Омский государственный университет

путей сообщения (ОмГУПС)

Кафедра «Теория механизмов и детали машин»

ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКОГО ПРИВОДА

С ЦИЛИНДРИЧЕСКИМ ДВУХСТУПЕНЧАТЫМ

РЕДУКТОРОМ

Курсовой проект по дисциплине

«Детали машин и основы конструирования»

ИНМВ.324100.000 ПЗ

Студент гр. ___________________

«____»____________Щелчков П.А.

Руководитель:

Преподаватель кафедры ТМ и ДМ

«____»_________________Тарута Д.В.

Омск 2011

Реферат

Курсовой проект содержит 62 страницы, 15 рисунков, 7 таблиц, 5 источников, 3 приложения, 4 листа графического материала.

Ремённая передача, редуктор, зубчатое колесо, вал, подшипник, муфта, шпонка

Объектом проектирования является механический привод, состоящий из электродвигателя, ремённой передачи и цилиндрического двухступенчатого редуктора.

Цель работы – закрепление теоретических знаний в области прочностных расчётов деталей машин и приобретение опыта конструирования.

Выполненные расчёты позволили определить геометрические и конструктивные размеры деталей, проверить их на прочность, выполнить эскизную компоновочную схему, сборочный чертёж редуктора, рабочие чертежи деталей.

Полученные результаты могут быть использованы при создании опытного образца изделия.

Содержание

Введение………………………………………………………………………………. 1 Схема привода……………………………………………………………………… 2 Кинематический расчёт и выбор электродвигателя……………………………... 2.1 Определение потребной мощности и выбор электродвигателя………………. 2.2 Определение передаточного числа и распределение его между типами и ступенями передач……………………………………………………………… 2.3 Частоты и угловые скорости вращения валов редуктора……………………... 2.4 Мощности и вращающие моменты на валах редуктора………………………. 3 Расчёт плоскоремённой передачи………………………………………………… 4 Расчёт и конструирование редуктора……………………………………………... 4.1 Материалы зубчатых колёс……………………………………………………… 4.2 Определение геометрических и кинематических параметров быстроходной ступени редуктора………………………………………………………………. 4.2.1 Проверочный расчёт зубьев колёс на контактную прочность……………… 4.2.2 Расчёт зубьев на прочность при изгибе………………………………………. 4.3 Определение геометрических и кинематических параметров тихоходной ступени редуктора………………………………………………………………. 4.3.1 Проверочный расчёт зубьев колёс на контактную прочность..……………... 4.3.2 Расчёт зубьев на прочность при изгибе………………………………………. 4.4 Ориентировочный расчёт и конструирование валов…………………………... 4.4.1 Входной вал…………………………………………………………………….. 4.4.2 Промежуточный вал…………………………………………………………… 4.4.3 Выходной вал………………………………………………………………….. 4.5 Выбор подшипников качения…………………………………………………… 4.6 Конструирование зубчатых колёс………………………………………………. 4.7 Конструирование корпуса редуктора…………………………………………… 4.8 Компоновочная схема редуктора……………………………………………….. 4.9 Расчёт валов на совместное действие изгиба и кручения……………………... 4.10 Расчёт вала на сопротивление усталости……………………………………… 4.11 Расчёт подшипников качения………………………………………………….. 4.12 Проверка прочности шпоночных соединений………………………………... 4.13 Выбор и расчёт втулочно-пальцевой муфты………………………………….. 4.14 Определение марки масла для зубчатых передач и подшипников………….. Заключение…………………………………………………………………………… Список использованных источников………………………………………………..

5 6 7 7 7 8 9 11 16 16 16 20 24 27 30 33 36 36 37 38 39 39 42 45 47 52 54 56 58 59 61 62

Введение

Целью выполнения проекта является закрепление знаний, полученных из ранее освоенных дисциплин и использование их при проектировании механического привода.

Задачей работы является подбор электродвигателя, выполнение кинематического расчёта, расчёт ремённой передачи и редуктора, определение геометрических и конструктивных размеров деталей и проверок их на прочность.

При выполнении графической части проекта использованы результаты проведённых расчётов.

Поставленные задачи решались с учётом изменений в действующих стандартах и рекомендаций, учитывающий опыт создания и эксплуатации подобных устройств.

1 Схема привода

В механический привод, представленный на рисунке 1.1, входят электродви­гатель ременная передача и редук­тор. Ременная передача включает в себя ведущий и ведомый шкивы, ремень. Редуктор – цилиндрический двухступенчатый, выпол­ненный по развёрнутой схеме.

Зубчатые колёса быстроходной и тихоходной ступеней насажены на входной, промежуточный и выходной валы. Подшипники поддерживают валы и позволяют им свободно вращаться. Зубчатые колёса, валы и подшипники расположены внутри закрытого чугунного корпуса. Выходной вал редуктора соединён с приёмным валом машины муфтой.

1 – электродвигатель; 2 – ведущий шкив; 3 – ведомый шкив; 4 – ремень; 5 – зубчатые колеса тихоходной ступени; 6 - зубчатые колеса быстроходной ступени; 7 – входной вал; 8 – промежуточный вал; 9 – выходной вал; 10 – подшипники; 11 – за­крытый чугунный корпус; 12 – приёмный вал машины; 13 – муфта

Рисунок 1.1 – Механический привод

2 Кинематический расчёт и выбор электродвигателя

2.1 Определение потребной мощности и выбор электродвигателя

Общий КПД привода:

где - КПД плоскоремённой передачи;

- КПД быстроходной цилиндрической передачи;

- КПД тихоходной цилиндрической передачи;

- КПД одной пары подшипников.

Потребная мощность, кВт:

где - мощность на приёмном валу машины, кВт.

По потребной мощности выбираем тип электродвигателя так, чтобы

где - номинальная мощность электродвигателя, указанная в каталоге.

Выписываем:

1. Тип электродвигателя – 4А1326;

2. Номинальная мощность двигателя ;

3. Рабочая частота вращения двигателя ;

4. Диаметр вала двигателя .

2.2 Определение передаточного числа и распределение его между типами и ступенями передач

Общее передаточное число привода:

где - рабочая частота вращения вала электродвигателя, об/мин;

- частота вращения выходного вала редуктора, об/мин.

Передаточное число редуктора:

где - передаточное число ремённой передачи.

Передаточное число тихоходной ступени редуктора:

Передаточное число быстроходной ступени редуктора:

Проверим полученный расчёт:

Значит электродвигатель выбран правильно, а так же передаточные числа рассчитаны верно.

2.3 Частоты и угловые скорости вращения валов редуктора

Частота вращения входного вала, об/мин:

Частота вращения промежуточного вала, об/мин:

Частота вращения выходного вала, об/мин:

Угловая скорость вращения входного вала, с^-1:

Угловая скорость вращения промежуточного вала, с^-1:

Угловая скорость вращения выходного вала, с^-1:

2.4 Мощности и вращающие моменты на валах редуктора

Мощность на входном валу, кВт:

Мощность на промежуточном валу, кВт:

Мощность на выходном валу, кВт:

Вращающий момент на входном валу, :

Вращающий момент на промежуточном валу, :

Вращающий момент на выходном валу, :

3 Расчёт плоскоремённой передачи

Ремённая передача, изображённая на рисунке 3.1, состоящая из ведомого, ве­дущего шкивов и ремня, явля­ется быстроходной ступенью привода, понижающей частоту вращения вала элек­тродвигателя.

1, 2 – ведущий и ведомый шкивы; 3 – ремень; 4 – электродвигатель; 5 – ре­дуктор; 6 – муфта; 7 – приёмный вал машины

Рисунок 3.1 – Кинематическая схема привода с ремённой передачей

Расчёт ремённой передачи заключается в определении геометрических раз­меров, сил, действующих на валы, и долговечности.

Диаметр ведущего шкива передачи, мм:

где P_п – мощность на ведущем валу передачи, равная потребной мощности, Вт;

n_э – частота вращения ведущего вала передачи, равная частоте вращения вала электродвигателя, об/мин.

Диаметр ведомого шкива (без учёта скольжения), мм:

где u_р – передаточное число ремённой передачи.

Межосевое расстояние, мм:

Длина ремня, мм:

Угол обхвата меньшего шкива, град.:

Скорость ремня, м/с:

В зависимости от скорости выбираем тип ремня – тип В ().

Допускаемая удельная тяговая способность ремня, Н/мм²:

где k₀ - оптимальная удельная тяговая способность ремня, Н/мм²,

- коэффициент, учитывающий влияние угла обхвата меньшего шкива,

- коэффициент, учитывающий влияние скорости ремня,

c_р – коэффициент, учитывающий влияние режима работы;

c_о – коэффициент, учитывающий расположение передачи.

Окружное усилие, Н:

Требуемая площадь поперечного сечения, мм²:

Ориентировочная толщина ремня определяется с учётом выполнения усло­вия, мм:

где d₁ – диаметр малого шкива, принятый из стандарта, мм.

Для ремня типа Б принимаем толщину одной прокладки . Тогда ко­личество прокладок:

Уточняется толщина ремня, мм:

Ширина ремня, мм:

Уточнённое значение площади сечения ремня, мм²:

Рассчитанный ремень проверяется на прочность и долговечность. При про­верке на прочность определяется максимальное напряжение в сечении, набегающем на ведущий шкив:

где - напряжение, обусловленное величиной силы F_t, действующей в ведущей

ветви ремня передача, Н/мм²,

- напряжение от предварительного натяжения, Н/мм²;

- напряжение, обусловленное изгибом ремня при огибании ведущего шкива,

Н/мм²,

E_н – модуль упругости при изгибе для прорезиненных ремней, Н/мм²;

- напряжение, обусловленное действием центробежной силы, Н/мм²,

ρ – плотность прорезиненного ремня, кг/м³;

- скорость ремня, м/с.

При расчёте передачи должно выполняться условие прочности:

Условие прочности выполняется, значит, ремень выбран правильно.

Расчётная долговечность ремня, ч:

где m = 5 – для плоских ремней;

10⁷ – базовое число циклов;

- предел выносливости для прорезиненных без прослоек, Н/мм²;

υ – частота пробегов ремня в секунду,

с_i – коэффициент, учитывающий влияние передаточного числа;

с_н – коэффициент, учитывающий непостоянство нагрузки.

Сила давления на валы для передачи с периодически регулированием на­чального натяжения ремня:

Выберем ширину обода шкива:

Рассчитанная ремённая передача имеет следующие параметры:

4 Расчёт и конструирование редуктора

Тип редуктора – цилиндрический двухступенчатый, выполненный по развёр­нутой схеме. Первая ступень редуктора – цилиндрическая с косозубыми колёсами, вторая – с прямозубыми.

4.1 Материалы зубчатых колёс

Основным материалом для изготовления зубчатых колёс служат термически обрабатываемые стали. По сравнению с другими материалами они в наибольшей степени обеспечивают контактную прочность и прочность зубьев на изгиб.

В зависимости от твёрдости стальные зубчатые колёса разделяют на две группы: твёрдостью НВ > 350 (с объёмной закалкой, закалкой т.в.ч., цементацией, азотированием); твёрдостью НВ ≤ 350 (зубчатые колёса нормализованные или улучшенные).

Данные о материалах представлены в таблице 4.1.

Таблица 4.1 – Механические характеристики материалов зубчатых колёс

Зубчатое колесо	Марка стали	Термообработка	Твёрдость сердцевины НВ, МПа
Шестерня I и II ступеней	40Х	Улучшение	280
Колесо I и II ступеней	40XH	Нормализация	240