Расчет и проектирование привода (редуктор) с клиноремённой передачей

Содержание

1. Задание по курсовому проектированию...........................................3

2. Введение..............................................................................................4

3. Расчет ременной передачи.................................................................6

4. Расчет редуктора.................................................................................8

5. Расчет валов

а) Быстроходный вал.........................................................................12

б) Тихоходный вал.............................................................................18

6. Выбор подшипников..........................................................................23

7. Выбор шпонок....................................................................................26

1.Задание по курсовому проектированию.

Разработать редуктор для передачи крутящего момента от электродвигателя к рабочей машине через муфту и клиноременную передачу.

Тип электродвигателя RA160L4;

Мощность двигателя Рдв
= 15кВт;

Число оборотов в минуту nдв
= 1460 об/мин;

Тип ременной передачи – клиноременная,

Редуктор – цилиндрический косозубый;

Передаточное число ременной передачи Uрем
= 2,8;

Передаточное число редуктора Uред
= 5,6;

КПД редуктора ηред
= 0,97;

КПД муфты ηмуф
= 0,97;

КПД ременной передачи ηрем.пер
. = 0,94;

Время работы привода L = 15000 часов.

Режим работы – двухсменный.

Схема привода.

Электродвигатель асинхронный — клиноременная передача — редуктор.

Рабочая машина;

Клиноременная передача;

Редуктор;

Муфта;

Электродвигатель.

2.

Введение.

Редуктором называют зубчатый, червячный или зубчато-червячный передаточный механизм, выполненный в закрытом корпусе и предназначенный для понижения угловой скорости, а, следовательно, повышения вращающего момента. Механизмы для повышения угловой скорости, выполненные в виде отдельных агрегатов, называются мультипликаторами. В редукторах обычно применяют зубчатые колеса с эвольвентным зацеплением, иногда используют зацепление М.Л.Новикова.

Редуктор проектируется для привода данной машины или по заданной нагрузке и передаточному числу без указания конкретного назначения.

Редуктора классифицируют:

- По виду передач
–на цилиндрические с параллельными осями валов; конические с перекрещивающимися осями валов; червячные с перекрещивающимися осями валов; комбинированные конически-цилиндрические; зубчато-червячные и другие.

- По числу пар
–одноступенчатые цилиндрические с прямозубыми колесами с

u£ 7 , с косозубыми или шевронными колесами при u£10 и Р£50 кВт; одноступенчатые конические с прямыми, косыми и криволинейными зубьями при u£ 5 и Р £ 100кВт; одноступенчатые червячные при u = 8...80 и Р £ 50кВт; многоступенчатые.

Зубчатая передача, оси валов которой пересекаются, называется конической. Конические зубчатые колеса изготавливают с прямыми, косыми и криволинейными зубьями и применяют там, где возникает необходимость передачи момента с одного вала к другому с пересекающимися осями. Конические зубчатые редуктора проектируют сравнительно небольших мощностей, так как консольное расположение шестерни на валу при значительных силах в зацеплении приводит к большим деформациям, нарушающим точность зацепления и нормальную работу передачи. Иногда применяют конические передачи, в которых шестерня расположена между опорами, а не консольно. Такая конструкция сложнее и дороже.

3.

Рассчет ременной передачи.

Рассчитываем момент на ведущем валу

Твед
= Тэд
= Рэд
∙103
∙30/π nдв

Твед
= 15∙103
∙30/π∙1460 =100 Н∙м

Выберем диаметр ведущего шкива.

Пусть D1
= 140 мм.

Рассчитаем скорость ремня:

υ = π D1
nдв
/60∙103

υ = π∙140∙1460/(60∙103
) = 11 м/с

По мощности двигателя

Рдв
= 15кВт и nдв
= 1460 об/мин

Выбираем стандартный тип ремня:

тип Б;

Рассчитываем диаметр ведомого шкива:

D2
= D1
∙ Uрем
(1-ξ)

D2
= 140∙2,8 (1-0,01) = 388 мм

Выбираем ближайшее значение из нормального ряда чисел:

D2
= 400 мм

Рассчитываем фактическое передаточное число ременной передачи:

Uфакт
= D2
/ D1
(1-ξ)

Uфакт
= 400/140(1-0,01) = 2,89

Рассчитываем межосевое расстояние:

Примем его равным D1
+D2
= 140+400 = 540 мм.

Длина ремня:

Lр
= 2 а + π (D1
+D2
)/2 + (D2
- D1
)2
/4 а

Lр
= 2∙540 + π/2∙(140+400) + 2602
/4∙(140+400) = 1959,53 мм

Выбираем ближайшее из нормального ряда чисел:

Lр
= 2000 мм

Тогда уточняем межосевое расстояние по стандартной длине:

а = (2L - π (D1
+D2
) + [(2L - π (D1
+D2
))2
– 8(D2
- D1
)2
]1/2
)/8

а = (2∙ 2000 – 3,14(140+400) + [(2∙2000 – 3,14 (140+400))2
– 8(140+400)2
]1/2
)/8 = 540,24 мм=

= 540 мм

Определяем угол обхвата ремня:

α = 180 – (D1
-D2
) ∙ 57°/a

α = 180 – 260∙ 57°/540 = 152,56° ≈ 150°. Значит, коэффициент угла обхвата, соответствующий углу обхвата равному 150° Сα = 0,92

Коэффициент, учитывающий длину ремня:

Lр
/ L0
= 2000/2240 = 0,89 -CL
= 0,98

Коэффициент режима работы при двусменном режиме работы:

Среж
= 1,38

Мощность, передаваемая при стандартных условиях ремнем Б, длиной

L0
= 2240 мм P0
= 2,90 кВт.

Допустимая нагрузка на ремень:

Рдопуст
= Р0
Сα СL
/ Среж

Рдопуст
= 2,90∙ 0,92∙0,98/1,38 = 1,9 кВт

Определение числа ремней:

Z = Рдв
/Рдопуск
Сz
,

где Сz
= 0,9

Z = 15/1,9 ∙0,9 = 8,7.

БеремZ = 9

Усилие, действующее со стороны ременной передачи

FP
= 1,7 ∙ Рдв
∙103
∙Среж
∙sin(αрем
/2)/ υремня
∙ Сα
∙Сz
= 3635 Н,

где

Рдв
= 15 кВт

Среж
= 1,38

αрем
= 152,56˚

υремня
= 11 м/с

Сα
= 0,95

Сz
= 0,9

Проверочный расчет:

4.

Расчет редуктора.

Выбираем сталь:

Определяем число оборотов валов:

Ведущий вал:

n1
= nдв
/Uрем

n1
= 1460/2,8 = 505 об/мин

Ведомый вал:

n2
= n1
/Uред

n2
= 505/5,6 = 90 об/мин

Определяем базовое число циклов:

NНО1
= 30∙ НВ1
2,4

NНО2
= 30∙ НВ2
2,4

NНО1
= 30∙ 2702,4
= 20∙106
циклов

NНО2
= 30∙2402,4
= 15∙106
циклов

Предельное напряжение при базовом числе циклов:

σн
limb
1
= 2∙НВ1
+ 70

σн
limb
2
= 2∙НВ2
+ 70

σн
limb
1
= 2∙270 + 70 = 610 н/мм2

σн
limb
2
= 2∙240 + 70 = 550 н/мм2

Число циклов нагружения:

NНЕ1
= 60∙ n1
∙L1

NНЕ2
= НЕ1
/ Uред

NНЕ1
= 60∙ n1
∙L1
= 60∙505∙15000 = 60,6∙106
циклов

NНЕ2
= NНЕ1
/ Uред
= 60,6/5,6 = 10,8∙106
циклов

Коэффициент долговечности:

КHL
= 1, т.к. NНЕ
> NНО

Предельное напряжение:

σн
lim
1
= σн
limb
1
∙ КHL

σн
lim
2
= σн
limb
2
∙ КHL
∙

σн
lim
1
= 610∙1 = 610 н/мм2

σн
lim
2
= 550∙1 = 550 н/мм2

Допускаемое напряжение:

σНР1
= 0,9 ∙ σн
lim
1
/ Sн

σНР2
= 0,9 ∙ σн
lim
2
/ Sн

σНР
= 0,45 (σНР1
+ σНР2
)

σНР
min
= σНР2

σНР1
= 0,9∙610/1,1 = 499,1 ≈ 500 Н∙м

σНР2
= 0,9∙550/1,1 = 450 Н∙м

σНР
= 0,45 (500+ 450) = 225,45 Н∙м

σНР
min
= σНР2
= 450 Н∙м

Рассчитываем межцентровое расстояние зубчатой передачи:

аw
= Ка (Uред
+ 1) [Т1
Кнβ
/ψва
Uред
σНР
2
]1/3

Ка = 430 – коэффициент межцентрового расстояния

Т1
= 270 Н∙м

ψва
= ψв
d
∙2/(Uред
+ 1) – коэффициент отношения ширины зуба к межцентровому расстоянию.

ψв
d
= 1 Кнβ
= 1,05 – коэффициент отношения ширины зуба к диаметру.

Тогда, следовательно,

ψва
= 0,303

аw
= 430 (5,6 + 1) [270∙ 1,05/(0,303∙5,6∙4502
)]1/3
= 266,18 мм

Выбираем из нормального ряда чисел по ГОСТ 2144 – 76:

аw
= 315 мм

аw
= (Z1
+Z2
)mn
/2 cosβ

Примем β = 10°

Определяем модуль зацепления

mn
= 2 аw
cosβ/Z1
(1+Uред
)

Определяем числа и угол наклона зубьев, предварительно задав угол наклона

Примем β = 10°

Возьмем Z1
= 20 зубьев.

Тогда

mn
= 2∙315cos10/(20∙ (1+5,6)) = 4,7 мм

Выбираем из нормального ряда чисел для модуля зацепления, беря меньший по значению:

mn
= 4,5 мм

Найдем суммарное число зубьев

(Z1
+Z2
) = 2 аw
cosβ/ mn

(Z1
+Z2
) = 2 315cos10/ 4,5= 138 зубьев

Тогда:

Z1
= (Z1
+Z2
)/ (1+Uред
)

Z2
= (Z1
+Z2
) - Z1

Z1
= 138/ (1+5,6) = 21

Z2
= 138 – 21 = 117 зубьев.

Найдем фактическое передаточное число редуктора:

Uред. факт
= Z2
/ Z1
= 117/21 = 5,57

Uред. факт
= 117/21 = 5,57

Найдем косинус угла наклона зубьев:

Cosβ = (Z1
+Z2
)mn
/ 2 аw

Cosβ = 138∙4,5 / 2∙315= 0,9857

Считаем:

d1
= mn
Z1
/ cosβ

d2
= mn
Z2
/ cosβ

d1
= 4,5∙21/ 0,9857 = 95,87 мм

d2
= 4,5∙117/ 0,9857 = 534,13 мм

Проверка:

d1
+ d2
= 95,87+534,13 = 630 мм = 2 аw
. Верно.

Тогда ширина колес:

b2
= ψва
аw

b1
= b2
+ (2..4) mn

b2
= 0,303∙315 = 95,445 ≈ 95 мм

b1
= 95 + 2 ∙ 4,5 = 104 мм

Проверка:

b2
∙ sinβ≥4mn

95 ∙ sinβ≥4∙4,5

16,800≥18

Неверно. Следовательно, нужно изменить mn
или угол β.

Возьмем mn
=4,0 мм

Найдем суммарное число зубьев:

(Z1
+Z2
) = 2 аw
cosβ/ mn

(Z1
+Z2
) = 2 315cos10/ 4,0= 155 зубьев

Тогда:

Z1
= (Z1
+Z2
)/ (1+Uред
)

Z2
= (Z1
+Z2
) - Z1

Z1
= 155/ (1+5,6) = 23 зуба

Z2
= 155-23 = 132 зуба

Найдем фактическое передаточное число редуктора:

Uред. факт
= Z2
/ Z1

Uред. факт
=132/23 = 5,74

Найдем косинус угла наклона зубьев:

Cosβ = (Z1
+Z2
)mn
/ 2 аw

Cosβ = 155∙4,0/ 2∙315= 0,9841;

Тогда:

β = 10,23˚

Считаем:

d1
= mn
Z1
/ cosβ

d2
= mn
Z2
/ cosβ

d1
= 4,0∙23/ 0,9841= 93,48 мм

d2
= 4,0∙132/0,9841= 536,52 мм

Проверка: d1
+ d2
= 93,48+536,52 = 630 мм = 2 аw
. Верно.

Тогда ширина колес:

b2
= ψва
аw

b1
= b2
+ (2..4) mn

b2
= 0,303∙315 = 95,445 ≈ 95 мм

b1
= 95 + 2∙4,0 = 103 мм ≈ 100 мм

Проверка:

b2
∙ sinβ≥4mn

95∙sinβ≥4∙4

16,873≥16 Верно.

Определяем диаметры вершин зубьев da
и впадин df
зубчатых колес:

da
= d + 2∙ mn

df
= d – 2,5∙ mn

da1
=93 + 2∙ 4 = 101 мм

da2
= 537 + 2∙ 4 = 545 мм

df1
= 93 – 2,5∙ 4 = 83 мм

df
2
= 537 – 2,5∙ 4 = 527 мм

5.

Расчет валов
:

5.1 Быстроходный вал.

Так как df
1
= 83 мм – принимаем вал-шестерню.

Момент на ведущем валу:

Т1
= Тдв
∙ Uфакт
∙ ηрем.пер

Т1
= 100∙2,89∙0,94 = 271,66 Н м ≈ 270 Н∙м

Проведем подборку диаметров составляющих вала:

d= (T1
∙103
/0,2[τ])1/3

d= (270∙103
/0,2∙10)1/3
= 51,3 мм.

Выбираем из стандартного ряда чисел:

d= 50 мм

d1
= d1
+ (4..5) мм = 55 мм

dп
≥ d2
+ (4..5) мм = 60 мм

d2
= dп
+ 5 мм = 65 мм

d4
= d3
+ (6..10) мм = 75 мм

Проведем подборку длин составляющих вала:

L0
= (1,6..2) d = 100 мм

L1
= 20..25 мм = 25 мм

Lп
≈ 0,5 dп
= 30 мм

L2
= 10..12 мм = 12 мм

L3
= b2
= 95 мм

L4
= L2
= 12 мм

L5
= L1
= 25 мм

Тогда:

L = 149 мм

а = 90 мм

Расчет зубчатой пары: (Расчет вала на прочность)

Окружная сила

Ft
= 2T1
∙103
/d1

Ft
= 2∙270∙103
/55 = 9818 Н

Осевое усилие

Fa
= Ft
∙ tgβ

Fa
= 9818 ∙ tg10,23 = 1771 Н

Радиальная нагрузка

Fr
= Ft
∙ tgα / cosβ

Fr
= 1771∙tg20/cos10,23 = 655 Н

Рассчитываем число оборотов первого (быстроходного) вала редуктора:

nвед (быстроходный вал редуктора)
= nдв
/ Uфакт

nвед (быстроходный вал редуктора)
= 1460/2,89 = 505 об/мин

Построение эпюр:

l

Rb
A
= 0,5∙ Fr
+ Fa
∙d1
/2L

Rb
B
= 0,5∙ Fr
- Fa
∙d1
/2L

Rb
A
= 0,5∙655 + 1771∙50/2∙149 = 333,44 Н

Rb
B
= 0,5∙655 – 1771∙50/2∙149 = 321,56 Н

Проверка
:
Rb
A
+ Rb