методичка
.pdfФедеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Сибирский государственный индустриальный университет
Кафедра теории механизмов и машин и основ конструирования
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ОДНОСТУПЕНЧАТОГО РЕДУКТОРА
Методические указания к выполнению расчетно-графической работы по дисциплине «Детали машин и механизмов».
Специальность 270109 – Теплогазоснабжение и вентиляция
Новокузнецк
2007
УДК 621.883.1 П 79
Рецензент Доктор технических наук, профессор СибГИУ
Живаго Э.Я.
П 79 Проектирование цилиндрического одноступенчатого редуктора: Метод. указ. / Сост.: И.А. Жуков; СибГИУ. – Новокуз-
нецк, 2007. – 33 с.
Изложена методика кинематического расчета привода, выбора электродвигателя, расчета цилиндрической зубчатой передачи, проектного расчета валов; приводится необходимый справочный материал.
Предназначены для студентов специальности 270109 – Теплогазоснабжение и вентиляция
2
|
Содержание |
|
Предисловие.............................................................................................. |
4 |
|
Введение.................................................................................................... |
5 |
|
1 Кинематический расчет привода и выбор электродвигателя ............ |
8 |
|
1.1 |
Определение потребной мощности привода................................ |
8 |
1.2 |
Определение коэффициента полезного действия........................ |
8 |
1.3 |
Определение частоты вращения приводного вала ...................... |
8 |
1.4 |
Выбор предварительного общего передаточного числа |
|
|
привода........................................................................................... |
9 |
1.5 |
Определение требуемой частоты вращения двигателя............... |
9 |
1.6 |
Выбор электродвигателя.............................................................. |
10 |
1.7 |
Уточнение общего передаточного числа привода и его |
|
|
распределение между типами передач привода....................... |
10 |
1.8 |
Определение частот вращения валов привода........................... |
11 |
1.9 |
Определение крутящих моментов на валах привода................. |
11 |
2 Расчет цилиндрической зубчатой передачи...................................... |
12 |
|
2.1 |
Выбор материалов и термической обработки............................ |
12 |
2.2 |
Определение допускаемых напряжений..................................... |
13 |
2.3 |
Определение межосевого расстояния......................................... |
13 |
2.4 |
Расчет предварительных основных размеров колеса................ |
14 |
2.5 |
Расчет и выбор по стандарту модуля передачи......................... |
14 |
2.6 |
Определение суммарного числа зубьев и угла наклона............ |
15 |
2.7 |
Определение числа зубьев шестерни и колеса........................... |
15 |
2.8 |
Определение фактического передаточного числа..................... |
15 |
2.9 |
Определение геометрических размеров колес........................... |
16 |
3 Проектный расчет валов цилиндрической зубчатой передачи........ |
17 |
|
3.1 |
Выбор материалов........................................................................ |
17 |
3.2 |
Определение диаметров ведущего вала и подбор |
|
|
подшипников ............................................................................... |
17 |
3.3 |
Определение диаметров ведомого вала и подбор |
|
|
подшипников ............................................................................... |
19 |
4 Выбор шпонок...................................................................................... |
20 |
|
5 Эскизный проект зубчатого зацепления редуктора.......................... |
21 |
|
Список рекомендуемой литературы...................................................... |
22 |
|
Приложения............................................................................................. |
24 |
3
Предисловие
Расчетно-графическая работа (РГР) по дисциплине «Детали машин и механизмов» включает в себя:
–титульный лист;
–задание на выполнение РГР;
–содержание;
–введение;
–основную часть (расчеты, схемы, таблицы, рисунки, пояснения);
–эскиз.
РГР выполняется на листах бумаги формата А4 (210х297) с одной стороны листа рукописным или машинописным (№14) шрифтом. Поля: сверху и снизу – 20мм, слева – 25мм, справа – 15мм. Разделы пояснительной записки (кроме введения) должны иметь порядковые номера – 1, 2, 3 и т.д.; подразделы должны иметь нумерацию в пределах каждого раздела – 2.1, 2.2, 2.3 и т.д. Нумерация страниц должна быть сквозная, начиная с титульного листа, на котором номер не ставится.
Титульный лист (приложение А) является первой страницей РГР, заполняется рукописным или машинописным шрифтом по ГОСТ 2.304-81 и после выполнения работы подписывается студентом и преподавателем. Задание на РГР располагается после титульного листа. Содержание – часть РГР, в которой проставляются номера и наименования разделов и подразделов с указанием номеров страниц, на которых располагается начало текста разделов.
Введение должно содержать краткую характеристику проектируемого механизма. Необходимо описать конструктивные особенности, дать сравнительную оценку проектируемого редуктора с другими подобными механизмами, отметить условия работы, особенности в обслуживании, достоинства и недостатки, а также рекомендации по применению проектируемого механизма.
В тексте должны применяться научно-технические термины, обозначения и определения, установленные стандартами или общепринятые в технической литературе. В РГР следует применять стандартизированные единицы физических величин. Формулы, рисунки и таблицы имеют сквозную нумерацию. Формулы записываются на уровне формулы справа в круглых скобках. Рисунки в РГР располагаются непосредственно после текста, в котором они упоминаются.
4
Рисунки имеют наименование, которое располагается снизу рисунка после его номера. Таблицы имеют наименование, которое располагается сверху таблицы после ее номера.
Введение
Редуктор – механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненный в виде отдельного агрегата и служащий для передачи мощности от двигателя к рабочей машине. Назначение редуктора – понижение угловой скорости и повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с валом ведущим. Механизмы для повышения угловой скорости, выполненные в виде отдельных агрегатов, называют ускорителями или мультипликаторами.
Редуктор состоит из корпуса (литого чугунного или сварного стального), в который помещают элементы передачи – зубчатые колёса, валы, подшипники и т.д. В отдельных случаях в корпусе редуктора размещают также устройства для смазки зацеплений и подшипников (например, внутри корпуса редуктора может быть помещён шестерёнчатый масляный насос) или устройства для охлаждения (например, змеевик с охлаждающей водой в корпусе червячного редуктора).
Редуктор проектируют либо для привода определённой машины, либо по заданной нагрузке и передаточному числу без указания конкретного назначения. Второй случай характерен для специализированных заводов, на которых организовано серийное производство редукторов.
Редукторы классифицируют по следующим основным признакам: тип передачи (зубчатые, червячные, цепные, ремённые и т.д.); число ступеней (одноступенчатые, двухступенчатые и т.д.); тип зубчатых колёс (цилиндрические, конические, коническоцилиндрические и т.д.); относительное расположение валов редуктора в пространстве (горизонтальные, вертикальные).
Редукторы бывают:
– одноступенчатые цилиндрические: корпуса чаще выполняют литыми чугунными, валы монтируют на подшипниках качения или скольжения;
5
– одноступенчатые конические: применяются для передачи движения между валами, оси которых пересекаются, межосевой угол обычно равен 90°;
–двухступенчатые цилиндрические: отличаются простотой, но из-за несимметричного расположения колёс на валах повышается концентрация нагрузки по длине зуба, в этих редукторах следует применять жёсткие валы;
–червячные: применяют для передачи движения между валами, оси которых перекрещиваются.
Редукторы широко применяют в различных областях машиностроения, особенно в подъёмно-транспортном, металлургическом, химическом машиностроении, судостроении и т.д.
При выполнении данной РГР разрабатывается механизм – редуктор цилиндрический одноступенчатый (рисунок 1). По типу передаваемой нагрузки – зацепление. По типу зацепления – зубчатое эвольвентное. По направлению зубьев – прямозубое, косозубое или шевронное. По принципу движения валов – простой механизм, в котором вал вращается вокруг своей оси. По конструктивному исполнению – закрытый механизм, который имеет общий жёсткий и герметичный корпус. По количеству ступеней – одноступенчатый.
В корпус редуктора заливают масло так, чтобы венцы колёс были в него погружены. При их вращении масло увлекается зубьями, разбрызгивается, попадает на внутренние стенки корпуса, оттуда стекает в нижнюю его часть. Внутри корпуса образуется взвесь частиц масла в воздухе, которые покрывают поверхность расположенных внутри корпуса деталей. Применяется картерная смазка. Для наблюдения за уровнем масла в корпусе устанавливают жезловый маслоуказатель (щуп). Подшипники смазывают тем же маслом, что и детали передач. При картерной смазке колёс подшипники качения смазываются брызгами масла. Во избежание излишнего полива маслом подшипники защищают маслозащитными кольцами. Для осмотра зубьев зацепления и залива масла при сборке в крышке предусматривается смотровое окно, закрываемое крышкой.
6
Рисунок 1 – Одноступенчатый цилиндрический зубчатый редуктор
7
1 Кинематический расчет привода и выбор электродвигателя
Подбор электродвигателя, кинематические расчеты и определение вращающих моментов на валах зависят от исходных данных, приведенных в задании на РГР. В исходных данных задана окружная сила Ft (кН) на барабане и приведены значения скорости V (м/с) движения ленты и диаметра Dб (мм) барабана.
1.1 Определение потребной мощности привода
По исходным данным определяют потребную мощность приво-
да, т.е. мощность на выходе (кВт) |
|
Pвых = Ft V , |
(1) |
где Ft – тяговое усилие (кН);
V– скорость движения ленты (м/с).
1.2Определение коэффициента полезного действия
Коэффициент полезного действия (КПД) рассчитывается по формуле
η |
общ |
=η ηn η |
3 |
η |
4 |
, |
(2) |
|
1 2 |
|
|
|
где η1– КПД, учитывающий потери в соединительной муфте; η2 – КПД, учитывающий потери в подшипниках;
n – количество пар подшипников;
η3 – КПД, учитывающий потери в цилиндрической зубча-
той передаче; η4 – КПД, учитывающий потери в клиноременной или цеп-
ной передаче.
Значения КПД отдельных элементов приведены в таблице 1. Рекомендуется выбирать средние значения из приведенных интервалов. Значение КПД ηобщ округляется до 3-х знаков после запятой.
1.3 Определение частоты вращения приводного вала
Частота вращения приводного вала определяется по формуле (об/мин):
8
nвых = |
60 103V |
, |
(3) |
πDб |
|||
где Dб – диаметр барабана (мм). |
|
||
Таблица 1 – Рекомендуемые значения КПД |
|
||
Тип передачи, звена кинематической цепи |
η |
||
Зубчатая цилиндрическая |
0,96…0,98 |
||
Ременная |
|
|
0,94…0,96 |
Цепная |
|
|
0,92…0,95 |
Муфта соединительная |
|
0,98 |
|
Подшипники качения (одна пара) |
0,99 |
1.4 Выбор предварительного общего передаточного числа привода
Общее передаточное число определяется как произведение передаточных чисел отдельных элементов кинематической цепи:
uобщ =u1 u2 |
(4) |
где u1 – передаточное отношение редуктора;
u2 – передаточное отношение ременной или цепной передачи.
Значения передаточных чисел отдельных элементов кинематической цепи выбираются из таблицы 2.
Таблица 2 – Рекомендуемые значения передаточных чисел передач
Вид передачи |
Передаточное число u |
Зубчатая цилиндрическая |
2,5…5,6 |
Ременная |
2…3 |
Цепная |
1,5…3 |
1.5 Определение требуемой частоты вращения двигателя
Требуемая частота вращения электродвигателя определяется по формуле (об/мин):
nпот.эл = nвых uобщ , |
(5) |
значение nвых (об/мин) берется из п.1.3, а значение uобщ |
из п.1.4. |
9
1.6 Выбор электродвигателя
Требуемая мощность электродвигателя определяется по формуле (кВт):
P |
= |
|
Рвых |
, |
(6) |
|
η |
||||||
пот.эл |
|
|
|
|||
|
|
|
общ |
|
|
значение Рвых (кВт) берется из п.1.1, а значение ηобщ из п.1.2.
Затем по приложению Б выбирается электродвигатель ближайшей большей мощности, т.е. при условии Рэл > Pпот.эл , и с частотой вращения nэл , значение которой попадает в интервал значений nпот.эл.
Рекомендуется выбирать двигатель с меньшей частотой вращения вала. В РГР необходимо указать марку и характеристики выбранного двигателя.
1.7 Уточнение общего передаточного числа привода и его распределение между типами передач привода
Далее общее передаточное число необходимо уточнить в соответствии с выбранным электродвигателем. Значение uобщ округляется
до 3-х знаков после запятой.
uобщ = |
nэл |
. |
(7) |
|
|||
|
nвых |
|
Полученное общее передаточное число распределяют между типами передач: u1 зубчатой и u2 ременной или цепной. При этом пе-
редаточное число u1 одноступенчатого редуктора должно иметь стандартное значение (ГОСТ 21426-75, таблица 3).
Таблица 3 – Стандартные значения передаточных чисел
u1 |
1-й ряд |
2,0 |
2,5 |
3,15 |
4,0 |
5,0 |
|
2-й ряд |
2,24 |
2,8 |
3,55 |
4,5 |
5,6 |
||
|
А передаточное число u2 ременной или цепной передачи долж-
но соответствовать значениям, приведенным в таблице 2, и вычисляться по формуле
u2 = |
uобщ |
. |
(8) |
|
u1 |
||||
|
|
|
10