Введение

Правила проектирования и оформления конструкторской документации устанавливают четыре стадии ее разработки: техническое задание, эскизный проект, технический проект, рабочая документация. Курсовой проект по технической механике представляется в виде пояснительной записки, сборочного чертежа редуктора, чертежа червячного колеса и тихоходного вала.

Заданием на курсовой проект предусмотрена разработка конструкции одноступенчатого червячного редуктора привода механизма поворота крана.

Приводное устройство включает в себя электродвигатель, упругую муфту со звёздочкой, червячный редуктор, цилиндрическую зубчатую передачу.

Исходными данными для проектирования являются: момент сопротивления вращения Т=2 кН м, скорость поворота V=0.08 м/с; диаметр колонны D=240 мм; срок службы привода =4 лет; допускаемое отклонение скорости поворота крана =3%.

Редуктор предназначен для передачи мощности от вала двигателя к приводному валу рабочей машины, понижения угловых скоростей и, соответственно, повышения вращающегося момента ведомого вала по сравнению с ведущим валом. Редуктор состоит из корпуса, в котором помещаются элементы червячной передачи, валы, подшипники и т.д. В корпусе редуктора размещают так же устройства для смазывания зацепления и подшипников.

Основные требования, предъявляемые к создаваемому приводу: надежность, технологичность, ремонтопригодность, минимальные габариты и масса, удобство эксплуатации, техническая эстетика. Все эти требования учитывают в процессе проектирования и конструирования.

1 Энергетический, кинематический и силовой расчеты привода

1.1 Определение номинальной мощности и номинальной частоты вращения двигателя

1.1.1 Определяем срок службы (ресурс) привода ,ч, приняв время простоя машинного агрегата 25% ресурса, по формуле

ч,

где - срок службы привода, лет;

- продолжительность смены, ч;

- число смен.

1.1.2 Определяем требуемую мощность рабочей машины ,кВт, по формуле

кВт,

где - тяговая сила цепи, кН;

- скорость грузовой цепи, м/с.

1.1.3 Определяем общий коэффициент полезного действия привода по формуле

,

где = 0,93 - кпд открытой передачи[5, раздел 2, таблица 2.2];

= 0,85 - кпд закрытой передачи[5, раздел 2, таблица 2.2];

= 0,98 - кпд муфты[5,раздел 2, таблица 2.2];

= 0,99 - кпд подшипников качения[5,раздел 2, таблица 2.2].

1.1.4 Определяем требуемую мощность двигателя , кВт, по формуле

кВт.

1.1.5 Определяем номинальную мощность двигателя , кВт, учитывая, что [4, раздел 16.7, таблица 16.7.1].

= 2,2 кВт.

1.1.6 Выбираем тип двигателя [4, раздел 16.7, таблица 16.7.1].

Таблица 1

Вариант	Тип двигателя	Номинальная мощность	Частота вращения, об/мин
			синхронная	при номинальном режиме
1	4АМ80В2У3	2,2	3000	2850
2	4АМ90L4У3	2,2	1500	1425
3	4АМ100L6У3	2,2	1000	950
4	4АМ112МА8У3	2,2	750	700

1.2 Определение передаточного числа привода и его ступеней

1.2.1 Определяем частоту вращения приводного вала рабочей машины

, об/мин, по формуле

об/мин,

где z – число зубьев звездочки;

р – шаг грузовой цепи, мм.

1.2.2 Определяем максимальное допустимое отклонение частоты вращения приводного вала рабочей машины , об/мин, по формуле

об/мин,

где - допускаемое отклонение скорости грузовой цепи, %.

1.2.3 Определяем допускаемую частоту вращения приводного вала рабочей машины с учетом отклонения , об/мин, по формуле

об/мин.

Принимаем = 30 об/мин.

1.2.4 Определяем передаточное число привода u для всех приемлемых вариантов типа двигателя при заданной номинальной мощности по формуле

;

.

1.2.5 Принимаем передаточное число закрытой передачи = 10,0 [5, раздел 2, таблица 2.3].

1.2.6 Определяем передаточное число открытой передачи по формуле

.

Таблица 2

Передаточное число	Вариант
	1	2	3	4
	95	47,5	31,7	23,3
	9,5	4,75	3,17	2,33
	10,000	10,000	10,000	10,000

1.3 Определение кинематических и силовых параметров привода

Таблица 3

Параметр	Вал	Последовательность соединения элементов привода по кинематической схеме
Мощность P, кВт	Дв	1,6
	Б
	Т
	РМ	1,2
Частота вращения n, об/мин	Дв	1425
	Б
	Т
	РМ	= 30
Угловая скорость , 1/c	Дв
	Б
	Т
	РМ
Вращающий момент Т,	Дв
	Б
	Т
	РМ

2 Расчет червячной передачи редуктора

2.1 Выбор твердости, термообработки и материала червячной передачи

2.1.1 Выбираем материал, термообработку и твердость червяка, предельные значения размеров заготовки червяка (Dпред -диаметр), механические характеристики: сталь 40Х, Dпред = 125мм, термообработка – У+ТВЧ, 45…50 HRCэ, [5, задача 3.2, таблица 3.2].

2.1.2 Определяем скорость скольжения в зацеплении s, м/с, по формуле

s = 4,3 ∙ ∙ 2 ∙ uзп ∙ = 4,3 ∙ ∙ 15,28 ∙ ∙ = 5,88 м/с.

2.1.3 Выбираем марку материала червячного колеса, способ отливки, механические характеристики: БрО10Ф1, способ отливки – кокиль, [5, задача 3.2, таблица 3.5].

2.2 Определение допускаемых контактных напряжений

2.2.1 Определяем число циклов нагружения зубьев червячного колеса N за весь срок службы (наработку) по формуле

N = 573 ∙ 2 ∙ Lh = 573 ∙ 15,28 ∙ 10950  9,6 ∙ 10 .

Для реверсивной нагрузки с одинаковым временем работы в обоих направлениях N = , уменьшают вдвое.

2.2.2 Определяем коэффициент долговечности КHL при расчете на контактную прочность по формуле

KHL = = = 0,82.

2.2.3 Определяем допускаемое контактное напряжение для червячного колеса , МПа, по формуле

[]H = KHL ∙ C ∙ 0,9 ∙ в = 0,82 ∙ 0,88 ∙ 0,9 ∙ 275 = 178,6 МПа,

где С = 0,88 - коэффициент, учитывающий износ материала [5, задача 3.2, таблица 3.6];

- предел прочности, МПа [5, задача 3.2, таблица 3.5].

2.3 Определение допускаемых напряжений изгиба

2.3.1 Определяем коэффициент долговечности КFL при расчете на изгиб по формуле

KFL = = = 0,65.

2.3.2 Определяем допускаемое напряжение изгиба , МПа, по формуле[5, задача 3.2, таблица 3.6]

= 28,6 МПа.

Таблица 4 - Механические характеристики материалов червячной передачи

Элемент передачи	Марка материала	Dпред мм	Термооб работка	HRCэ
			Способ отливки		МПа
Червяк	Сталь 40Х	125	У+ТВЧ	45…50	900	750	410	-	-
Колесо	БрО10Ф1	-	кокиль	-	275	200	-	178,6	28,6

2.4 Проектный расчет закрытой червячной передачи

2.4.1 Определяем главный параметр передачи – межосевое расстояние ɑW, мм, по формуле

ɑW = 61 ∙ = 61 ∙ = 172 мм.

Принимаем =175 мм.

2.4.2 Определяем число витков червяка [5, раздел 4.3] и число зубьев червячного колеса по формуле

2.4.3 Определяем модуль зацепления m, мм, по формуле

мм.

Принимаем m = 7 мм.

2.4.4 Определяем коэффициент диаметра червяка q, мм, из условия жёсткости по формуле

q = (0,212…0,25) ∙ Z2 = (0,212…0,25) ∙ 40 = 8,48…10 мм.

Принимаем q = 10 мм.

2.4.5 Определяем коэффициент смещения инструмента ,мм, по формуле

2.4.6 Определяем фактическое передаточное число и проверяем его отклонение от заданного значения по формуле

2.4.7 Определяем фактическое межосевое расстояние ,мм, по формуле

мм.

2.4.8 Определяем основные геометрические размеры червячной передачи

Таблица 5 Размеры в миллиметрах

Параметр червяка	Значение	Параметр колеса	Значение
Делительный диаметр		Делительный диаметр
Начальный диаметр		Диаметр вершин зубьев
Диаметр вершин витков		Наибольший диаметр колеса
Диаметр впадин витков		Диаметр впадин зубьев
Длина нарезаемой части червяка		Ширина венца
		Радиусы закруглений зубьев

2.4.9 Определяем значение делительного угла подъема линии витка червяка γ = [3, §4.2, таблица 4.3].

2.4.10 Определяем условный угол обхвата червяка венцом колеса , град, по формуле

;

увеличиваем мм, тогда

2.4.11 Определяем фактическую скорость скольжения s, м/с, по формуле

s = = = 5,76 м/с.

2.4.12 Определяем КПД червячной передачи по формуле

= = = 0,94,

где = 130'- угол трения, град [5, раздел 4.3, таблица 4.9].

2.5 Проверочный расчет закрытой червячной передачи на контактную прочность

2.5.1 Определяем окружную силу на колесе , Н, по формуле

= = = 5114,3 Н.

2.5.2 Определяем окружную скорость колеса , м/с, по формуле

= = = 2,14м/с.

2.5.3 Определяем расчетные контактные напряжения зубьев колеса , МПа, по формуле

= = = 173,7 МПа 178,6 МПа,

где K = 1,0 - коэффициент нагрузки [5, раздел 4.3].

Недогруз

2.6 Проверочный расчет закрытой червячной передачи на выносливость по напряжениям изгиба

2.6.1 Определяем эквивалентное число зубьев и коэффициент формы зуба колеса по формуле

= = ≈ 50;

= 1,45 [5, задача 4.3, таблица 4.10].

2.6.2 Определяем расчетные напряжения изгиба в основании зуба колеса , МПа, по формуле

МПа МПа.

3 Проектный расчет валов редуктора

3.1 Выбор материала валов и допускаемых напряжений на кручение

3.1.1 Выбираем материал быстроходного вал-червяка и тихоходного вала: сталь 40Х ГОСТ 4543-71. Термообработка – улучшение, твердость 269…302 НВ, , , [таблица 4; 5, раздел 3, таблица 3.2].

3.1.2 Принимаем допускаемые напряжения на кручение заниженными и равными: для быстроходного вала; для тихоходного вала [5, раздел 7.2].

3.2 Выбор муфт, определение размеров ступеней валов

3.2.1 Определяем геометрические параметры ступеней валов [5, раздел 7.3,].

Таблица 6 – Размеры ступеней быстроходного вала, мм

Ступень вала	Размеры	Вал-червяк
1-я под полумуфту		= =34,9. [4, раздел 16.7, таблица 16.7.2]; принимаем = 38 [5,K 21]. Принимаем t = 2,5; r =2,5.
		Принимаем = 58 [5,K 21].
2-я под уплотнение крышки с отверстием и подшипник		, принимаем = 45.
		, принимаем = 90.
3-я под червяк		, принимаем = 53, причем < .
		определим графически на эскизной компоновке.
4-я под подшипник		= = 45
		= , принимаем =28.

Таблица 7 - Размеры ступеней тихоходного вала, мм

Ступень вала	Размеры	Вал колеса
1-я под звездочку цепной передачи		= =56,36, принимаем = 56. Принимаем t = 3,0; r =3,0; f = 2,0.
		, принимаем = 65.
2-я под уплотнение крышки с отверстием и подшипник		, принимаем = 65.
		, принимаем = 82.
3-я под колесо		, принимаем = 75.
		определим графически на эскизной компоновке.
4-я под подшипник		= = 65
		= , принимаем =35.
5-я упорная		, принимаем =80.
		определим графически на эскизной компоновке.

3.2.2 Выбираем муфту упругую втулочно-пальцевую 250 – 38-I. 42-I. 2-У3 ГОСТ 21425-93 [5, К21].

3.3 Предварительный выбор подшипников качения

3.3.1 Определяем тип, серию, и схему установки подшипников [5, раздел 7.4, таблица 7.2]. Выбираем типоразмер подшипников по величине диаметров = ступеней валов под подшипники [5, К28, К29]

Таблица 8

Вал	Серия	Схема установки	Обозначение	Размеры, мм			Грузоподъемность, кН		е	Y
				d	D	B
						Т
Б	Средняя	с одной фиксирующей опорой	46309	45	100	25	48,1	37,7	-	-
Т	Легкая широкая	Враспор	7513	65	120	33	119,0	98,0	0,369	1,624

4 Конструирование зубчатых колес

4.1 Основные параметры червячного колеса и червяка (диаметры, ширина зубчатого венца колеса, длина нарезаемой части червяка, модуль, коэффициент диаметра червяка, число витков и зубьев ) определены при проектировании передачи [таблица 5].

4.2 Определяем конструкцию и размеры червячного колеса (обод, ступица, диск) [5, раздел 10.1, таблица 10.4].

Таблица 9 –Параметры червячного колеса, мм

Элемент колеса	Параметр	Способ получения заготовки: штамповка
Обод	Диаметр наибольший
	Диаметр внутренний
	Толщина	; принимаем S = 14; S0 = 17. ; принимаем h = 9, t = 7.
	Ширина
Ступица	Диаметр внутренний
	Диаметр наружный	принимаем .
	Толщина	, принимаем .
	Длина	, принимаем .
Диск	Толщина	принимаем С = 18.
	Радиусы закруглений и уклон	;
	Отверстия	; .