ДЕТАЛИ
МАШИН
КУРСОВАЯ РАБОТА
Содержание
Введение
1 Техническое задание
1.1 Схема привода
1.2 Исходные данные
2 Кинематический и энергетический расчет привода
2.1 Общий КПД привода
2.2 Мощность потребляемая рабочим органом
2.3 Требуемая мощность электродвигателя
2.4 Частота вращения рабочего органа
2.5 Подбор электродвигателя
2.6 Передаточное число привода
2.7 Частоты вращения валов
2.8 Угловые скорости валов
2.9 Мощности передаваемые валами привода
2.10 Крутящие моменты на валах привода
3 Расчет редуктора
3.1 Выбор материала
3.2 Определение межосевого расстояния и модуля
3.3 Проверка скорости скольжения
3.4 Проверка прочности по контактным напряжениям
3.5 Проверка прочности на изгиб
3.6 Определение основных размеров
4 Расчет валов
4.1 Проектный расчет валов
4.2 Проверочный расчет тихоходного вала
4.3 Расчет вала на усталостную прочность
4.4 Расчет вала на статическую прочность
4.5 Проверка жесткости вала
5 Выбор подшипников качения
5.1 Проверочный расчет подшипников качения
5.2 Проверка подшипников качения по статической грузоподъемности
6 Расчет открытой зубчатой передачи
6.1 Подбор материала колес
6.2 Расчет модуля
6.3 Выбор основных параметров передачи
6.4 Проверка расчетных напряжений изгиба
7 Проверка. Расчет шпоночных соединений
8 Выбор муфт
9 Смазка редуктора
Заключение
Список использованной литературы
Введение
Инженер-конструктор является творцом навой техники, и уровнем его творческой работы в большей степени определяются темпы научно-технического прогресса. Деятельность конструктора принадлежит к числу наиболее сложных проявлений человеческого разума. Решающая роль успеха при создании новой техники определяется тем, что заложено на чертеже конструктора. С развитием науки и техники проблемные вопросы решаются с учетом все возрастающего числа факторов базирующихся на данных различных наук. При выполнении проекта используются математические модели, базирующиеся на теоретических и экспериментальных исследованиях, относящихся к объемной и контактной прочности, материаловедению, теплотехнике, гидравлике, теории упругости, строительной механике. Широко используются сведения из курсов сопротивления материалов, теоретической механике, машиностроительного черчения и т.д. Все это способствует развитию самостоятельности и творческого подхода к поставленным проблемам.
В настоящее время в Республике Беларусь отсутствует собственное производство редукторов общего назначения. Между тем в республике имеется ряд разработок, которые позволили бы организовать такое производство.
При выборе типа редуктора для привода рабочего органа (устройства) необходимо учитывать множество факторов, важнейшими из которых являются: значение и характер изменения нагрузки, требования к долговечности, надежность, КПД, масса и габаритные размеры, требования к уровню шума, стоимость изделия, эксплуатационные расходы.
Из всех видов передачи зубчатые передачи имеют наименьшие габариты, массу, стоимость и потери на трение. Коэффициент потери одной зубчатой пары при тщательном выполнении и надлежащей смазке не превышает обычно 0,01. зубчатые передачи в сравнении с другими механическими передачами обладают большей надежностью в работе, постоянством передаточного отношения из-за отсутствия проскальзывания, возможностью применения в широком диапазоне скоростей и передаточных отношений. Эти свойства обеспечили большое распространение зубчатых передач, они применяются для мощностей, начиная от ничтожно малых (в приборах) до измеряемых десятками тысяч киловатт. Передаваемые моменты достигают 5*106
Н*м. Диаметры колес, например в передачах на гребной винт судовых установок, доходят до 6 м.
К недостаткам зубчатых передач могут быть отнесены требования высокой точности изготовления и шум при работе со значительными скоростями.
Одной из целей выполненного проекта является развитие инженерного мышления, в том числе умение использовать предыдущий опыт, моделировать используя аналоги. Для курсового проекта предпочтительны объекты, которые не только хорошо распространены и имеют большое практическое значение, но и не подвержены в обозримом будущем моральному старению.
Существуют различные типы механических передач: цилиндрические и конические, с прямыми зубьями и косозубые, гипоидные, червячные, глобоидные, одно- и много поточные и т.д. Это рождает вопрос о выборе наиболее рационального варианта передачи. При выборе типа передачи руководствуются показателями, среди которых основными являются КПД, габаритные размеры, масса, плавность работы и вибронагруженность, технические требования, предпочитаемое количество изделий.
При выборе типов передач, вида зацепления, механических характеристик материалов необходимо учитывать, что затраты на материалы составляют значительную часть стоимости изделия: в редукторах общего назначения – 85%, в дорожных машинах – 75%, в автомобилях – 10% и т.д.
Поиск путей снижения массы проектируемых объектов является важнейшей предпосылкой дальнейшего прогресса, необходимым условием сбережения природных ресурсов. Большая часть вырабатываемой в настоящее время энергии приходится на механические передачи, поэтому их КПД в известной степени определяет эксплуатационные расходы.
Наиболее полно требования снижения массы и габаритных размеров удовлетворяет привод с использованием электродвигателя и редуктора с внешним зацеплением.
1 Технические данные
Спроектировать привод цепного конвейера.
Разработать:
1 Общий вид
2 Редуктор
3 Приводной вал со звездочками и подшипниками
4 Плиту и раму
5 Рабочие чертежи деталей
1.1 Схема привода
А
1- электродвигатель
2- муфта упругая
3- редуктор
4- цилиндрическая открытая зубчатая передача
5- приводной вал со звездочками
1.2 Исходные данные
1. Тяговое усиление цепи F=80 кH
2. Скорость движения лентыV=0.3 м/c
3. Число зубьев звездочки Z=11
4. Шаг цепи P=250 мм
5. Срок службы редуктора 5 лет
6. Работа двухсменная
2
Кинематический и энергетический расчет механического привода
2.1 Общий КПД привода
,где:
-КПД червячной передачи (таб. 2.1.[1])
-КПД цилиндрической передачи
-КПД упругой муфты
-КПД подшипников каченя
2.2 Мощность потребляемая рабочим органом
2.3 Требуемая мощность электродвигателя
2.4 Частота вращения рабочего органа
Желаемая частота вращения вала электродвигателя
где: -ориентированное передаточное число привода
где,
- передаточное число червячной передачи
- передаточное число цилиндрической передачи
2.5 Подбор электродвигателя
По ГОСТ 19523-81 выбираем электродвигатель типа ИА 1325ВУЗ, у которого
2.6 Передаточное число привода
Так же
Должна выполняться проверка
110,007110
2.7 Частоты вращения валов
В результате выполняется проверка
2.8 Угловые скорости валов
2.9 Мощности передаваемые валами привода
2.10 Крутящие моменты на валах привода
Nвала частота вращения угловая скорость мощность крутящий момент
n, Р, кВтТ, Нм
1 720 75,36 4 53
2 26,182 2,74 3,2 1167,9
36,545 0,685 3,1044531,39
3 Расчет редуктора
3.1 Выбор материала
В первом приближении оцениваем скорость скольжения
По рекомендации §9,7 и таблиц 9 и [2] назначаем материал колеса БРА Ж9-4. У данного материала σ=200МПа ; σ=400МПа. Материал червяка сталь 40Х, закалка до 54HRC, витки после термообработки нужно шлифовать и полировать. При этом [σ]=300-25=214,69 МПа. По рекомендации §9.1[2] назначаем q’=16 так же принимаем z1=2, тогда z2=z1U=55>28. В рекомендуемых пределах.
3.2 Определяем межосевое расстояние
Определяем модуль упругости
где, - модули упругости материалов червяка колеса.
,
тогда межосевое расстояние
Межосевое расстояние округляем по ряду 40 и принимаем
По формуле9.3[2] определяем модуль
Округляем до стандартного ближайшего значения m=5. Далее находим необходимый коэффициент смещения
3.3 Проверка скорости скольжения
где - угол подъема винтовой линии, его можно найти из выражения [2]
по формуле 9.8 [2]
Было принято 3,4 м/c –материал БРАЖ9-4 сохраняем. Сохраняем и [σ].
3.4 Проверка прочности по контактным напряжениям
Прочность проверяем по формуле 9.16[2]
Где α=20 ; где - коэффициент динамической нагрузки. - коэффици
,тогда:
Прочность соблюдается
3.5 Проверка прочности на изгиб
Используем формулу 9.21
Ширину червячного колеса определяем из выражения b=0.75d. Для определения диаметра окружности вершин определим
По формуле §9.7 и таб. 9.4[2] определяем допускаемые напряжения изгиба.
Зная все составляющие, проверяем прочность на изгиб.
Ранее было принято . Таким образом запасы прочности достаточно большие.
3.6 Определение основных размеров
диаметр окружности впадин червяка.
По таб. 9.1[2] ширина червяка:
Учитывая примечание таб. 9.1[2] принимаем
Определяем размеры колеса.
4 Расчет валов
4.1 Проектный расчет валов
Определяем расстояние между опорами.
длинна ступицы червячного колеса
Х=10 мм – зазор между зубчатыми колесами и внутренними стенками корпуса редуктора.
W=100 мм – ширина стенки корпуса в месте установки подшипников. Определяем исходя из передаваемого момента Т2=1167,9 Нм. Определяем диаметр вала под шестерней.
Принимаем диаметр вала под подшипниками
4.2 Проверочный расчет тихоходного вала
Определяем силы в зацеплении.
Определим реакции в эпюрах и строим эпюры изгибающих моментов, а также эпюры крутящих моментов.
Рассмотрим реакции от сил , действующих в вертикальной плоскости.
Сума проекций
Сумма моментов
Выражаем В1
В1=Fr/2-Fad/2l=11646.06/2-13250.073/2×0.2=5581.22 H
Реакция от сил Ft и Fм действующих в горизонтальной плоскости
A2+B2+Fм-Ft=0
Сумма моментов
4.3 Расчет вала на усталостную прочность
Сечение I-I под шестерней и сечение II-II рядом с подшипником. Для I-I сечения изгибающий момент:
По таб. 15.1[2], для шпоночного паза - эффективные коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и кручении.
По графику рис. 15.5[2] определяем масштабный фактор Кd=0,62
По графику рис. 15.5[2] для шлифованного вала эффективный коэффициент концентрации напряжения .
По формулам 15.4[2] с учетом 15.5 принимаем по формуле 15.6 , -коэффициенты, корректирующие влияние постоянной составляющей цикла напряжений на сопротивление усталости.
где амплитуды постоянных составляющих циклов напряжений.
Запас сопротивлений усталости только по изгибу.
Запас сопротивлений усталости только по кручению.
Определим запас сопротивления усталости.
Определяем запас сопротивления усталости II-II сечения, для этого определим изгибающий момент.
Напряжение изгиба.
Напряжение кручения.
Принимаем радиус галтели r=2 мм
Определим запас сопротивления усталости, но сначала найдем
r/d=0,002/0.07=0.3
- коэффициенты концентрации напряжения при изгибе и кручении.
Больше напряжено I-I сечение.
4.4 Расчет вала на статическую прочность
Проверяем статическую прочность при нагрузках – формула 15.8[2]. При
перегрузках напряжения удваиваются и для I-I сечения
Определим допускаемое напряжение.
Тогда эквивалентные напряжения.
Условие прочности выполняется.
4.5 Проверка жесткости вала
Прогиб в верхней плоскости от силы Fr
От момента Ма прогиб равен нулю. Прогиб в горизонтальной плоскости от силы Fr и Fм
Суммарный прогиб равен
Допускаемый прогиб равен
Условие прочности и жесткости выполняется.
5 Выбор подшипников качения
Частота вращения вала в месте установки подшипников
допускается двукратные перегрузки, температура подшипника t<100 C.
Реакции опор:
Учитывая сравнительно небольшую силу Fa, предварительно назначаем шариковые радиальные подшипники узкой средней серии, условное обозначение 314
5.1 Проверочный расчет подшипников качения левой опоры
-эквивалентная нагрузка
где: Fa/C0=0,021 => l=0,21
Исходя из условия Fa/VFr=0,067<l=0,21
Выбираем Х=1 ; Y=1 – коэффициент радиальной и осевой нагрузок.
- коэффициент безопасности, - температурный коэффициент.
Найдем динамическую грузоподъемность, если а1=1 – коэффициент учитывающий вероятность безотказной работы а2=1 ир=3
Паспортное значение С превышает потребное. Целесообразно замена подшипника на легкую серию, условное обозначение 214 у которого С=618000 Н. Проверяем расчет Fa/C0=0,035 ; l=0,23. Т.к. Fa/VFr по прежнему меньше l, дальнейший расчет сохраняется.
5.2 Проверка подшипников качения по статической грузоподъемности
По формуле 16.33[2] Х0=0,6 ; Y0=0,5 – коэффициенты радиальной и осевой статических нагрузок. Учтем также двукратную нагрузку
Р0=2(Х0Fr+Y0Fa)=2(0,6 19933,894+0,5 1325)=25245,67 Н<C0=37500 H
Условие соблюдается.
6 Расчет открытой зубчатой передачи
6.1 Подбор материала колес
Ст.5 , твердость 170НВ , , термообработка – нормализация.
Контактные
Изгибные
Допускаемые изгибные напряжения
где: YA- коэффициент, учитывающий влияние двустороннего приложения нагрузки
YN- коэффициент долговечности
6.2 Расчет модуля
- коэффициент учитывающий форму зуба. Расчет производят для элемента пары “шестерня-колесо”, у которого меньшая величина
- коэффициент ширины шестерни относительно ее диаметра
- коэффициент, учитывающий неровность распределения нагрузки по ширине венца
- коэффициент внешней диаметрической нагрузки.
Принимаем в соответствии с ГОСТом.
6.3 Выбор основных параметров передачи
Определим диаметры зубчатых колес:
делительные
вершин зубьев
Межосевое расстояние
Ширины венцов зубчато колеса ; шестерни
6.4 Проверка расчетных напряжений изгиба
- окружная сила в зацеплении
- окружная скорость колес
Удельная окружная диаметрическая сила
- коэффициент, учитывающий влияние вида зубчатой передачи и модификации профиля на динамическую нагрузку.
- коэффициент, учитывающий влияние разности шагов зацепления зубьев шестерни и колеса.
- удельная расчетная окружная сила.
- коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку в зацеплении.
- удельная расчетная окружная сила при изгибе зуба.
Расчетные напряжения изгиба зуба.
7 Расчет шпоночных соединений
Рассчитываем шпонку, находящуюся на выходном конусе тихоходного вала.
тогда произведем расчет шпоночного соединения на смятие.
8 Выбор муфт
Муфты выбираем исходя из значений допускаемых крутящих моментов. Для соединения редуктора с валом электродвигателя принимаем муфту типа МУВП ГОСТ 20884-93 с крутящим моментом 0,55 . Так как в этом случаи электродвигатель является фланцевым, то муфта выбирается одна.
9 Смазка редуктора
Смазка осуществляется окунанием зубьев червячного колеса в масленую ванну. Оптимальный уровень масла составляет 4m (модуля) от начала червяка. Для смазки червячной передачи принимается масло повышенной вязкости. Вязкость масла рекомендуется выбирать в зависимости от скорости скольжения. Принимаем индустриальное масло ИОН ГОСТ 10799-75. Смазка подшипников качения осуществляется из общих масленых ванн соответственно.
Заключение
При выполнении курсового проекта по “Деталям машин” были закреплены знания, полученные за прошедший период обучения в таких дисциплинах как: теоретическая механика, сопротивление материалов, материаловедение.
Целью данного проекта является проектирование привода цепного конвейера, который состоит как из простых стандартных деталей, так и из деталей, форма и размеры которых определяются на основе конструкторских, технологических, экономических и других нормативов.
В ходе решения поставленной передо мной задачей, была освоена методика выбора элементов привода, получены навыки проектирования, позволяющие обеспечить необходимый технический уровень, надежность и долгий срок службы механизма.
Опыт и навыки, полученные в ходе выполнения курсового проекта, будут востребованы при выполнении, как курсовых проектов, так и дипломного проекта.
Можно отметить, что спроектированный редуктор обладает хорошими свойствами по всем показателям. Это видно из следующего:
1. Для изготовления червячного колеса назначаем материал БРАЖ9-4. У которой . Для изготовления червяка используем сталь 40Х, закалка 54HRC, витки нужно шлифовать и полировать. Данные материалы обладают удовлетворительными свойствами.
2. По результатам расчета на контактную выносливость действующие напряжения в зацеплении меньше допускаемых напряжений.
3. По результатам расчета по напряжениям изгиба действующие напряжения изгиба меньше допускаемых напряжений. Допускается перегрузка.
4. Расчет вала показал, что запас прочности больше допускаемого.
5. Необходимая динамическая грузоподъемность подшипников качения меньше паспортной.
6. При расчете был выбран электродвигатель модели 4А132S1343, который удовлетворяет требования.
Список использованных источников
1. Глаголев В.Б. “Детали машин. Проектирование механизмов и машин”. Методические указания по выполнению расчетно-графической работы №2 для студентов – Могилев: МГТУ. 2001-25с
2. Иванов М.И. “Детали машин”. Учебник для студентов вузов/под редакцией В.А. Филогенова. в-е изд. перераб – М: Высшая школа 1998-383с.
3. Детали машин проектирование : Учеб. пособ/ Л.В. Курмаз, А.Т. Скобейда – Мн : УП “Технопринт”,2001-290с.