1. Кинематический расчет.
1.1. Подбор каната.
Рабочим органом машины, для которой проектируется привод, служит стальной проволочный канат.
Определению подлежат диаметр каната, диаметр барабана и величина крутящего момента, а также частота вращения.
Для привода грузоподъемной машины:
1. По заданному рабочему усилию определим диаметр каната
По ГОСТ 3067-88, 3068-88 примем канат стальной двойной свивки типа ТК конструкции диаметром 11,5 мм
2. По найденному диаметру каната определяем диаметр барабана
Диаметр барабана округляем в большую сторону по ГОСТ 6636-69 нормальных линейных размеров
3. Определяем крутящий момент и частоту вращения
1.2. Выбор электродвигателя.
Для выбора электродвигателя определим потребную мощность и частоту вращения. Потребляемую мощность (кВт) привода (мощность на выходе) определим по формуле:
Тогда требуемая мощность электродвигателя:
,
где
Требуемая частота вращения вала электродвигателя:
,
где частота вращения приводного вала редуктора вычисляется по формуле:
, где
Примем передаточные числа для вычисления из рекомендуемого диапазона для двух зубчатых передач (табл. 1.2, [1]):
По таблице 1.3 [1] выбираем электродвигатель 4АМ160S8УЗ /750 с номинальной частотой
1.3. Определение передаточных чисел.
После выбора определяем общее передаточное число привода
Полученное расчетом общее передаточное число распределяется между редуктором и отдельными ступенями редуктора
Передаточные числа быстроходной и тихоходной ступеней двухступенчатого редуктора определяем по соотношениям из таблицы 1.3. [1]:
Передаточные числа согласуются со стандартными значениями по ГОСТ 16532-70:
;
.
При этом отклонение от стандартного значения не должно превышать 4%:
Отклонения нет, поэтому нет необходимости изменять параметры.
1.4. Определение вращающих моментов и частот вращения циклов нагружения.
Частота вращения вала колеса тихоходной ступени:
,
т.к. в заданной схеме отсутствует ременная и цепная передача.
Частота вращения вала шестерни тихоходной ступени (вала колеса быстроходной ступени):
Частота вращения вала шестерни быстроходной ступени:
Вращающий момент (Нм) на приводном валу:
Момент на валу колеса тихоходной ступени
Вращающий момент на валу шестерни тихоходной ступени
Момент на валу шестерни быстроходного вала
2. Расчёт зубчатой передачи.
В зависимости от вида изделия, условий его эксплуатации и требований к габаритным размерам выбирают необходимую твердость колес и материалы для их изготовления. Для силовых передач чаще всего применяют стали. Передачи со стальными зубчатыми колесами имеют минимальную массу и габариты, тем меньше, чем выше твердость рабочих поверхностей зубьев, которая в свою очередь зависит от марки стали и варианта термической обработки. По табл. 2.1 [1] выбираем вариант термической обработки:
- для колеса – закалка, маркf стали 49,5 HRC
- для шестерни - маркf стали 50HRC
Марка стали для них одинакова – сталь 35ХМ
Получим средние значения для шестерен и для колёс:
Рассчитаем для шестерней и колёс:
-для шестерней:
-для колёс:
2.1. Расчёт допускаемых контактных напряжений.
Допускаемое контактное напряжение рассчитывают для каждого зубчатого колеса передачи по формуле:
где - определяют по эмпирическим зависимостям,
- коэффициент безопасности, назначим для колёс и шестерен SH = 1,1 - коэффициент долговечности,
но
Если , то следует принимать
Расчет числа циклов перемены напряжений выполняют с учетом режима нагружения передачи. При постоянном режиме нагрузки расчетное число циклов напряжений , где:
с - число зацеплений зуба за один оборот (для проектируемого редуктора с=1);
n1,2 - частота вращения того зубчатого колеса, по материалу которого определяют допускаемые напряжения, об/мин;
t - время работы передачи (ресурс) в часах (t = Lh.);
-для шестерни первой ступени (быстроходной):
-для колеса первой ступени (быстроходной) и шестерни второй ступени(тихоходной):
-для колеса второй ступени (тихоходной):
Рассчитаем для колёс и для шестерен, по формуле :
-для шестерен:
-для колёс:
Поскольку для всех шестерен и колёс , то примем коэффициент долговечности
Вычислим допускаемые контактные напряжения:
- допускаемое контактное напряжение для шестерен,
- допускаемое контактное напряжение для колес.
-Для быстроходной ступени (прямозубая передача):
МПа
-для тихоходной ступени (прямозубая передача):
2.2. Допускаемые напряжения изгиба.
Расчет зубьев на изгибную выносливость выполняют отдельно для зубьев шестерни и колеса, для которых вычисляют допускаемые напряжения изгиба по формуле:
где - предел выносливости зубьев по напряжениям изгиба,
SF - коэффициент безопасности, рекомендуют SF= 1,5...1,75;
YA -коэффициент, учитывающий влияние двустороннего приложения нагрузки (например, реверсивные передачи), при односторонней нагрузке YA =1;
Yn) - коэффициент долговечности, методика расчета которого аналогична расчету ZN (смотри выше).
При
При следует принимать . Рекомендуют принимать для всех сталей . При постоянном режиме нагружения передачи
Поскольку для всех шестерен и колёс , то примем коэффициент долговечности
Коэффициент безопасности примем SF=1,75;
Тогда допускаемые значения напряжений изгиба:
- допускаемое напряжение изгиба для шестерен,
- допускаемое напряжение изгиба для колес.
-для быстроходной ступени (прямозубая передача):
-для тихоходной ступени (прямозубая передача):
2.3. Проектный расчёт закрытой цилиндрической зубчатой передачи.
При проектном расчете, прежде всего, определяют главный параметр цилиндрической передачи - межосевое расстояние , в мм. Расчёт производят по следующим формулам:
- для прямозубой передачи
;
- для косозубой передачи
В указанных формулах знак "+" принимают в расчетах переда внешнего зацепления, а знак"-" - внутреннего зацепления.
Рекомендуется следующий порядок расчетов.
Назначают относительную ширину колес в соответствии со схемой расположения колес относительно опор и выбранной ранее твердостью поверхностей зубьев. Большие значения целесообразно принимать для передач с постоянными или близкими к ним нагрузками. В дальнейшем в расчетах может встретиться относительная ширина колес , которую рассчитывают с учетом зависимости
Коэффициент неравномерности нагрузки по длине контакта в соответствии с расположением колёс относительно опор и твёрдостью рабочих поверхностей зубьев колёс.
Приведённый модуль упругости Епр в случае различных материалов колёс рассчитывают по соотношению:
Если в передаче используется для изготовления колёс один материал (например, сталь с Е=2.1·105 МПа или чугун с =0.9·105 МПа), тогда Епр=Е, МПа.
Полученное значение межосевого расстояния aw (мм) для нестандартных передач рекомендуется округлить до ближайшего большего значения по ряду Ra20 нормальных линейных размеров.
Для быстроходной ступени (прямозубая передача):
, выберем и рассчитаем коэффициенты
и тогда , примем Епр=Е=2·105 МПа получим
Для тихоходной ступени (прямозубая передача):
и , тогда получим:
Полученное значение межосевого расстояния aw (мм) для нестандартных передач рекомендуется округлить до ближайшего большего значения по ряду Ra20 нормальных линейных размеров, получим:
2.4. Геометрический расчёт закрытой цилиндрической передачи.
Определяют модуль зацепления т (или тn для косозубой передачи) из соотношения т(тn) = (0.01...0.02)·aw.
Полученное значение модуля необходимо округлить до стандартного значения по 1-му ряду модулей: 1,0; 1,25; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10 мм. При этом для силовых передач рекомендуют принимать m(mn) 1,5 мм.
Далее определяют суммарное число зубьев шестерни и колеса:
для прямозубых колес
Полученное значение округляют до целого числа.
Число зубьев шестерни определяют из соотношения: где u - передаточное число передачи, . Здесь знак "+" - для внешнего заципления, знак "-" - для внутреннего зацепления.
Значение z1 следует округлить до целого числа. Из условия отсутствия подрезания зубьев необходимо назначать: для прямозубых . Зачастую для шума в быстроходных передачах принимают .
Рассчитывают число зубьев колеса передачи
Определяют фактическое значение передаточного числа передачи с точностью до двух знаков после запятой. Определяют фактическое межосевое расстояние. Для прямозубой передачи . Для косозубой передачи уточняют значение фактического угла наклона линии зуба
Рабочую ширину зубчатого венца колеса рассчитывают как и округляют до целого числа по ряду Ra20 нормальных линейных размеров (табл. 2.5). Тогда ширина зубчатого венца колеса , ширина зуба шестерни мм.
Делительные диаметры рассчитывают по формулам:
- для прямозубых колес
и - для косозубых колес.
Начальный диаметр шестерни -
Начальный диаметр колеса передачи -
Диаметры вершин зубьев колес для прямозубых и - для косозубых колес. Диметры впадин зубьев колес - для прямозубых и - для косозубых колес. Точность вычислений диаметральных размеров колес должна быть выше 0,001 мм. Угол зацепления передачи принимают равным углу профиля исходного контура:
Для быстроходной ступени (прямозубая передача):
Примем m= 2 , рассчитаем суммарное число зубьев:
Для шестерни получим ,
тогда для колеса
уточним передаточное число, межосевое расстояние
,
Рабочая ширина зубчатого венца колеса
Примем
Рабочая ширина зубчатого венца шестерни , примем
Рассчитаем:
-делительные диаметры:
- диаметры начальных окружностей:
-диаметры вершин зубьев
-диметры впадин зубьев колес
Для тихоходной ступени (прямозубая передача):
Примем m=3 , рассчитаем суммарное число зубьев:
Для шестерни получим ,
тогда для колеса
уточним передаточное число, межосевое расстояние
,
Рабочая ширина зубчатого венца колеса
Рабочая ширина зубчатого венца шестерни , примем
Рассчитаем:
-делительные диаметры:
- диаметры начальных окружностей:
-диаметры вершин зубьев
-диметры впадин зубьев колес