Курсовая работа: Проектирование редуктора

Сечение Е: М= 0

Эпюра М: Сечение В:

Слева: М= R= 34,2 Нм

Справа: М= R– F= –141,9 Нм

Горизонтальная плоскость (X0Z):

Сечение Д: М= 0

Сечение Е: М= 0

Эпюра М: Сечение В: М= R= 143,9 Нм

Эпюра М:

М= Т= 795,83 Нм

Нагружение F:

Сечение F: М= 0

Сечение Е: М= 0

Эпюра М: Сечение Д: М= F= 423, 12 Нм

Из сопоставления размеров валов и эпюр моментов следует, что наиболее нагруженным являются сечение Д выходного вала редуктора и сечение Г входного вала редуктора.

8.2 Расчет сечения Д на статическую прочность

Ранее в качестве материала выходного вала была принята сталь марки 45: =900Н/мм; = 650 Н/мм; = 410 Н/мм; = 230 Н/мм; = 390 Н/мм; = 0,1 (табл. 12.8 [1, с. 273])

Суммарный изгибающий момент при коэффициенте перегрузки К= 2,6 (табл. 19.28 [1, с. 510]):

М= К= 2.6= 1100 Нм

Моменты сопротивления сечения вала:

W = d/32 = 3,1460/32 = 21195 мм

W= 2W = 221195 = 42390 мм

Нормальное напряжение в рассматриваемом сечении:

 = 10М/W = 101100/21195 = 51,9 Н/мм

Касательное напряжение в рассматриваемом сечении:

 = 10М/ W= 102069/42390 = 48,8 Н/мм

(М= М2,6 = 795,832,6 = 2069)

Частотные коэффициенты запаса прочности:

S= / = 650/51,9 = 12,5; S= / = 390/48,8 = 7,99

Общий коэффициент запаса прочности по пределу текучести:

S=  =  = 6,7 > [S] = 2,0

Следовательно, статическая прочность вала в сечении Д обеспечена.

8.3 Расчет сечения Д на сопротивление усталости

Расчётная схема вала при его проверке на выносливость аналогично расчётной схеме проектировочного расчёта валов на статическую прочность, только значение длин рассматриваемого участка принимают по уже разработанному чертежу.

Определяем амплитуды напряжений цикла в опасном сечении:

= = M/W; М == = 423,12

= 423,1210/21195 = 20 Н/мм

= /2 = М/(2W) = 795,8310/(242390) = 9,39 Н/мм

Сечение Д место установки подшипника. Концентратор напряжений в сечении Д – посадка с натягом. По табл. 12.19 [1, с. 283] имеем:

К/К= 4,70,9 = 4,23; К/К= 2,80,9 = 2,52

Посадочную поверхность вала под подшипник шлифуют (R= 1,25 мкм):

К= 0,89; К= 0,93 (табл. 12.14 [1, с. 281])

Поверхность вала примем без упрочнения: К= 1 (табл. 12.15 [1, с. 281])

Коэффициенты снижения предела выносливости:

К= (К/К+ 1/ К– 1)/ К= (4,23 + 1/0,89 – 1)/1 = 4,35

К= (К/К+ 1/ К– 1)/ К= (2,52 + 1/0,93 – 1)/1 = 2,6

Пределы выносливости вала:

= /К= 410/4,35 = 94,3 Н/мм; = /К= 230/2,6 = 88,5 Н/мм

Коэффициенты запаса по нормальным и касательным напряжениям:

S= /= 94,3/20 = 4,72

S= /(+ ) = 88,5/ (9,39 + 0,0389,39) = 9,1

где = /К= 0,1/2,6 = 0,038

Коэффициенты запаса прочности в сечении Д:

S =  = = 4,19 > [S] = 2,5

Следовательно, сопротивление усталости вала в сечении Д обеспечено.

8.4 Расчет сечения Г на статистическую прочность

В качестве материала червяка была принята сталь марки 40Х, закалка витков архимедова червяка с нагревом ТВЧ, поверхностная твердость 48…53HRC

= 900 Н/мм; = 750 Н/мм; = 410 Н/мм; = 450 Н/мм; =240Н/мм; = 0,1

М= К= 2,6= 1185 Нм

Момент сопротивления сечения вала:

W = = = 6280 мм (d = 40 мм)

W= 2W = 26280 = 12560 мм

Нормальное напряжение в рассматриваемом сечении:

= = = 188,7 Н/мм

М= М2,6 = 55,32,6 = 143,8 Нм

Касательное напряжение в рассматриваемом сечении:

= = = 11,4 Н/мм

Частные коэффициенты запаса прочности:

S= /= 750/188,7 = 3,97; S= / = 450/11,4 = 39,5

Общий коэффициент запаса прочности по пределу текучести:

S= = 3,95 > [S] = 2,0

Следовательно, статическая прочность вала в сечении Г обеспечена.

8.5 Расчет сечения Г на сопротивление усталости

Определяем амплитуды напряжений цикла в сечении Г:

= = М/W; М == 455,8 Нм

= 455,810/6280 = 72,6 Н/мм

= /2 = М/(2W) = 55,310/212560 = 2,2 Н/мм

Для передачи вращающего момента со шкива на вал червяка применяется шпоночное соединение.

По табл. 12.17 [1, с. 283] имеем К= 2,2; К= 2,05 – эффективные коэффициенты концентрации напряжений

Для упрочнения поверхности вала используется закалка ТВЧ. По табл. 12.15 [1, с. 281] принимаем К= 2,4 коэффициент влияния поверхностного упрочнения.

По табл. 12.13 [1, с. 281] принимаем при d = 40 мм

К(К) = 0,85 – коэффициенты влияния абсолютных размеров поперечного сечения

Поверхность вала червяка шлифуют

По табл. 12.14 принимаем (R= 1,25):

К= 0,89; К= 0,93 – коэффициенты влияния качества поверхности.

Находим коэффициенты снижения предела выносливости:

К= ()/К= 1,125

К= ()/К= 1,04

Пределы выносливости вала:

= / К= 410/1,125 = 364,4 Н/мм

= / К= 240/1,04 = 230,8 Н/мм

Коэффициенты запаса по нормальным и касательным напряжениям:

S= /= 364,4/72,6 = 5,02

S= /(+ ) = 230,8/(2,2 + 0,22) = 95,37

где = /К= 0,1/1,04 = 0,1

Коэффициент запаса прочности в сечении Г:

S = = 5,01 > [S] = 2,5

Следовательно, сопротивление устойчивости вала в сечении Г обеспечено.

9. Смазывание и уплотнения

Дано: V= 1,68 м/с (скорость скольжения в зацеплении); = 220 Н (контактные напряжения); d= 91,35 мм (диаметр окружности вершин витков)

По табл. 8.1 и 8.2 [1, с. 179] выбираем масло Цилиндровое 52 ГОСТ 6411–76

Глубину погружения червяка, при нижнем его расположении, примем:

h= 0,4d= 0,491,35 = 37 мм

Уплотнение на выходе червяка примем торцовое (рис. 9.1)

Рис. 9.1

1,2 уплотнительные кольца; 3 – пружина; 4 – статическое уплотнение; b – ширина поверхности трения кольца

Уплотнение на выходе вала колеса примем щелевое с дренажным отверстием (рис. 9.2). b– ширина дополнительной канавки с дренажным отверстием.

Рис. 9.2

Т.к. выбрана червячная передача с нижним расположением червяка, то само червячное зацепление целесообразно смазывать окунанием в масляную ванну. Из-за того, что скорость скольжения витков червяка мала, то подшипники червяка также смазываются окунанием, причём уровень масла не должен превышать уровня нижнего тела качения. Подшипники червячного колеса смазываются пластичной смазкой. Для удержания её используются мазеудерживающие шайбы. Для контроля уровня масла применяют маслоуказатель из оргстекла. Для контроля зацепления, а так же для заливки масла предусмотрена отдушина. Перед заменой масла его сливают через маслосливную пробку.

10. Подбор посадок деталей на валах

Допуски и посадки шлицевых прямобочных соединений назначают, по ГОСТ 1139 – 80, в зависимости от способа их центрирования (выбор способа центрирования) и вида соединения.

При центрировании неподвижного шлицевого соединения по наружному диаметру D предпочтительное применение для D получила посадка по H7/js6 и для «b» по F8/js7, а для подвижных соединений – посадка D по H7/f7 и «b» – по F8/f7.

Дистанционные втулки или мазеудерживающие кольца устанавливают на те участки вала, где помимо них располагаются и другие детали (зубчатые колеса, подшипники), то в этом случае поле допуска участка вала под рассматриваемые детали для упрощения изготовления и сборки принимается совпадающим с назначенным полем допуска вала под указанными соседними деталями.

Поле допуска отверстия дистанционных втулок и мазеудерживающих колец назначают по H9 если для соседней детали применяют посадку с гарантируемым натягом и по H8 – при использовании переходных посадок.

11. Корпус редуктора

Основными критериями, определяющими выбор материалов для литых деталей машин является их форма, условия работы, характер нагруженности. Отливки выполняют из серого чугуна, стали, лёгких сплавов. Из лёгких сплавов для изготовления корпусов редуктора большее распространение получил силумин. Отливки из этого материала обладают сравнительно высокими литейными и механическими характеристиками, имеют низкую плотность и высокую теплопроводность, стойкость к коррозии. При средне серийном производстве литьё осуществляется по металлическим моделям. Корпус редуктора выполнен не разъёмным (межосевое расстояние передачи равно 180 мм) с двумя окнами на боковых стенках, через которые при общей сборке редуктора вводят в его корпус заранее собранный комплект вала червячного колеса.

Боковые крышки корпуса центрируют по переходной посадке  и крепят к корпусу винтами с потаённой головкой.

Дано: а= 150 мм; d= 243,3 мм (наибольший диаметр колеса)

При а  150 мм конструируют неразъемные корпуса червячных редукторов с двумя окнами на боковых стенках, через которые при сборке вводят в корпус комплект вала с червячным колесом (рис. 10.1)

Рис. 10.1

Толщина стенки корпуса:

= 1,3 = 1,3 = 6,9 мм. Принимаем = 7 мм

Толщины стенок боковых крышек = 6 мм

Размеры конструктивных элементов крышек:

с = 5 мм; D – диаметр отверстия окна. Для удобства сборки его выполняют на 2с = 2…5 мм больше d. Принимаем D – 250 мм

Боковые крышки неразъемных корпусов крепят к корпусу винтами.

Диаметр винтов крепления крышек:

d = 1,25= 1,25= 11,6 мм

Принимаем М12, число винтов z = 8

Диаметр прилива D= D+ 4…6 мм; где D= D + (4…4,4) d

Принимаем: D= 300 мм; D= 305 мм

Высота боковых крышек: Н  0,1D; Н = 35 мм

Диаметр винта крепления к плите: d= 1,25d = 1,2512 = 15 мм

Принимаем М16, число винтов z = 4

Диаметр отверстия для винта d= 19 мм (табл. 11.1 [1, с. 241])

Места крепления редуктора к плите принимаем аналогично рис. 10.2

Толщина лапы 24 мм; h= 63 мм; глубина ниши – 38 мм; ширина опорной поверхности – 50 мм.

Рис. 10.2

12. Выбор плиты

В условиях мелкосерийного производства целесообразно для установки редуктора и двигателя применять литые плиты.

Плиту изготовляют из Сч 15. Длина и ширина плиты получается конструктивно. При этом учитывается межосевое расстояние ременной передачи и габаритные размеры электродвигателя и редуктора.

Т.к. в привод входит ременная передача, то плита должна быть одноуровневая, т.е. на плиту вначале устанавливается редуктор, затем натяжное устройство для ременной передачи (в частности салазки), а на него электродвигатель. Толщину стенки плиты выбирают из соотношения:

Для удобства изготовления отливки принимаем .

Высота плиты:  мм.

Для удобства перемещения плиты предусматриваем сквозные отверстия в вертикальных стенках плиты (для лома).

Для облегчения плиты и улучшения качества отливки, а так же экономии металла предусматриваются сквозные окна под редуктором и электродвигатель, размеры которые получаются конструктивно. Нижнюю поверхность плиты обрабатывают грубо, а верхние, служащие для установки редуктора и электродвигателя, более точно, чтобы получить меньшие отклонения от плоскости.

Плиту крепят к полу фундаментными болтами. В данном случае простейшими с изогнутым концом:

мм

мм

Ширина сторон колодца для размещения болта:

мм

Глубина заложения болта:

мм

Болты закрепляют в скважине цементным раствором при вибропогружении в него шпильки болта или путём утрамбовывания сырого цементного порошка.

На не обработанном полу оборудование устанавливают с подливкой раствора цемента под опорную плоскость. Перед подливкой оборудование выверяют на горизонтальность прокладками. Если поверхность точно обработана, то выверку и подливку не применяют.

Список используемой литературы

1. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. – 5-е изд., перераб. И доп. – М.: Машиностроение, 1979.

2. Дунаев П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин - М.: Высш. шк., 1978. - 352 с.

3. Иванов М.Н., Иванов В.Н. Детали машин: Курсовое проектирование. – М.: Высш. шк., 1975. – 551 с.

4. Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. Пособие для техникумов/С.А. Чернавский, Г.М., Г.М. Ицкович, К.Н. Боков и др. – М.: Машиностроение, 1979.

5. Курсовое проектирование деталей машин: Учебное пособие для студентов машиностроительных специальностей вузов./В.Н. Кудрявцев, Ю.А. Державец, И.И. Арефьев и др. – Л.: Машиностроение, 1984.

6. Расчеты деталей машин / И.М. Чернин, А.В. Кузьмин, Г.М. Ицкович. – 2-е изд., перераб. и доп. – Мн.: Выш. школа, 1978.

7. Редукторы. Конструкция и расчет / М.И. Анфимов. Атлас схем и чертежей.-М.: Машиностроение, 1972.

8. Решетов Д.Н. Детали машин – М.: Машиностроение, 1989. – 496 с.

9. Чернин И.М. и др. Расчеты деталей машин - Минск: Вышэйшая школа, 1978. – 472 с.