Расчет редуктора

                                            ^{Введение}

^{Развитие машиностроения характеризуется  широким внедрением гибких автоматических производств, позволяющих  оперативно перестраиваться  на выпуск новой продукции  и дающих наибольший экономический эффект; повсеместным внедрением автоматических линий, систем автоматического  управления и проектирования, промышленных роботов, роторных и роторно-конвейерных  комплексов, машин  и оборудования со встроенными средствами микропроцессорной  техники, а также  многооперационных  станков с ЧПУ. Созданием новых  машин и оборудования необходимо осуществлять только на основе унифицированных  блочно-модульных  и базовых конструкций (например, унифицированный  станочный модульный  блок – станок с  ЧПУ в сочетании  с промышленным роботом  и автоматическим транспортным накопительным  устройством с  обязательным наличием микропроцессора).}

^{Редуктором называют механизм, состоящий  из зубчатых или червячных  передач, выполненный  в виде отдельного агрегата и служащий для передачи вращения от вала двигателя к валу рабочей машины. Кинематическая схема привода может включать, помимо редуктора, открытые зубчатые передачи, цепные или ременные передачи. Указанные механизмы являются наиболее распространенной тематикой курсового проектирования.Назначение редуктора - понижение угловой скорости и соответственно повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим механизмом для повышения угловой скорости, выполненные в виде отдельных агрегатов, называют ускорителями или мультипликаторами.Редуктор состоит из корпуса (литого чугунного или сварного стального), в котором помещают элементы передачи – зубчатые  колеса, валы, подшипники и т.д. В отдельных случаях в корпусе редуктора размещают также устройства для смазывания зацеплений и подшипников (например, внутри корпуса редуктора может быть помещен шестеренный масляный насос) или устройства для охлаждения (например, змеевик с охлаждающей водой в корпусе червячного редуктора).Редуктор проектируют либо для привода определенной машины, либо по заданной нагрузке (моменту на выходном валу) 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: типу передачи (зубчатые, червячные или  зубчато-червячные); числу ступеней (одноступенчатые, двухступенчатые  и т. д.); типу зубчатых колес (цилиндрические, конические, коническо-цилиндрические и т. д.); относительному расположению валов редуктора в пространстве (горизонтальные, вертикальные); особенностям кинематической схемы (развернутая соосная с раздвоенной ступенью и т. д.).}

Возможности получения больших  передаточных чисел при малых  габаритах обеспечивают планетарные  и волновые редукторы.

 

3. ^{Выбор электродвигателя, кинематический и  силовой  расчёт привода}

 

^{3.1 По таблице  1.1 [1, с 5] принимаем  КПД привода:} 

^{КПД пары цилиндрических зубчатых колёс  h₁ = 0,97}

^{КПД пары подшипников  качения h₂ = 0,99}

^{КПД открытой цепной передачи h₃ = 0,95}

^{КПД, учитывающий  потери в опорных  валах приводного барабана h₄ = 0,99}

^{КПД муфты (потери в муфте) h₅ = 0,99}

2. ^{Определяем общий КПД привода:}

^{h = h₁×h₂2×h₃×h_4×h₅ = 0,97 × 0,992 × 0,95 × 0,99 × 0,99 = 0,89}

3. ^{Мощность на валу барабана:}

 кВт

^{3.4 Требуемая  мощность электродвигателя}

 кВт

5. ^{Угловая скорость барабана:}

 рад/с

^{3.6 Частота вращения  барабана:}

 мин^-1

^{3.7 Из таблицы  K9 [3, с 390] по частоте вращения и по требуемой мощности выбираем асинхронный короткозамкнутый трехфазный электродвигатель серии 4А общепромышленного применения; закрытый, обдуваемый 4АМ112МА6У3, для которого :}

^{Р_дв=1,5 кВт}

 мин^-1   

^{Угловая скорость двигателя:}

 рад/с

 

^{3.8 Находим общее  передаточное число} 

^{3.9 Производим  разбивку общего  передаточного числа,  принимая передаточное  число редуктора  из стандартного  ряда:}

3.10. Определяем частоту вращения  и угловую скорость валов привода.

n_дв.=700 мин^-1

 

3.11 Выполняем силовой расчет  привода.

3.11.1 Вращающие моменты на валах  привода.

 

3.11.2 Мощности на валах привода.

 

Таблица 1.

Кинематические и силовые характеристики валов.

№ вала	n, мин-1	ω, с-1	Р, кВт	М, Н∙м
Двигателя	700	73,27	1,17	15,97
І	700	73,27	1,15	15,49
ІІ	175	18,32	1,1	60,12
III	54,46	5,7	1,04	183,34

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 Расчёт зубчатых колёс редуктора

 

4.1 Для шестерни и колеса принимаем материал [1], табл. 9.2, 170:

Сталь 45 с термообработкой улучшение. Из табличных данных выбираем примерно среднее значение твёрдости как  наиболее вероятное. Принимаем: твёрдость  шестерни , колеса – . При этом обеспечивается требуемая разность твердостей  

 

  4.2 Рассчитываем допускаемые  контактные напряжения по формуле:

;

Среднее допускаемое контактное напряжение:

.

При этом условие 

соблюдается [1], § 9.11.

 

   4.3 Допускаемые напряжения изгиба [1], табл. 9.3 (189), § 9.11:

Для материала  зубьев шестерни: ; ; .

Для материала  зубьев колеса: ; ; ;

 

4.4 Расчётные коэффициенты [1], § 9.12 (191-192):

Принимаем , как для симметрично расположенных колёс, и коэффициент , как для прирабатывающихся колёс (твёрдость колеса НВ= 350, нагрузка постоянная).

 

4.5 Межосевое расстояние передачи [1], 171:

По стандарту  принимаем  .

 

4.6 Ширина зубчатого венца [1], табл. 1.1 (12):

колеса: ;

шестерни: .

Принимаем стандартное значение и по табл. 1.1[1]

       

4.7 Нормальный модуль зубьев:

Принимаем стандартное значение . [1], 157.

 

4.8 Предварительно определяем минимальный  угол наклона зубьев:

.

 

 

    4.9 Суммарное число зубьев:

.

Принимаем 199

 

 

4.10 Фактический угол наклона  зубьев:

; .

 

4.11 Число зубьев шестерни и колеса:

          ;

Принимаем z₁=40

.

 

4.12 Фактическое передаточное число:

,

Отклонение  от номинального составляет 0,6%, что  меньше допустимого 5%.

 

4.13 Основные геометрические размеры  передачи.

Делительные параметры:

;

.

Уточняем  межосевое расстояние:

.

Диаметр окружностей вершин зубьев шестерни и колеса:

 

4.14 Окружная скорость колёс:

.

    4.15 Силы в зацеплении:

Окружная  сила: ;

Радиальная  сила: ;

Осевая  сила:

 

4.16 Принимаем расчётные коэффициенты [1], §9.12, табл. 9.6:

; .

 

   4.17 Расчётное контактное напряжение:

   4.18 Эквивалентное число зубьев шестерни и колеса:

;

Коэффициент формы зуба [1], §9.10:

;

  4.19 Принимаем коэффициенты [1], §9.12, табл. 9.6:

; ; ;

коэффициент, учитывающий наклон зуба:

.

 

4.20 Расчётное напряжение изгиба  в основании ножки зуба колеса:

Прочность зубьев на изгиб обеспечивается.

 

 

 

 

 

  5. Проектировочный расчет валов редуктора:

 

 

5. Проектировочный расчет валов  редуктора:

Выполняется как условный расчет только на кручение для ориентировочного определения  посадочных диаметров.

;

где МПа –для передачи вращающего момента с помощью цепной передачи, МПа – для передачи вращающего момента с помощью муфты.

 

 

5.1 Ведущий вал

мм

 

Принимаем мм.

Т.к. ведущий вал и вал двигателя  соединяются при помощи муфты, то уточняем

_{Принимаем dв1=26 мм}

Под подшипники принимаем значение мм.

Принимаем 30 мм

 

5.2 Ведомый вал

 

Принимаем мм.

 

Под подшипники принимаем значение мм

^{Принимаем 30 мм}

^{Диаметр вала под  зубчатым колесом}

 

Принимаем 35 мм

 

 

 

 

 

 

 

^{6. Конструктивные  размеры зубчатых  колёс}

^m=1,0мм

^{6.1 Размеры шестерни и колеса определённые ранее}

           – диаметр окружности вершин зубьев;

 – делительный диаметр;

            – ширина венца колеса;

           6.2 Размеры колеса:

 – диаметр окружности вершин  зубьев;

 – делительный диаметр;

        – ширина венца колеса;

^{6.3 Диаметр ступицы}

^{d_ст»1,6d_к=1,6×35=56 мм}

^{6.4 Длину ступицы колеса}

^{l_ст=(0,8¸1,5)d_к=(0,8¸1,5)×35=28¸52,5 мм}

^{Принимаем l_ст=50мм}

^{6.5 Толщина обода}

^{d₀=(2,5¸4,0)×m=(2,5¸4,0)×1=2,5¸4 мм}

^{Принимаем d₀=4 мм}

^{6.6 Толщина диска}

^{с=0,3×b₂=0,3×40=12 мм}

^{Принимаем  С=12 мм}

         6,7 мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^{7 Конструктивные  размеры корпуса  редуктора}

 

Корпус  редуктора служит для размещения и координации деталей передачи, защиты их от загрязнения, организации  системы смазки, а также восприятия сил, возникающих в зацеплении редукторной  пары, подшипниках, открытой передачи.

В проектируемых  одноступенчатых редукторах принята  в основном конструкция разъёмного корпуса, состоящего из крышки и основания.

 

^{7.1 Толщина стенок  корпуса редуктора}

^{d=0,025а+1=0,025×100+1=3,5 Принимаем d=5}

^{Толщина стенки крышки}

^{d₁=0,02а+1=0,02×100+1=3 Принимаем d₁=4мм}

 

^{7.2 Толщина фланцев  (поясов) корпуса  и крышки}

мм

^{Верхний пояс корпуса  и крышки}

^{b=1,5×d=1,5×6=9 мм}

^{b₁=1,5×d₁=1,5×6=9 мм}

^{Нижний пояс корпуса}

^{l=2,35×d=2,35×6=12 мм.}

      

  ^7,3   Для крепления крышки к корпусу принимаем болты М12 в количестве

                   8 штук с расстоянием между  ними  =96…120 мм.

^{d₃=(0,5¸0,6)d₁=(0,5¸0,6)×20=10¸12мм. Принимаем болт с резьбой М12}

        

 

 

 

 

 

    7.4 Конструкция места  крепления корпуса к плите  или к раме:

d_ф – диаметр болта соединяющий крышку корпуса

мм

мм

Для крепления корпуса  редуктора на фундаменте принимаем 4 болта М14 в зависимости от осевого  расстояния. Отверстия под крепёжные  болты выполняют диаметром  =13,2 мм.

   

^{7.5 Крепящих крышку  к корпусу у  подшипников} 

            ^{d₂=(0,7¸0,75)d₁=(0,7¸0,75)×14=9,5¸10,5мм. Принимаем болт с резьбой М 8}

 

 

7.6 Для подъёма и транспортировки  корпуса редуктора и собранного  редуктора предназначены проушины  с отверстиями  . Толщина проушины .