Проектирование одноступенчатого цилиндрического редуктора

8) мм

1.6.4. предварительный выбор подшипников качения

Для цилиндрической косозубой передачи на быстроходный вал выбираем радиальные шариковые однорядные подшипники легкой серии № 206

d = 30мм B = 15мм Cr = 19,5кН

D = 62мм r = 1,5мм Cor = 10,0кН

Для цилиндрической косозубой передачи на тихоходный вал выбираем радиальные шариковые однорядные подшипники легкой серии № 208

d = 40мм B = 18мм Cr = 32кН

D = 80мм r = 2мм Cor = 17,8кН

1.7. РАСЧЕТНАЯ СХЕМА ВАЛОВ РЕДУКТОРА

Цель: 1.Определить радиальные реакции в опорах подшипников быстроходного и тихоходного валов.

2.Построить эпюру изгибающих и крутящих моментов.

3.Определить суммарные изгибающие моменты.

4.Построить схему нагружения подшипников.

Задача выполняется в два этапа: 1 - определение реакций в опорах предварительно выбранных подшипников; 2 - определение реакций в опорах окончательно принятых подшипников, построение эпюр изгибающих и крутящих моментов и составление схемы нагружения подшипников; второй этап выполняется при проверочном расчете валов на прочность.

Работа выполняется на миллиметровой бумаге формата А3 карандашом отдельно для быстроходного и тихоходного валов, и должна содержать следующее:

а) в левой части формата: расчетную схему вала; координатные оси для ориентации схемы; эпюру изгибающих моментов в вертикальной плоскости; эпюру крутящих моментов; схему нагружения подшипников вала.

б) в правой части формата: исходные данные для расчета; определение реакций и изгибающих моментов в вертикальной плоскости; определение реакций и изгибающих моментов в горизонтальной плоскости; определение суммарных радикальных реакций и суммарных изгибающих моментов; таблицу полученных результатов; основная надпись.

1.8. ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ПОДШИПНИКОВ

Цель: 1. Опередить эквивалентную динамическую нагрузку подшипников.

2. Проверить подшипники по динамической грузоподъемности.

3. Определить расчетную долговечность подшипников.

Проверить пригодность подшипников 206 тихоходного вала цилиндрического одноступенчатого косозубого редуктора, работающего с умеренными толчками. Угловая скорость вала w = 29,3 рад/с., осевая сила в зацеплении Н. Реакции в подшипниках Н, Н. Характеристика подшипников Н; Н; Х = 0,56; V = 1; ; . Требуема долговечность подшипника ч. Подшипники установлены по схеме в распор.

а) Определяем отношение:

(1.8.1.)

Где

б) Определяем отношение:

(1.8.2.)

и по таблице интерполированием находим е = 0,19; Y = 2,30

в) По соотношение выбираем формулу и определяем эквивалентную динамическую нагрузку наиболее нагруженного подшипника:

(1.8.3.)

Н.

г) Определяем динамическую грузоподъемность:

(1.8.4.)

=19500 кН

Подшипник пригоден.

д) Определяем долговечность подшипника:

(1.8.5.)

ч.

Составление табличных ответ к задаче:

1.9 КОНСТРУКТИВНАЯ КОМПОНОВКА ПРИВОДА

Цель: 1. Разработать конструкции деталей и узлов редуктора.

2. Скомпоновать детали и узлы редуктора и разработать чертёж общего вида привода.

1.9.1 Конструирование зубчатого колеса

В проектируемых приводах колеса редукторов получаются относительно небольших диаметров и их изготовляют из круглого проката или поковок. Большие колёса открытых зубчатых передач изготовляют литьём или составными. Ступицу колёс цилиндрических редукторов располагают симметрично обода.

1.9.2 Вал-шестерня

Цилиндрические и конические шестерни при и > 3,15 выполняют заодно с валом, а при и < 2,8 они могут быть насадными, если это конструктивно необходимо. Однако стоимость производства при раздельном исполнении вала и шестерни увеличивается вследствие увеличения числа посадочных поверхностей и необходимости применения того или иного соединения. Поэтому шестерни чаще всего выполняют заодно с валом.

1.9.3 Установка колёс на валах

а) Сопряжение колёс с валом. Для передачи вращающего момента редукторной парой применяют шпоночные соединения и соединения с натягом. В случае шпоночного соединения принимаем следующие посадки: для цилиндрических косозубых колёс Н7/rб (H7/s7).

б) Осевое фиксирование колёс. Для обеспечения нормальной работы редуктора зубчатые колёса должны быть установлены на валах без перекосов. Если ступица колеса имеет достаточно большую длину (отношение lст
/d > 0,8; в проектируемых редукторах принято lст
/d = 1... 1.5), то колесо будет сидеть на валу без перекосов. В этом случае достаточно предохранить колесо от осевых перемещений по валу соответствующим осевым фиксированием:

При отсутствии 5-й ступени установкой двух распорных втулок на 2-й или 3-й ступени вала между обоими торцами ступицы колеса и торцами внутренних колец подшипников или мазеудерживающих колец.

Для гарантии контакта деталей по торцам должны быть предусмотрены зазоры С между буртиками 3-й ступени вала и торцами втулок.

1.9.4 Конструирование валов

1.9.4.1 Переходные участки

Переходный участок вала между двумя смежными ступенями разных диаметров выполняю:

Канавки шириной b = 5 с округлением для выхода шлифовального круга, которая повышает концентрацию напряжений на переходных участках. В проектируемых одноступенчатых редукторах, где получаются сравнительно короткие валы достаточной жёсткости при небольших изгибающих моментах применяю канавки.

Для повышения технологичности конструкции радиусы галтелей r = 1, размеров фасок на концевых ступенях с, ширину канавок b для выхода инструмента на одном валу принимаю одинаковыми.

1.9.4.2 Посадочные поверхности

Основные размеры ступеней быстроходного и тихоходного валов определены при предварительном проектном расчёте в пункте 1.6. Конструируя валы, размеры посадочных поверхностей d и l уточнил и определил в зависимости от конструкций и размеров деталей, установленных на ступенях, с учётом расположения относительно опор.

1 Первая ступень.

Диаметр выходного конца быстроходного вала d1
, соединённого с двигателем через муфту. Соединение валов осуществляется стандартной муфтой.

2. Вторая ступень.

Диаметр ступени d2
принимается равным диаметру d внутреннего кольца подшипника, окончательно выбранного в пункте 1.8.

3.Третья ступень.

а) Для тихоходных валов.

Диаметр ступени d3
= d2
+ 3,2r, где r - координата фаски внутреннего кольца подшипника. Длина ступени l3
, может быть выполнена больше длины ступицы колеса lст
и тогда распорная втулка между торцом и внутреннего кольца подшипника и торцом ступицы колеса ставится на 3-ю ступень. При этом следует предусмотреть зазор С между торцами 3-й ступени и внутреннего кольца подшипника.

4.Четвёртая ступень.

Диаметр 4-й ступени d4
равен диаметру d2
2-й ступени под подшипник, а её длина l4
зависит от осевых размеров деталей, входящих в комплект подшипникового узла, расположенного со стороны глухой крышки.

5.Пятая ступень.

Для тихоходных валов эта ступень предотвращает осевое смещение колеса. Длину ступени l5
определяется графически на конструктивной компоновке.

После конструирования валов размеры диаметров всех ступеней принял по стандарту.

1.9.5 Конструирование подшипниковых узлов

Конструктивное оформление подшипниковых узлов (опор) редуктора зависит от типа подшипников, схемы их установки, вида зацепления редукторной пары и способа смазывания подшипников и колес.

Основным изделием подшипникового узла является подшипник. Помимо этого комплект деталей узла может включать: детали крепления колец подшипников на валу и в корпусе; крышки и компенсаторные кольца; стаканы; уплотнения (наружные и внутренние).

1.9.5.1 Схемы установки подшипников

Типы подшипников подобраны в пункте 1.6 и их пригодность для каждого вала проведена в пункте 1.8.

Таким образом, осевое фиксирование валов осуществляется различными способами установки подшипников в плавающих и фиксирующих опорах.

1.9.5.2 Посадки подшипников

Требуемые посадки в соединении подшипника качения получают назначением соответствующих полей допусков на диаметры вала или отверстия в корпусе: для внутреннего кольца подшипника – К6, для наружного - Н7.

1.9.5.3 Крепление колец подшипников на валу или в корпусе

Внутренние кольца подшипников в обеих опорах устанавливаю с упором в буртик вала с натягом без дополнительного крепления с противоположной стороны.

Наружные кольца подшипников в обеих опорах устанавливаю в корпус с односторонней фиксацией упором и торец.

1.9.5.4 Вычерчивание внутренней конструкции подшипников

На сборочном чертеже редуктора и общем виде привода вычерчиваю внутреннюю конструкцию подшипников быстроходного и тихоходного валов.

Радиально-упорные шарикоподшипники.

На 2-й и 4-й ступенях вала наношу тонкими линиями внешний контур подшипника по его габаритным размерам d, D, В определил и нанёс диаметр Dpw
окружности, проходящей через центры тел качения Dpw
=0,5 (D+ d); no со­отношениям, вычерчиваю тела качения и кольца.

1.9.6
Крышки подшипниковых узлов

Для герметизации подшипниковых узлов редуктора, осевой фиксации подшипников и воспринятая осевых нагрузок применяют крышки. Они изго­тавливаются, как правило, из чугуна СЧ 15 двух видов - торцовые и врезные. Тe и другие выполняют в двух конструкциях - глухие и с отверстием для выходного кольца вала. Размеры крышек определяют в зависимости от диаметра наружного кольца подшипника.

Врезные крышки.

Широко применяют в современном редукторостроении в разъёмных корпусах с осевым расстоянием 250 мм. Регулирование радиальных подшипников производят установкой компенсаторных колец между горцами наружных колец подшипников и крышек. При этом между торцом наружного кольца подшипника и торцом крышки с отверстием оставляют зазор для компенсации тепловых деформаций, а = 0,2…0,5 мм. Осевой размер кольца определяется конструктивно с учётом зазора на температурную деформацию вала. Толщина кольца принимается равной толщине наружного кольца подшипника.

1.9.7 Уплотнительные устройства

Применяют для предотвращения вытекания смазочного материала из подшипниковых узлов, также защиты их от попадания пыли, грязи и влаги. В зависимости от места установки в подшипниковом узле уплотнения делят на две группы: наружные - устанавливают в крышках (торцевых и врезных) и внутренние - устанавливают с внутренней стороны подшипниковых узлов.

В проектируемых редукторах применены уплотнения по цилиндрическим (манжетные) поверхностям. Выбор типа уплотнения зависит от способа смазывания подшипников, окружной скорости вала, рабочей температуры и характера внешней среды.

Манжетные уплотнения.

Их используют при смазывании подшипников как густым, так и жидким материалом при низких и средних скоростях V 10 м/с, так как они оказывают сопротивление вращению вала.

Резиновые армированные манжеты. Манжета состоит из корпуса, изготовленного из бензомаслостойкой резины, стального Г - образного каркаса и браслетной пружины, которая стягивает уплотняющую часть манжеты и образует рабочую кромку шириной b = 0,4...0,8 мм. Манжеты, работающие в засоренной среде, снабжены "пыльником".

Для предохранения смазочного материала от вытекания манжету обычно устанавливают рабочей кромкой внутрь корпуса, что обеспечивает к кромке доступ масла, уменьшающего износ резины.

1.9.8 Конструирование корпуса редуктора

Корпус редуктора служит для размещения и координации деталей передачи, защиты их от загрязнения, организации системы смазки, а также воспринятая сил, возникающих в зацеплении редукторной пары, подшипниках, от крытой передачи. Наиболее распространенный способ изготовления корпусов - литье из серого чугуна (например СЧ 15).

В проектируемых одноступенчатых редукторах принята в основном конструкция разъемного корпуса, состоящего из крышки и основания.

1.9.8.1
Форма корпуса

Определяется в основном технологическими, эксплуатационными и эстетическими условиями с учетом его прочности и жесткости.

а) Габаритные (наружные) размеры корпуса. Определяются размерами расположенной в корпусе редукторной пары и кинематической схемой редуктора. При этом вертикальные стенки редуктора перпендикулярны основанию, верхняя плоскость крышки корпуса параллельна основанию - редукторная пара вписывается в параллелепипед.

б) Толщина стенок корпуса и ребер жесткости.

(1.9.1)

где Т2
- вращающий момент на тихоходном валу. Н-м. Принимаем =6 мм.

Внутренний контур стенок корпуса очерчивается по всему периметру корпуса с учетом зазоров х и у между контуром и вращающимися деталями.

1.9.8.2 Фланцевые соединения

Фланцы предназначены для соединения корпусных деталей редуктора. В корпусах проектируемых одноступенчатых редукторов конструируют пять фланцев: 1 - фундаментный основания корпуса, 2 - подшипниковой бобышки основания и крышки корпуса; 3 - соединительный основания и крышки корпуса; 4 - крышки подшипникового узла; 5 -крышки смотрового люка.

1.9.8.3 Детали и элементы корпуса редуктора

а) Смотровой люк. Служит для контроля сборки и осмотра редуктора при эксплуатации.

б) Установочные штифты.

в) Отжимные винты.

г) Проушины.

д) Отверстия под маслоуказатель и сливную пробку.

1.9.9 Выбор муфт

В проектируемых приводах применены компенсирующие разъемные муфты нерасцеляемого класса в стандартном исполнении.

Дня соединения выходных концов валов двигателя и быстроходного вала редуктора, установленных, как правило, на общей раме, применены упругие втулочно-пальцевые муфты.

1.9.9.1 Определение расчетного момента и выбор муфты

Основной характеристикой для выбора муфты является номинальный вращающий момент Т, Н-м, установленный стандартом. Муфты выбирают по большому диаметру концов соединяемых валов и расчетному моменту Тр
, который должен быть в пределах номинального:

ТР
=Кр
Т1
,(Т2
)Т (1.9.2)

где Кр
- коэффициент режима нагрузки, (табл.9.7);

T1
(T2
) - вращающий момент на соответствующем валу редуктора, Н-м.

Быстроходный вал.

Тр
=1,5 · 21= 31,5 Н·м < 63 Н·м

Тихоходный кал.

Тр
= 1,5 · 95,5= 143,25 Н·м < 250 Н·м

1.9.9.2 Муфты упругие втулочно-пальцевые

Муфты получили широкое распространение благодаря простоте конструкции и удобству замены упругих элементов. Однако они имеют небольшую компенсирующую способность и при соединении несоосных валов оказывают большое силовое воздействие на валы и опоры, при этом резиновые втулки быстро выходят из строя.

Основные параметры, габаритные и присоединительные размеры, допускаемые смещения осей валов определяют по табл.К5.

Полумуфты изготовляют из чугуна марки СЧ 20 (ГОСТ 1412-85) или стали 30Л (ГОСТ 977-88); материал пальцев - сталь 45 (ГОСТ 1050-74); материал упругих втулок - резина с пределом прочности при разрыве не менее 8 Н/мм2

Радиальная сила, вызванная радиальным смешением, определяется по соотношению:

FM
= (1.9.3)

где - радиальное смещение, мм;

- радиальная жесткость муфты, Н/мм, зависит от диаметра посадочного места полумуфты; для диаметров не указанных в таблице, применить линейное интерполирование.

Быстроходный вал.

Fм1
=0,3 · 3920 = 494/7

Тихоходный вал.

Fм2
=0,3 · 4364 = 1309/7

1.9.9.3 Установка муфт на валах

Сопряжение с валом. Проектируемые муфты состоят из двух полумуфт, устанавливаемых на выходные концы валов на шпоночном соединении призматическими шпонками (см. табл.К4),

На цилиндрические концы валов полумуфты устанавливают по следующим посадкам:

при нереверсивной работе без толчков и ударов - Н7/к6;

1.9.10 Смазывание. Смазывание устройства

Смазывание зубчатых зацеплений и подшипников применяют в целях защиты от коррозии, снижение коэффициента трения, уменьшение износа, отвода тепла и продуктов износа от трущихся поверхностей.

1.9.10.1 Смазывание зубчатого зацепления

а) Способ смазывания. Для редукторов общего назначения применяют непрерывное смазывание жидким маслом картерным непроточным способом. Этот способ применяют для зубчатых передач при окружных скоростях от 0,3 до 12,5 м/с.

б) Выбор сорта масла. Зависит от значения расчётного контактного на­пряжения в зубьях и фактической окружной скорости V колёс. Сорт масла выбирается по табл.9.9. Принимаем сорт масла И-Г-А-68

Обозначение индустриальных масел состоит из четырех знаков, каждый из которых показывает: И — индустриальное; второй — принадлежность к группе по назначению Г — для гидравлических систем; третий — принадлежность к подгруппе по эксплуатационным свойствам А — масло без присадок; четвертый (число)... класс кинематической вязкости:

в) Определение количества масла. Для одноступенчатых редукторов при смазывании окунанием объём масленой ванны определяю! из расчёта 0,4...0,8 л на 1 кВт передаваемой мощности (см. задачу 2). Меньшие значения применяют для крупных редукторов.

г) Определение уровня масла. В цилиндрических редукторов при окунании в масленую ванну колеса m hм
0,25d2
, где m - модуль зацепления.

д) Контроль уровня масла. Уровень масла, находящегося в корпусе редуктора, контролируют разными маслоуказателями. Наибольшее распространение имеют жезловые маслоуказатели, т.к. они удобны для осмотра; конструкция их проста и достаточно надёжна.

е) Слив масла. При работе передачи масло постепенно загрязняется продуктами износа деталей. С течением времени оно стареет, свойства её ухудшаются. Поэтому масло, напитое в корпус редуктора, периодически меняют. Для этой цели в корпусе предусматривают сливное отверстие. закрываемое пробкой с цилиндрической резьбой.

ж)Отдушины. При длительной работе в связи с нагревом масла и воздуха повышается давление внутри корпуса. Это приводит к просачиванию масла через уплотнения и стыки. Чтобы избежать этого внутреннюю полость корпуса сообщают с внешней средой путём установки отдушины в его верхних точках.

1.9.10.2 Смазывание подшипников

В проектируемых редукторах для смазывания подшипников качения жидкие и пластичные смазочные материалы.

а) Смазывание жидкими материалами. При смазывании зубчатых колес окунанием подшипники качения обычно смазываются из картера в результате разбрызгивания масла колёсами, образования масляного тумана и растекания масла по валам. Падёжное смазывание разбрызгиванием возможно при окруж­ных скоростях V > 3 м/с. Для свободного проникновения масла полость подшипника должна быть открыта внутрь корпуса.

1.10.ПРОВЕРОЧНЫЕ РАСЧЕТЫ

Цель: 1. Выполнить проверочные расчеты стандартных изделий шпонок.

2. Выполнить проверочный расчет валов на прочность.

1.10.1. Проверочный расчет шпонок:

(1.10.1.)

Где - окружная сила на шестерне или колесе, Н

- площадь смятия, . Здесь - рабочая длина шпонки со скругленными торцами, мм (l – полная длина шпонки, определенная на конструктивной компоновке); b, h, t – стандартные размеры

- допускаемое напряжение на смятие, . Пристальной ступице и при колебаниях нагрузки следует снижать на 20…25%.

=22 - 10=12

=(0,94-5)=30,24

=731

Вывод: шпоночное соединение прочно.

1.10.2. Проверочный расчет валов

Проверочный расчет валов на прочность выполняют на совместное действие изгиба и кручения. При этом растет, отражает разновидности цикла напряжений изгиба и кручения, усталостные характеристики материалов, размеры, форму и состояние поверхности валов. Проверочный расчет производится после завершения конструктивной компоновки и установления окончательных размеров валов.

Цель расчета – определить коэффициент запаса прочности в опасных сечениях вала и сравнить их с допускаемым:

При высокой достоверности расчета . При менее точной расчетной схеме

1. Намечаем опасные сечения вала.

Опасное сечение вала определяется наличием источника концентрации напряжений при суммарном изгибающем моменте .

В проектируемом коротком валу одноступенчатого редуктора, как правило, наличие двух опасных сечений: одно – на 3-й ступени под колесом (шестерни), второе – на 2-й ступени под подшипниковой опорой, смежной с консольной нагрузкой.

2. Проверка сечения I-I .

3. Определение напряжений в опасных сечениях вала,

а) нормальные напряжения изменяются по симметричному циклу, при котором амплитуда напряжений равна расчетным напряжениям изгиба :

(1.10.2.)

Проверочный расчет ведомого вала.

а) нормальные напряжения изменяются по симметричному циклу, при котором амплитуда напряжений равна расчетным напряжениям изгиба:

б) касательные напряжения изменяются по отнулевому циклу, при котором амплитуда цикла равна половине расчетных напряжений кручения .

(1.10.4.)

Определяем коэффициент концентрации нормальных и касательных напряжений для расчетного сечения вала:

(1.10.5.)

(1.10.6.)

Определяем пределы выносливости в расчетном сечении вала,

(1.10.7.)

(1.10.8.)

Определяем коэффициент запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям:

(1.10.9.)

(1.10.10.)

Определяем общий коэффициент запаса прочности в опасном сечении:

(1.10.11.)

Как показала практика проектирования валов одноступенчатых редукторов на чистое кручение, проверочные расчеты на прочность повсеместно дают удовлетворительные результаты.

1.11. ТЕХНИЧЕСКИЙ УРОВЕНЬ РЕДУКТОРА

Цель: 1. Определить массу редуктора.

2. Определить критерий технического уровня редуктора.

Объективной мерой затраченных средств является масса редуктора m, кг, в которой практически интегрирован весь процесс его проектирования. Поэтому за критерий технического уровня можно принять относительную массу , т.е. отношение массы редуктора вращающему моменту на его тихоходном валу. Этот критерий характеризует расход материалов на передачу момента и легок для сравнения.

1.11.1. Определение массы редуктора

Цилиндрический, конический редуктор - , где - коэффициент заполнения определить по графику в зависимости от межосевого расстояния для цилиндрического редуктора.

- плотность чугуна;

V – условный объем редуктора определить как произведение наибольшей длины, ширины и высоты редуктора, .

(1.11.1.)

,мм., В = 69 мм., Н = 301 мм.

кг.

1.11.2. Определение критерия технического уровня редуктора

1. Критерий технического уровня определяется по формуле , где - вращающий момент на тихоходном валу редуктора.

Определение критерия дает возможность оценить место спроектированного редуктора в сравнении со стандартными и решить вопрос о целесообразности его изготовления. При этом надо учесть ограниченность возможностей индивидуального производства для получения высоких

критериев технического уровня редуктора.

(1.11.2.)

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Данным проектом выполнено проектирование одноступенчатого горизонтального редуктора общего назначения с косыми зубьями.

Произведены расчеты основных узлов и деталей механического привода:

- проектный и проверочный расчеты зубчатой передачи, с предварительным выбором материалов колес;

- расчет нагрузки валов редуктора;

- расчет изгибающих и крутящих моментов валов редуктора;

- проектный, а затем проверочный (уточненный) расчеты валов;

- предварительный выбор подшипников качения, а затем проверка их пригодности.

Все расчеты получились удовлетворительными. По расчетным данным выполнен сборочный чертеж редуктора в масштабе 1:1.

В конце проекта определена качественная оценка технического уровня проектируемого редуктора. Соответствует высокому уровню, определенному.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Шейнблин А. Е. «Курсовое проектирование деталей машин». – М: Высшая школа, 1991

2. Дунаев П. Ф., Леликов О.П. «детали машин. Курсовое проектирование». – М: Высшая школа,1984

3. Куклин Н. Г., Куклина Г. С. «Детали машин». – М: Высшая школа, 1987

4. Богомолов С. К., Воинов А. В. «Черчение». – М: Машиностроение, 1987

5. Единая система конструкторской документации (ЕСКД). Основные положения. – М: Сьандарт, 1987

6. Бейзельман Р. Д. «Подшипник качения». – М: Машиностроение, 1975