19 вариант 2011 год _6 (записка)

Посмотреть архив целиком

Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э.Баумана

Кафедра «Детали машин»

Индивидуальный привод с цилиндрическо-червячным редуктором

Пояснительная записка


ДМ 19-06.00.00 ПЗ






Москва 2011



Студент Шайхилисламов Э.Н. гр. Э5-62

Руководитель проекта Фомин М.В.

Оглавление

  1. Кинематический расчет

1.1 Предварительные расчеты 5

1.2 Выбор электродвигателя 5

1.3 Исходные данные для расчета на ЭВМ 5

  1. ЭСКИЗНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

2.1 Предварительный расчет диаметров валов 6

2.2 Предварительный расчет длин валов 7

2.3 Выбор типа и схемы установки подшипников 8

2.4 Конструирование крышек подшипников 8

2.4 Конструирование корпуса 9

2.5 Конструирование крышки люка 10

2.6 Конструирование зубчатой передачи 11

2.7 Конструирование червячной передачи 12

  1. РАСЧЕТ ПОДШИПНИКОВ

3.1 Расчет подшипников на быстроходном валу 13

3.2 Расчет подшипников на промежуточном валу 17

3.3 Расчет подшипников на тихоходном валу 20

  1. ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ВАЛОВ НА ПРОЧНОСТЬ

4.1 Расчет быстроходного вала 24

4.1.1 Исходные данные для расчета вала 25

4.1.2. Определение внутренних силовых факторов 26

4.1.3. Определение геометрических характеристик опасного сечения 27

4.1.4. Расчет вала на статическую прочность 27

4.1.5. Расчет вала на сопротивление усталости 29

4.2 Расчет тихоходного вала 32

4.2.1 Исходные данные для расчета вала 33

4.2.2. Определение внутренних силовых факторов 34

4.2.3. Определение геометрических характеристик опасного сечения 35

4.2.4. Расчет вала на статическую прочность 35

4.2.5. Расчет вала на сопротивление усталости 37

4.3 Расчет промежуточного вала 40

4.3.1 Исходные данные для расчета вала 41

4.3.2. Определение внутренних силовых факторов 42

4.3.3. Определение геометрических характеристик опасного сечения 43

4.3.4. Расчет вала на статическую прочность 43

  1. РАСЧЕТ СОЕДИНЕНИЙ

5.1 Расчет шпоночных соединений 45

5.2 Расчет посадки зубчатого колеса на конус 46

  1. РАСЧЕТ УПРУГОЙ МУФТЫ 47

  2. ВЫБОР СМАЗОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ

7.1 Смазывание передач 48

7.2 Смазывание подшипников 48

  1. СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 49





















Введение

Индивидуальный привод с цилиндрическо-червячным редуктором предназначен для передачи вращающего момента от электродвигателя. Редуктор цилиндрическо-червячный двухступенчатый, быстроходная ступень - цилиндрическая, тихоходная - червячная. Введение цилиндрической пары дает возможность увеличить передаточное число червячного зацепления в 2..3 раза без значительного увеличения габаритов и массы редуктора или при одном и том же передаточном числе обеих ступеней увеличить число заходов червяка и повысить КПД редуктора.







































  1. Кинематический расчет



1.1 Предварительные расчеты

Исходные данные:

Передаточное отношение редуктора:

Число оборотов в минуту электродвигателя:



1.2 Выбор электродвигателя

С учетом и выбираем электродвигатель АИР 100L4/1410 с


1.3 Исходные данные для расчета на ЭВМ

Передаточное отношение редуктора:

Момент на тихоходном валу редуктора (червячного колеса):

Передаточное число быстроходной передачи (цилиндрической):

  1. Эскизное проектирование



    1. Предварительный расчет диаметров валов

Быстроходный вал:

- вращающий момент на быстроходном валу

- диаметр быстроходного вала

по ряду стандартных размеров

- диаметр вала под подшипник кач.

- диаметр заплечника подшипника

Тихоходный вал:

- вращающий момент на тихоходном валу

- диаметр тихоходного вала

по ряду стандартных размеров

- диаметр вала под подшипник кач.

по ряду стандартных значений

- диаметр заплечника подшипника

по ряду стандартных значений

- диаметр колеса

по ряду стандартных значений

- вращающий момент на промежуточном валу

- диаметр вала под колесо

по ряду стандартных значений

- диаметр заплечника колеса

по ряду стандартных значений

- диаметр вала под подшипник кач.

- диаметр заплечника подшипника

по ряду стандартных размеров



    1. Предварительный расчет длин валов

Быстроходный вал:

- длина посадочного вала

- длина промежуточного участка

Тихоходный вал:

- длина посадочного вала

- длина промежуточного участка

примерная длина хвостовика

Промежуточный вал:

- длина посадочного вала

- длина промежуточного участка











    1. Выбор типа и схемы установки подшипников

Для быстроходного вала:

Шариковый радиальный однорядный по ГОСТ 8338–75 тип 207 d=35 мм, D=72 мм, В=17 мм.

Шариковый радиальный однорядный с канавкой на наружном кольце под пружинное кольцо по ГОСТ 2893–82 тип 50207 d=35 мм, D=72 мм, В=17 мм


Для тихоходного вала:

Роликовые конические однорядные по ГОСТ 27365–87 7214А d=70 мм, D=125 мм, В=24 мм


Для промежуточного вала:

Шариковый радиальный однорядный по ГОСТ 8338–75 210 d=50 мм, D=90 мм, В=20 мм

Роликовый радиально-упорный двухрядный конический с упорным бортом по ГОСТ 6364-78 тип 697510 d=50 мм, D=90 мм, Т=54 мм


Быстроходный вал: схема установки подшипников – «враспор». Тихоходный вал: схема установки – «враспор». Промежуточный вал: фиксирующая опора – левая.


    1. Конструирование крышек подшипников

Материал для всех крышек подшипников СЧ15.

Все крышки назначаются привертными. Определяющим при конструировании крышки является диаметр отверстия в корпусе под подшипник. При установке в крышке подшипников манжетного уплотнения выполняют расточку отверстия так, чтобы можно было выпрессовать изношенную манжету.

Быстроходный вал:

Наружный диаметр подшипника: D=72 мм;

Толщина стенки: δ=9 мм;

Толщина боковой стенки: δ2=δ=9 мм;

Диаметр винтов: d=8 мм;

Размеры других элементов:

Где H=8мм – высота головки винта с шестигранным углублением под ключ по ГОСТ 11738-84

Число винтов: z=4;


Тихоходный вал:


Наружный диаметр подшипника: D=125 мм;

Толщина стенки: δ=7 мм;

Толщина боковой стенки: δ2=δ=7 мм;

Диаметр винтов: d=10 мм;

Размеры других элементов:

Где H=10мм – высота головки винта с шестигранным углублением под ключ по ГОСТ 11738-84

Число винтов: z=6;

Диаметр отверстия под манжету: 90 мм.


Промежуточный вал:


Наружный диаметр подшипника: D=90 мм;

Толщина стенки: δ=5 мм;

Толщина боковой стенки: δ2=δ=5 мм;

Диаметр винтов: d=6 мм;

Размеры других элементов:

Где H=6мм – высота головки винта с шестигранным углублением под ключ по ГОСТ 11738-84

Число винтов: z=4;



    1. Конструирование корпуса

Корпусная деталь состоит из стенок, ребер, бобышек, фланцев, и других элементов, соединенных в единое целое. При конструировании литой корпусной детали стенки следует по возможности выполнять одинаковой толщины. Толщину стенок литых деталей уменьшают до величины, определяемой условиями хорошего заполнения формы жидким металлом. Поэтому чем больше размеры корпуса, тем толще должны быть его стенки. Материал корпуса – серый чугун СЧ15. Толщина стенки, отвечающая требованиям технологии литья, необходимой прочности и жесткости корпуса, вычислим по формуле:

Примем δ=9 мм.

Плоскости стенок, встречающиеся под прямым или тупым углом, сопрягают дугами радиусом r = 4(мм), R = 12(мм). Остальные элементы корпусных деталей и литейные уклоны выполняются по правилам (стр. 290-311) учебника П.Ф. Дунаева, О.П.Леликова.

Чтобы поверхности вращающихся колес не задевали за внутренние поверхности стенок корпуса, между ними оставляют зазор:

где L – расстояние между внешними поверхностями деталей передач.

Расстояние между дном корпуса и поверхностью колес:

Примем



    1. Конструирование крышки люка

Диаметр крышки: d

Толщина штампованного стального листа:

Высота внутреннего пространства:

Диаметр винтов: d = 6 мм;

Высота приливов:

где





    1. Конструирование зубчатой передачи

      1. Конструирование колеса быстроходной ступени

Материал: Сталь 45Х ГОСТ4543-71

Диаметр под отверстие:

Ширина венца: 21 мм;

Число зубьев: z=97

Длина ступицы:

Диаметр ступицы:

Модуль зацепления: m=1.5 мм

Ширина торцов венца:

Фаски на торцах венца :

Угол фаски: 45

Толщина диска:


      1. Конструирование шестерни быстроходной ступени

Материал: Сталь 45Х ГОСТ4543-71

Диаметр под отверстие:

Ширина венца: 23 мм;

Число зубьев: z=38

Длина ступицы:

Диаметр ступицы:

Модуль зацепления: m=1.5 мм

Ширина торцов венца:

Фаски на торцах венца :

Угол фаски: 45

Толщина диска:

    1. Конструирование червячной передачи

      1. Конструирование червячного колеса

Материал: Бронза БрО5Ц5С5

Диаметр под отверстие:

Ширина венца: 68 мм

Число зубьев: z=56

Модуль зацепления: m=5 мм

Ширина торцов венца:

Фаски на торцах венца:

Угол фаски:

Длина ступицы:

Диаметр ступицы:

Толщина диска:


      1. Конструирование червяка

Материал: Сталь 45Х ГОСТ 4543-71

Делительный диаметр червяка:

Число зубьев: z=2

Длина нарезной части червяка:

Угол фаски:










  1. Расчет подшипников

3.1 Расчет подшипников на быстроходном валу

3.1.1 Определение сил, нагружающих подшипник

Реакции от сил в зацеплении:

  1. Вертикальные составляющие:



  1. Горизонтальные составляющие:

Реакции от консольной нагрузки:

Суммарные реакции:

Суммарные реакции на валу:



3.1.2 Выбор подшипника

Выбирается подшипник шариковый радиальный однорядный по ГОСТ 8338–75 тип 207 d=35 мм, D=72 мм, В=17 мм, Cr=25.5 кН, Cor=15.3 кН для левой опоры, и подшипник шариковый радиальный однорядный с канавкой на наружном кольце под пружинное кольцо по ГОСТ 2893–82 тип 50207 d=35 мм, D=72 мм, В=17 мм, Cr=25.5 кН, Cor=15.3 кН для правой опоры.



3.1.3 Расчет на ресурс

Эквивалентная динамическая нагрузка:

e=0.2, X=0.56, Y=0.44/0.2=2.2 (по таблице с .113)

V=1,

  1. Левая опора:

  1. Правая опора:

Оба подшипника подходят.



3.1.4 Выбор посадки подшипника

Внутреннее кольцо подшипника вращается, нагружение циркуляционное.

  1. Левая опора:

Поле допуска вала js5

  1. Правая опора:

Поле допуска вала js5









3.2 Расчет подшипников на промежуточном валу

3.2.1 Определение сил, нагружающих подшипник

Реакции от сил в зацеплении:

  1. Вертикальные составляющие:



  1. Горизонтальные составляющие:

Суммарные реакции:



3.2.2 Выбор подшипника

Для правой опоры выбирается подшипник шариковый радиальный однорядный по ГОСТ 8338–75 210 d=50 мм, D=90 мм, В=20 мм, Cr=35.1 кН, Cor=23.5 кН.

Для левой опоры выбирается подшипник роликовый радиально-упорный двухрядный конический с упорным бортом по ГОСТ 6364-78 тип 697510 d=50 мм, D=90 мм, Т=54 мм, Cr=126 кН, Cor=193 кН.



3.2.3 Расчет на ресурс

Эквивалентная динамическая нагрузка:

V=1,

  1. Левая опора:

e=0.35, X=0.56, Y=0.44/0.35=1.26 (по таблице с .113)

  1. Правая опора:

X=0.56

Оба подшипника подходят.



3.2.4 Выбор посадки подшипника

Внутреннее кольцо подшипника вращается, нагружение циркуляционное.

  1. Левая опора:

Поле допуска вала k6

  1. Правая опора:

Поле допуска вала js5



3.3 Расчет подшипников на тихоходном валу

3.3.1 Определение сил, нагружающих подшипник

Реакции от сил в зацеплении:

  1. Вертикальные составляющие:





  1. Горизонтальные составляющие:

Реакции от консольной нагрузки:

Суммарные реакции:

Суммарные реакции на валу:



3.3.2 Выбор подшипника

Роликовые конические однорядные по ГОСТ 27365–87 7214А d=70 мм, D=125 мм, В=24 мм, Cr=125 кН, Cor=156 кН.


3.3.3 Расчет на ресурс

Эквивалентная динамическая нагрузка:

e=0.43, X=0.43, Y=1 (по таблице с .113)

V=1,

  1. Левая опора:

  1. Правая опора:

Оба подшипника подходят.



3.3.4 Выбор посадки подшипника

Внутреннее кольцо подшипника вращается, нагружение циркуляционное.

  1. Левая опора:

Поле допуска вала k5

  1. Правая опора:

Поле допуска вала k6

































  1. Проверочный расчет валов на прочность

    1. Расчет быстроходного вала

4.1.1 Исходные данные для расчета вала

Консольная сила, Н:

Момент на быстроходном валу, H*м: Т=34,2

Силы в зубчатом зацеплении, Н:

Реакции в опорах, Н:

Коэффициент перегрузки:

Вал изготовлен из стали 45Х без поверхностного упрочнения.

Характеристики:

Временное сопротивление, Мпа:

Предел текучести, Мпа:

Предел текучести при кручении, Мпа:

Предел выносливости, Мпа:

-при кручении:

-при изгибе:

Коэффициент чувствительности к асимметрии

цикла нагружения:

Минимальный запас прочности по пределу текучести: .

4.1.2. Определение внутренних силовых факторов

Сечение I-I:

Изгибающие моменты:

- в плоскости XOZ:

- в плоскости YOZ :

Суммарный изгибающий момент:

Момент от консольной нагрузки:

Максимальный изгибающий момент:

Крутящий момент:

Осевая сила:



Сечение II-II:

Изгибающие моменты:

- в плоскости XOZ:

- в плоскости YOZ :

Суммарный изгибающий момент:

Момент от консольной нагрузки:

Максимальный изгибающий момент:

Крутящий момент:

Осевая сила:







4.1.3. Определение геометрических характеристик опасного сечения

Сечение I-I

Момент сопротивления при изгибе:

Момент сопротивления при кручении:

Площадь поперечного сечения:

Сечение II-II

Момент сопротивления при изгибе:

Момент сопротивления при кручении:

Площадь поперечного сечения:



4.1.4. Расчет вала на статическую прочность

Сечение I-I

Напряжение изгиба с растяжением (сжатием):

Напряжение кручения:

Частные коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напр.:



Общий коэффициент запаса прочности по пределу текучести:



Сечение II-II

Напряжение изгиба с растяжением (сжатием):

Напряжение кручения:

Частные коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напр.:

Общий коэффициент запаса прочности по пределу текучести:

Статическая прочность вала обеспечена во всех опасных сечениях





4.1.5. Расчет вала на сопротивление усталости

Сечение I-I

Амплитуда напряжений и среднее напряжение цикла.



Коэффициенты снижения предела выносливости:

- коэффициент влияния качества поверхности.

- коэффициент влияния качества поверхности.

- коэффициент влияния поверхностного упрочнения.

Пределы выносливости вала в рассматриваемом сечении:

Коэффициент влияния асимметрии цикла:

Коэффициенты запаса по нормальным и касательным напряжениям:



Коэффициент запаса прочности в рассматриваемом сечении:



Сечение II-II

Амплитуда напряжений и среднее напряжение цикла.

Коэффициенты снижения предела выносливости:

- коэффициент влияния качества поверхности.

- коэффициент влияния качества поверхности.

- коэффициент влияния поверхностного упрочнения.

Пределы выносливости вала в рассматриваемом сечении:

Коэффициент влияния асимметрии цикла:

Коэффициенты запаса по нормальным и касательным напряжениям:

Коэффициент запаса прочности в рассматриваемом сечении:

Сопротивление вала усталости обеспечено во всех опасных сечениях





    1. Расчет тихоходного вала

4.2.1 Исходные данные для расчета вала

Консольная сила, Н:

Момент на тихоходном валу, H*м: Т=1910

Силы в зубчатом зацеплении, Н:

Реакции в опорах, Н:

Коэффициент перегрузки:

Вал изготовлен из стали 45Х без поверхностного упрочнения.

Характеристики:

Временное сопротивление, Мпа:

Предел текучести, Мпа:

Предел текучести при кручении, Мпа:

Предел выносливости, Мпа:

-при кручении:

-при изгибе:

Коэффициент чувствительности к асимметрии

цикла нагружения:

Минимальный запас прочности по пределу текучести: .

4.2.2. Определение внутренних силовых факторов

Сечение I-I:

Изгибающие моменты:

- в плоскости XOZ:

- в плоскости YOZ :

Суммарный изгибающий момент:

Момент от консольной нагрузки:

Максимальный изгибающий момент:

Крутящий момент:

Осевая сила:



Сечение II-II:

Изгибающие моменты:

- в плоскости XOZ:

- в плоскости YOZ :