Одноступенчатый цилиндрический редуктор электромеханического привода

СОДЕРЖАНИЕ
1. Выбор электродвигателя. Расчёт основных кинематических и энергетических параметров
1.1. Расчёт мощности электродвигателя
1.2. Расчёт синхронной частоты вращения вала электродвигателя
1.3. Выбор марки электродвигателя
1.4. Расчёт суммарного передаточного отношения и передаточных отношений ременной и зубчатой передач
1.5. Расчёт частот вращения валов редуктора
1.6. Расчёт мощностей и крутящих моментов, передаваемых валами редуктора
2. Расчёт зубчатой передачи
2.1. Выбор материалов и способов термической обработки зубчатых колёс. Расчёт допускаемых напряжений
2.1.1. Расчёт допускаемых контактных напряжений
2.1.2. Расчёт допускаемых напряжений изгиба
2.2. Расчёт параметров зубчатой передачи
2.2.1. Расчёт межосевого расстояния
2.2.2. Расчёт ширины колеса
2.2.3. Расчёт модуля зацепления
2.2.4. Расчёт суммарного числа зубьев и чисел зубьев шестерни и колеса
2.2.5. Расчёт фактического передаточного отношения
2.3. Проверочный расчёт зубчатой передачи
2.3.1. Расчёт по контактным напряжениям
2.3.2. Расчёт по напряжениям изгиба
2.4. Геометрические параметры зубчатой передачи
3. Первый этап эскизирования
3.1. Компоновка передачи в корпусе редуктора
3.2. Компоновка валов
3.2.1. Расчёт диаметров хвостовиков валов
3.2.2. Расчёт диаметров участков валов
3.2.2.1. Тихоходный вал
3.2.2.2. Быстроходный вал
3.3. Предварительный выбор подшипников
3.3.1. Быстроходный вал
3.3.2. Тихоходный вал
3.4. Компоновка подшипников в корпусе редуктора. Определение способа смазки подшипников
3.5. Расчёт расстояний между точкой приложения усилий в зацеплении и опорами валов
4. Выбор соединительных муфт и расчёт шпоночных соединений
4.1. Быстроходный вал
4.2. Тихоходный вал
4.3. Расчёт шпоночных соединений
4.3.1. Быстроходный вал
4.3.2. Тихоходный вал
4.3.2.1. Соединение на полумуфте
4.3.2.2. Соединение на ступице колеса
5. Расчёт валов
5.1. Расчёт усилий в зацеплении
5.2. Построение расчётных схем валов, определение опорных реакций, построение эпюр изгибающих и крутящих моментов
5.2.1. Тихоходный вал
5.2.1.1. Вертикальная плоскость
5.2.1.2. Горизонтальная плоскость
5.2.1.3. Расчёт суммарных реакций в опорах, суммарных изгибающих моментов в сечениях и определение опасного сечения
5.2.2. Быстроходный вал
5.2.2.1. Вертикальная плоскость
5.2.2.2. Горизонтальная плоскость
5.2.1.3. Расчёт суммарных реакций в опорах, суммарных изгибающих моментов в сечениях и определение опасного сечения
5.3. Уточненный расчёт валов
5.3.1. Тихоходный вал
5.3.2. Быстроходный вал
6. Расчёт теоретической долговечности подшипниковых опор
6.1. Тихоходный вал
6.2. Быстроходный вал
7. Расчёт элементов корпуса редуктора
7.1. Расчёт глубины подшипниковых гнёзд
7.2. Расчёт расстояний от осей болтов до осей валов
7.3. Расчёт расстояний от внутренней стенки корпуса редуктора до осей болтов
7.4. Расчёт ширины фланцев, соединяющих основание и крышку корпуса редуктора
7.5. Расчёт расстояния от внутренней стенки корпуса редуктора до осей болтов
7.6. Расчёт толщины опорного фланца
7.7. Расчёт ширины опорного фланца и расстояния от внутренней стенки корпуса редуктора до осей отверстий под фундаментные болты
7.8. Расчёт толщины фланцев по болты
7.8.1. Нижний фланец
7.8.2. Верхний фланец
Литература

Примем материал вала сталь Ст. 45, термообработка – улучшение, которая имеет механические характеристики: 128,8 мм; =690 МПа (табл.3.3, [1]).
Результирующий коэффициент запаса прочности:
[s]=2,5,
где - коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям;
- коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям.
Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:
,
где - предел выносливости стали при симметричном цикле изгиба;
=0,43=0,43*690=296,7 МПа;
- эффективный коэффициент концентрации нормальных напряжений;
- масштабный фактор для нормальных напряжений;
- коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности;
- амплитуда цикла нормальных напряжений;
- среднее напряжение цикла нормальных напряжений;
9,6 МПа;
- осевая сила отсутствует (с.163, [1]);
1,08.
Радиус галтели определяем по рекомендациям конструирования валов r=1,5 мм (с.168, [1]).
0,025;
1,98 (табл.8.2, с.163, [1]);
0,79 (табл.8.8, с.166, [1]);
0,97 (с.162, [1]);
12.
Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:
,
где - предел выносливости стали при симметричном цикле кручения;
=0,58=0,58*296,7=172,1 МПа;
- эффективный коэффициент концентрации касательных напряжений;
- масштабный фактор для касательных напряжений;
- коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности;
- амплитуда цикла касательных напряжений напряжений;
- среднее напряжение цикла касательных напряжений;
==5,5 МПа
1,32 (табл.8.2, с.163, [1]);
0,67 (табл.8.8, с.166, [1]);
0,97 (с.162, [1]);
0,1 (с.166, [1]).
14,7.
Результирующий коэффициент запаса прочности:
=9,3 > [s]=2,5.
Условие прочности выполнено.
6. Расчёт теоретической долговечности подшипниковых опор
6.1. Тихоходный вал
Подшипники подбираем по более нагруженной опоре D.
13599 Н; .
Предварительно выбран шариковый радиальный однорядный подшипник:
подшипник №218: 90х160х30, С=95,6 кН, 62 кН.
Эквивалентная нагрузка:
,
где X – коэффициент радиальной нагрузки; X=1 (табл. 9.18, [1]);
V – коэффициент, учитывающий вращение колец подшипника; V=1 (с. 117, [1], вращается внутреннее кольцо);
- коэффициент безопасности; =1,4 (табл. 9.19, [1], умеренные толчки, кратковременная перегрузка до 150% от номинальной);
- температурный коэффициент; =1 (табл. 9.20, [1]).
Y – коэффициент осевой нагрузки; Y=0 (табл. 9.18, [1]).
=(1*13599*1+0*0)*1,4*1=19039 Н.
Расчётная долговечность, млн. об.:
==127 млн.об.
Расчётная долговечность, ч.:
==35278 ч,
что больше минимально допускаемого срока службы подшипников редуктора t=10000 ч.
Таким образом, ранее выбранный подшипник 218 проверку проходит.
6.2. Быстроходный вал
Подшипники подбираем по более нагруженной опоре B.
6855 Н; .
Предварительно выбран шариковый радиальный однорядный подшипник:
подшипник №212: 60х110х22, С=52 кН, 31 кН.
Эквивалентная нагрузка:
,
где X – коэффициент радиальной нагрузки; X=1 (табл. 9.18, [1]);
V – коэффициент, учитывающий вращение колец подшипника;
V=1 (с. 117, [3], вращается внутреннее кольцо);
- коэффициент безопасности; =1,4 (табл. 9.19, [1], умеренные толчки, кратковременная перегрузка до 150% от номинальной);
- температурный коэффициент; =1 (табл. 9.20, [1]).
Y – коэффициент осевой нагрузки; Y=0 (табл. 9.18, [1]).
=(1*6855*1+0)*1,4*1=9597 Н.
Расчётная долговечность, млн. об.:
==159 млн.об.
Расчётная долговечность, ч.:
==12441 ч,
что больше минимально допускаемого срока службы подшипников редуктора t=10000 ч.
Таким образом, ранее выбранный подшипник 212 проверку проходит.
7. Расчёт элементов корпуса редуктора
7.1. Расчёт глубины подшипниковых гнёзд
Глубина подшипникового гнезда
,
где - толщина стенки основания корпуса редуктора;
- размер определяемый, диаметром болтов устанавливаемых в подшипниковых гнёздах и воспринимающих усилие действующее на подшипники.
Толщина стенки корпуса:
=0,025а+1=0,025*280+1=8 мм,
принимаем =8 мм.
Диаметры болтов:
фундаментных
=(0,03…0,036)а+12=(0,03…0,036)*280+12=20,4…22,1 мм, принимаем болты с резьбой М24;
у подшипников
=(0,7…0,75)=(0,7…0,75)*24=16,8…18 мм,
принимаем болты с резьбой М20;
соединяющих основание корпуса с крышкой
=(0,5…0,6)=(0,5…0,6)*24=12…14,4 мм,
принимаем болты с резьбой М16.
Для болта М20, 48 мм (табл.10.3, [1]).
Таким образом
8+48+4=60 мм.
7.2. Расчёт расстояний от осей болтов до осей валов
,
где - диаметр наружного кольца подшипника быстроходного вала, 110 мм.
77 мм,
принимаем 80 мм.
,
где - диаметр наружного кольца подшипника тихоходного вала, 160 мм.
102 мм,
принимаем 120 мм.
7.3. Расчёт расстояний от внутренней стенки корпуса редуктора до осей болтов
,
где - расстояние, определяемое диаметром , 25 мм (табл.10.3, [1]).
8+25=33 мм.
7.4. Расчёт ширины фланцев, соединяющих основание и крышку корпуса редуктора
,
где - толщина стенки основания корпуса редуктора;
- размер определяемый, диаметром болтов , 39 мм (табл.10.3, [1]).
8+39=47 мм.
7.5. Расчёт расстояния от внутренней стенки корпуса редуктора до осей болтов
,
где - расстояние, определяемое диаметром , 21 мм (табл.10.3, [1]).
8+21=29 мм.
7.6. Расчёт толщины опорного фланца
p=2,35δ=2,35*8=18,8 мм,
принимаем p=20 мм.
7.7. Расчёт ширины опорного фланца и расстояния от внутренней стенки корпуса редуктора до осей отверстий под фундаментные болты
,
где - толщина стенки основания корпуса редуктора;
- размер определяемый, диаметром болтов , 54 мм (табл.10.3, [1]).
8+54=62 мм.
,
где - расстояние, определяемое диаметром , 34 мм (табл.10.3, [1]).
8+34=44 мм.
7.8. Расчёт толщины фланцев по болты
7.8.1. Нижний фланец
b==1,5=1,5*8=12 мм.
7.8.2. Верхний фланец
=1,5,
где - толщина стенки крышки редуктора.
=0,02а+1=0,02*280+1=6,6 мм,
принимаем =8 мм.
=1,5*8=12 мм.
Литература
1. Чернавский, С. А. Курсовое проектирование деталей машин: учебное пособие [Текст] / С. А. Чернавский [и др.]. – М.: Машиностроение, 2005. -415 с.
2. Баранов, Г. Л. Расчёт деталей машин: учебное пособие [Текст] / Г. Л. Баранов. – Екатеринбург: ИВТОБ УГТУ-УПИ, 2007. -220 с.
3. Казанский, Г. И. Расчёт зубчатых передач: методические указания по курсам «Детали машин» и «Механика» [Текст] / Г. И. Казанский [и др.]. - Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2002. -36 с.
4. Баранов, Г. Л. Расчёт зубчатых цилиндрических передач [Текст] / Г. Л. Баранов. – Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2005. -31 с.
5. Баранов, Г. Л. Расчёт валов, подшипников и муфт [Текст] / Г. Л. Баранов. – Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2005. -45 с.
6. Вешкурцев, В. И. Посадки основных деталей редукторов: учебное электронное текстовое издание / В. И. Вешкурцев [и др.]. Информационный портал ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005. Режим доступа: http://www.ustu.ru
7. Зиомковский, В. М. Детали машин, основы конструирования: учебное пособие для немашиностроительных специальностей вузов [Текст] / В. М. Зиомковский. - Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2005. -153 с.
8. Баранов, Г. Л. Проектирование одноступенчатого цилиндрического редуктора [Текст] / Г. Л. Баранов. – Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2005. -47 с.
9. Шейнблит, А. Е. Курсовое проектирование деталей машин [Текст] / А. Е. Шейнблит. – Калининград: Янтарный сказ, 1999. -456 с.
10. Анурьев, В. И. Справочник конструктора машиностроителя [Текст]. В 3 т. Т.1. / В. И. Анурьев; под ред. И. Н. Жестковой. – 8-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение,
2001. -920 с.
11. Детали машин: Атлас конструкций: Учеб. пособие для студентов машиностроительных специальностей вузов [Атлас]. В 2-х ч. Ч. 1. / Б. А. Байков [и др.]; под общ. ред. д-ра техн. наук проф. Д. Н. Решетова. – 5-е изд., перераб. и доп. М.: Машиностроение. 1992. -352 с.
37
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
1
Разраб.
Провер.
Реценз.
Н. Контр.
Утверд.
Редуктор
цилиндрический
Лит.
Листов