].

Межосевое расстояние из условия прочности по контактным напряжениям

где

Стандартное межосевое расстояние [1, табл.10.1].

Нормальный модуль зацепления с учетом твердости колес [1, табл.10.1].

[1, табл.10.1].

Угол наклона зубьев должен находиться от [1, табл.10.1].

Предварительно принимаем угол наклона зубьев .

Число зубьев шестерни

принимаем

Число зубьев колеса

Фактическое значение Отклонения фактического передаточного отношения от расчетного нет (допускается

Угол наклона зубьев

Основные размеры шестерни и колеса

диаметры делительные

проверка

диаметры вершин зубьев

диаметры впадин зубьев

ширина зубчатого венца колеса и шестерни

3.2.3 Проверочный расчет зубьев колес по контактным напряжениям

Коэффициент ширины по диаметру

Окружная скорость колес

При данной скорости принимаем 8-ю степень точности [1, табл.10.7].

Коэффициент нагрузки

где

[1, табл.10.11];

Прочность зубьев по контактным напряжениям

Допускается недогрузка не более 15%, а перегрузка не более 5%.

3.2.4 Силы в зацеплении

Силы, действующие в зацеплении:

окружная

радиальная

осевая

3.2.5 Проверочный расчет зубьев колес по напряжениям изгиба

Коэффициент нагрузки

,

где

[1, табл.10.11];

Эквивалентное число зубьев

у шестерни

у колеса

Коэффициенты формы зуба [1, табл.10.8].

Коэффициент наклона зуба

Прочность зуба шестерни и колеса на изгиб

Условие прочности выполнено.

3.3 Проектировочный расчет валов редуктора

Материалов валов принимаем сталь 45, термическая обработка – улучшение. Проектировочный расчет валов выполняем по касательным напряжениям от кручения, то есть не учитываем напряжения от изгиба, влияние концентраторов напряжений и циклический характер действия напряжений. Поэтому для компенсации приближенности проектировочного расчета допускаемые напряжения принимаем заниженными:

3.3.1 Быстроходный вал

Диаметр выходного конца вала

Принимаем из стандартного ряда [1, табл.14.1]

С учетом типоразмеров подшипников качения и необходимости на валу буртика определенной высоты [1, табл.14.1] для упора ступицы шкива при сборке редуктора, принимаем диаметр вала под подшипниками

Предполагаемый диаметр вала под шестерней Условие совместного изготовления вала заодно с шестерней [1, табл.10.12].

Расстояние от впадин зубьев до шпоночного паза

где [1, табл.7.1];

(см. п.3.1.2).

Окружной модуль зубьев колес зубчатой передачи

где

в виду незначительно разницы изготовляем вал-шестерню (материал сталь 45).

Диаметры остальных участков вала назначаем из конструктивных соображений при компоновке редуктора.

3.3.2 Промежуточный вал

Диаметры вала под колесом и шестерней

Принимаем из стандартного ряда [1, табл.14.1] .

С учетом типоразмеров подшипников качения принимаем

Условие совместного изготовления вала заодно с шестерней [1, табл.10.12].

Расстояние от впадин зубьев до шпоночного паза

где [1, табл.7.1];

(см. п.3.1.2).

Окружной модуль зубьев колес зубчатой передачи

где

шестерню изготовляем отдельно от вала.

Диаметры остальных участков вала назначаем из конструктивных соображений при компоновке редуктора

Тихоходный вал

Диаметр выходного конца вала

мм.

Принимаем из стандартного ряда [1, табл.14.1] = 75 мм. С учетом типоразмеров подшипников качения и необходимости на валу буртика определенной высоты [1, табл.14.1] для упора ступицы муфты при сборке редуктора, принимаем диаметр вала под подшипниками мм.

Диаметр вала под колесом мм.

Диаметры остальных участков вала назначаем исходя из конструктивных соображений при компоновке редуктора.

Проектировочный расчет шпоночных соединений

Размеры сечений шпонок и пазов и длины шпонок принимаем по ГОСТ 23360-78 [1, табл.7.1].

Материал шпонок — сталь 45, термическая обработка — нормализация.

Рабочая длина шпонки из условия прочности

где — вращающий момент на валу;

— диаметр цапфы вала в месте шпоночного соединения;

h, t₁, b — геометрические размеры шпоночного соединения согласно стандарту.

Допускаемые напряжения смятия неподвижных шпоночных соединений при циклическом нагружении и стальной ступице МПа [1, табл.7.6].

Быстроходный вал. Шпонка на выходном конце вала, сопряжение

«вал — ведомый шкив». мм; мм; t₁ = 5,0 мм [1, табл.7.1]; длина ступицы полумуфты l_м = 42 мм, материал шкива — чугун марки СЧ20 [1, табл.16.1].

Рабочая длина шпонки

мм.

Минимальная расчетная длина шпонки (исполнение 3)

мм.

С учетом ширины ведомого шкива и стандартного ряда длин шпонок принимаем шпонку длиной l_ш = 32 мм (Шпонка 3- ГОСТ 23360-78).

Промежуточный вал. Шпонка под шестерней и колесом, сопряжение «вал — ступица зубчатого колеса». мм; мм;

t₁ = 6,0 мм [1, табл.7.1]; материал ступицы колеса — сталь 45.

Рабочая длина шпонки

мм.

Минимальная расчетная длина шпонки (исполнение 1)

мм.

С учетом стандартного ряда длин шпонок принимаем шпонку под колесом и шестерней длиной мм (Шпонка 16×10×70 ГОСТ 23360-78).

Тихоходный вал. Шпонка под колесом, сопряжение «вал — ступица зубчатого колеса». мм; мм; мм [1, табл.7.1]; материал ступицы колеса — сталь 45.

Рабочая длина шпонки

мм.

Минимальная расчетная длина шпонки (исполнение 1)

мм.

С учетом стандартного ряда длин шпонок принимаем шпонку длиной мм (Шпонка 25×14×90 ГОСТ 23360-78).

Шпонка на выходном конце вала, сопряжение «вал-ступица полумуфты» .

материал ступицы полумуфты – чугун марки СЧ20 [1, табл.16.1].

Рабочая длина шпонки

Минимальная расчетная длина шпонки (исполнение 3)

С учетом стандартного ряда длин шпонок и с учетом стандартной длины длинной полумуфты [1, табл.16.1] принимаем шпонку длиной (Шпонка 3 - ГОСТ 23360-78).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: