Курсовая работа: Проектирование одноступенчатого червячного редуктора привода междуэтажного подъемника

l1 = (0,8…1,5)d1 = (0,8…1,5)×35 = 28…52,5 мм, принимаем l1 = 50 мм;

d2 = d1 + 2t = 35 + 2×2,5 = 40 мм, принимаем d2 = 40 мм;

l2 » 1,25d2 = 1,25×40 = 50 мм, принимаем l2 = 50 мм;

d3 = d2 + 3,2r = 40 + 3,2×2,5 = 48 мм, принимаем d3 = 48 мм;

d4 = d2;

d5 = d3 + 3f = 48 + 3×1,2 = 51,6 мм, принимаем d5 = 53 мм;

Предварительно назначаем роликовые конические однорядные подшипники легкой серии:

для быстроходного вала: 7206A;

для тихоходного: 7208A.

5. Конструирование корпуса редуктора

Определим толщину стенки корпуса

d = 1,2 Т1/4 = 1,2∙(294)1/4 = 4,97 ³ 6 мм,

где Т = 294 Н∙м – вращающий момент на тихоходном валу.

Принимаем d = 6 мм.

Зазор между внутренними стенками корпуса и деталями

а = (L)1/3 + 3 = 2641/3 + 3 = 9 мм.

Расстояние между дном корпуса и поверхностью колеса b0 » 4a= 36 мм.

Диаметры приливов для подшипниковых гнезд:

вал 1:

для привертной крышки DП = Dф + 6 = 87 + 6 = 93 мм.

вал 2:

для закладной крышки D'П = 1,25D + 10 = 1,25∙80 + 10 = 110 мм,

где D – диаметр отверстия под подшипник, Dф – диаметр фланца крышки подшипника.

Диаметры винтов привертных крышек подшипника: d1 = 6 мм;

Число винтов: z1 = 4.

Диаметр винтов крепления крышки к корпусу находим по формуле

d = 1,25(Т)1/3 = 1,25∙(294)1/3 = 8,31 ≥ 10 мм,

где Т – момент на тихоходном валу редуктора. Принимаем d = 10 мм.

Размеры конструктивных элементов крепления крышки редуктора к корпусу (для болтов):

ширина фланца крышки корпуса K = 2,35d = 23,5 мм,

расстояние от торца фланца до центра болта С = 1,1d = 11,0 мм.

диаметр канавки под шайбочку D » 2d = 20 мм.

высота прилива в корпусе h = 2,5d = 25 мм.

Для винтов: K1 = 2,1d = 21,0 мм, С1 = 1,05d = 10,5 мм.

Высоту прилива в крышке под стягивающий болт (винт) определяем графически, исходя из условия размещения головки болта (винта) на плоской опорной поверхности вне кольцевого прилива под подшипник большего диаметра. Диаметр штифта dшт = 0,75d = 8 мм.

Диаметр винта крепления редуктора к раме dф = 1,25d = 14 мм, количество винтов z = 4. Высота ниши h0= 2,5(dф + d) = 50 мм, длина опорной поверхности в месте крепления редуктора к раме l = 2,4dф + d = 40 мм, высота прилива под винт h = 1,5dф = 21 мм, расстояние от боковой поверхности корпуса до центра винта с = 1,1dф = 15 мм.

Размеры проушины в виде ребра с отверстием: толщина ребра s = 2,5d = 15 мм, диаметр отверстия d = 3d = 18 мм, радиус проушины R = d. Размеры проушины, выполненной в виде сквозного отверстия в крышке: сечение (b ´ b) отверстия b = 3d = 18 мм, радиус дуги из вершины крышки для определения границы отверстия а = 1,7d = 10 мм.

6. Проверочный расчет шпонок

6.1 Быстроходный вал

Шпонка под полумуфту призматическая со скругленными краями по ГОСТ 23360-78: сечение 8´7, длина 32 мм, диаметр вала d = 25 мм.

Определяем напряжение смятия

,

где T передаваемый момент, Н∙м;

d – диаметр вала, мм;

lp – рабочая длина шпонки, мм;

h – высота шпонки, мм;

t1 – глубина паза, мм.

sсм = 2∙103∙19/(25∙24∙(7 4)) = 21 МПа.

Полученное значение не превышает допустимого [s]см = 100 МПа.

6.2 Тихоходный вал

Шпонка под червячное колесо призматическая со скругленными краями по ГОСТ 23360-78: сечение 14´9, длина 56 мм, диаметр вала d = 48 мм.

Определяем напряжение смятия

= 2∙103∙294/(48∙42∙(9 5,5)) = 83 МПа.

Полученное значение не превышает допустимого [s]см = 100 МПа.

Шпонка под звездочку призматическая со скругленными краями по ГОСТ 23360-78: сечение 10´8, длина 40 мм, диаметр вала d = 35 мм.

Определяем напряжение смятия

= 2∙103∙294/(35∙30∙(8 5)) = 97 МПа.

Полученное значение не превышает допустимого [s]см = 100 МПа.

7. Проверочный расчет быстроходного вала

Силы, действующие на вал: FtС = 588 Н; FrС = 1070 Н; FaС = 2940 Н; Fм = 50∙Т1/2 = 50∙191/2 = 218 Н – консольная сила муфты.

Неизвестные реакции в подшипниках найдем, решая уравнения моментов относительно опор:

SМВ(x) = 0;

SМВ(x) = FaC∙dC/2 – FrC∙lBC + RDy∙(lBC + lCD) = 0;

RDy = (– FaC∙dC/2 + FrC∙lBC)/(lBC + lCD) = (– 2940∙0,050/2 + 1070∙0,133)/(0,133 + 0,133) = 259 Н.

SМВ(y) = 0;

SМВ(y) = – Fм∙lAB – FtC∙lBC + RDx∙(lBC + lCD) = 0;

RDx = (Fм∙lAB + FtC∙lBC)/(lBC + lCD) = (218∙0,072 + 588∙0,133)/(0,133 + 0,133) = 353 Н.

SМD (x) = 0;

SМD (x) = – RВy∙(lBC + lCD) + FaC∙dC/2 + FrС∙lCD = 0;

RВy = (FaC∙dC/2 + FrС∙lCD)/(lBC + lCD) = (2940∙0,050/2 + 1070∙0,133)/(0,133 + 0,133) = 811 Н.

SМD (y) = 0;

SМD (y) = – Fм∙( lАВ + lBC + lCD) – RВx∙(lBC + lCD) + FtC∙lCD = 0;

RВx = (– Fм∙( lАВ + lBC + lCD) + FtC∙lCD)/(lBC + lCD) = (– 218∙(0,072 + 0,133 + 0,133) + 588∙0,133)/(0,133 + 0,133) = 17 Н.

Построение эпюр:

Участок АВ: 0 ≤ z ≤ 0,072;

Mx(z) = 0; Mx(0) = 0 Н∙м; Mx(0,072) = 0 Н∙м.

My(z) = Fоп∙z; My(0) = 0 Н∙м; My(0,072) = 218∙0,072 = -16 Н∙м.

T = -19 Н∙м на всем участке.

MS(0) = (М2х + М2у)1/2.

MS(0) = 0 Н∙м; MS(0,072) = (02 + -162)1/2 = 16 Н∙м.

Участок ВС: 0 ≤ z ≤ 0,133;

Mx(z) = – RВy∙z; Mx(0) = 0 Н∙м; Mx(0,133) = – 811∙0,133 = -108 Н∙м.

My(z) = Fоп∙(lAB + z) RВх∙z;

My(0) = 218∙0,072 = -16 Н∙м;

My(0,133) = 218∙(0,072 + 0,133) 17∙0,133 = -47 Н∙м.

T = -19 Н∙м на всем участке.

MS(0) = (02 + -162)1/2 = 16 Н∙м; MS(0,133) = (-1082 + -472)1/2 = 118 Н∙м.

Участок CD: 0 ≤ z ≤ 0,133;

Mx(z) = – RВy∙(lBC + z) + FaC∙dC/2 + FrС∙z;

Mx(0) = – 811∙0,133 + 2940∙0,050/2 = -34 Н∙м;

Mx(0,133) = – 811∙(0,133 + 0,133) + 2940∙0,050/2 + 1070∙0,133 = 0 Н∙м.

My(z) = Fоп∙(lAB + lBC + z) – RBх∙(lBC + z) + FtC∙z;

My(0) = 218∙(0,072 + 0,133) – 17∙0,133 = -47 Н∙м;

My(0,133) = 218∙(0,072 + 0,133 + 0,133) – 17∙(0,133 + 0,133) + 588∙0,133 = 0 Н∙м.

T = 0 Н∙м на всем участке.

MS(0) = (-342 + -472)1/2 = 58 Н∙м; MS(0,133) = 0 Н∙м.

Проверим сечение В на запас прочности. Концентратор напряжений – переход с галтелью. Коэффициент запаса прочности:

где Ss – коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям;

St – коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям.

где s-1 – предел выносливости стали при симметричном цикле изгиба, МПа;

ks – эффективный коэффициент концентрации нормальных напряжений;

es – масштабный фактор для нормальных напряжений;

b – коэффициент, учитывающий влияние шероховатости поверхности;

sa – амплитуда цикла нормальных напряжений равная суммарному напряжению изгиба sи в рассматриваемом сечении;

ys – коэффициент, зависящий от марки стали;

sm – среднее напряжение цикла нормальных напряжений.

sa = sи = 103М/W,

где М – суммарный изгибающий момент в сечении, Н∙м;

W – момент сопротивления сечения при изгибе, мм3.

W = pd3/32 = 3,14∙303/32 = 2649 мм3,

sa = sи = 103∙16/2649 = 5,92 МПа,

sm = 4Fa /(pd2) = 4∙2940/(3,14∙302) = 4161 МПа.

Ss = 410/(1,9∙5,92/(0,73∙0,94) + 0,27∙4161) = 2,36.

где t-1 – предел выносливости стали при симметричном цикле кручения, МПа;

kt – эффективный коэффициент концентрации касательных напряжений;

et – масштабный фактор для касательных напряжений;

ta – амплитуда цикла касательных напряжений;

yt – коэффициент, зависящий от марки стали;

tm – среднее напряжение цикла касательных напряжений.

ta = tm = 0,5∙103T/Wк,

где Т – крутящий момент в сечении, Н∙м;

Wк – момент сопротивления сечения при кручении, мм3.

Wк = pd3/16 = 3,14∙303/16 = 5299 мм3,

ta = tm = 0,5∙103∙19/5299 = 1,79 МПа.

St = 240/(1,74∙1,79/(0,73∙0,94) + 0,1∙1,79) = 50,79.

S = 2,36∙50,79/(2,362 + 50,792)1/2 = 2,36.

Полученное значение находится в допускаемом интервале 1,5 – 2,5.

Проверим сечение С на запас прочности. Концентратор напряжений – переход с галтелью. Коэффициент запаса прочности:

где Ss – коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям;

St – коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям.

где s-1 – предел выносливости стали при симметричном цикле изгиба, МПа; ks – эффективный коэффициент концентрации нормальных напряжений; es – масштабный фактор для нормальных напряжений; b – коэффициент, учитывающий влияние шероховатости поверхности; sa – амплитуда цикла нормальных напряжений равная суммарному напряжению изгиба sи в рассматриваемом сечении; ys – коэффициент, зависящий от марки стали; sm – среднее напряжение цикла нормальных напряжений.

sa = sи = 103М/W,

где М – суммарный изгибающий момент в сечении, Н∙м;

W – момент сопротивления сечения при изгибе, мм3.

W = pd3/32 = 3,14∙363/32 = 4578 мм3,

sa = sи = 103∙118/4578 = 25,77 МПа,

sm = 4Fa /(pd2) = 4∙2940/(3,14∙362) = 2890 МПа.

Ss = 410/(1,9∙25,77/(0,73∙0,94) + 0,27∙2890) = 2,47.

где t-1 – предел выносливости стали при симметричном цикле кручения, МПа; kt – эффективный коэффициент концентрации касательных напряжений; et – масштабный фактор для касательных напряжений; ta – амплитуда цикла касательных напряжений; yt – коэффициент, зависящий от марки стали; tm – среднее напряжение цикла касательных напряжений.

ta = tm = 0,5∙103T/Wк,

где Т – крутящий момент в сечении, Н∙м;

Wк – момент сопротивления сечения при кручении, мм3.

Wк = pd3/16 = 3,14∙363/16 = 9156 мм3,

ta = tm = 0,5∙103∙19/9156 = 1,04 МПа.

St = 240/(1,74∙1,04/(0,73∙0,94) + 0,1∙1,04) = 87,76.

S = 2,47∙87,76/(2,472 + 87,762)1/2 = 2,47.

Полученное значение находится в допускаемом интервале 1,5 – 2,5.

8. Подбор подшипников качения быстроходного вала

Силы, действующие на подшипники:

FrBmax = (R2Вx + R2Вy)1/2 = (172 + 8112)1/2 = 811 Н,

FrDmax = (R2Dx + R2Dy)1/2 = (3532 + 2592)1/2 = 438 Н,

Famax = 2940 Н.

Для типового режима нагружения 1 коэффициент эквивалентности KE = 0,8. Тогда эквивалентные нагрузки равны:

FrВ = KEFrВmax = 0,8∙811 = 649 Н,

FrD = KEFrDmax = 0,8∙438 = 350 Н,

FaВ = KEFamax = 0,8∙2940 = 2352 Н.

Для принятых подшипников находим: Cr = 38 кH, C0r = 25,5 кН, X = 0,4, Y = 1,6, e = 0,37.

Минимально необходимые осевые силы для нормальной работы роликовых подшипников:

FaBmin = 0,83eFrB = 0,83∙0,37∙649 = 649 H,

FaDmin = 0,83eFrD = 0,83∙0,37∙350 = 108 H.

Определим осевые нагрузки, действующие на подшипники:

FaB = FaDmin + Fa = 108 + 2352 = 2460 H,

FaD = FaDmin = 108 H.

Отношение FaВ/(VFrВ) = 2460/(1∙649) = 3,79, что больше e. Окончательно принимаем X = 0,4, Y = 1,6.

Эквивалентная динамическая радиальная нагрузка (для опоры В):

PrВ = (VXFrВ + YFaВ)KбKТ,

где Kб – коэффициент безопасности;

KТ – температурный коэффициент.

PrВ = (1∙0,4∙649 + 1,6∙2460) ∙0,8∙1 = 3356 Н.

Расчетный скорректированный ресурс подшипника при a1 = 1, a23 = 0,7 (обычные условия применения), k = 3,33 (роликовый подшипник):

L10ah = a1a23(Cr /PrВ)k ×106/(60n) = 1∙0,7∙(38000/3356)3,33∙106/(60∙1435) = 26292 ч,

L10ah > Lh.

Расчетная динамическая грузоподъемность (для опоры B):

Сrр = PrВ×(573w×Lh/106)1/3 = 3356×(573×150,20×20000/106)1/3,33 = 31444 Н,

Crp < Cr.

Подшипник пригоден.

9. Подбор и проверочный расчет муфты

Для соединения быстроходного вала с валом электродвигателя принимаем упругую втулочно-пальцевую муфту. Определяем расчетный момент:

Мрасч = K∙ТБ = 1,3∙19,1 = 24,83 Н∙м,

где    K – коэффициент режима работы и характера нагрузки,

ТБ – вращающий момент на быстроходном валу, Н∙м.

По ГОСТ 21424-75 выбираем муфту с ближайшим большим передаваемым моментом. Размеры муфты: диаметр расположения пальцев D1 = 90 мм, длина муфты L = 105 мм, диаметр пальца dп = 14 мм, длина пальца lп = 64 мм, количество пальцев z = 4, длина резиновой втулки lр.в. = 28 мм.

Проверим пальцы муфты на изгиб:

= 90 Н/мм2,

sи = 24,83∙64∙103/(0,1∙143∙90∙4) = 16,09 Н/мм2,

.

Проверим резиновые втулки на смятие:

 = 2 Н/мм2,

sсм = 2∙24,83∙103/(90∙4∙14∙28) = 0,35 Н/мм2,

.

Условия выполнены, прочность муфты обеспечена.

10. Выбор смазочных материалов

Смазывание элементов передач редуктора производится окунанием нижних элементов в масло, заливаемое внутрь корпуса до уровня, обеспечивающего погружение элемента передачи примерно на 10-20 мм.

Принимаем масло индустриальное для гидравлических систем без присадок И – Г – А – 46 ГОСТ 17479.4 – 87.

Определим количество масла:

V = (0,4…0,8)∙Рвых = (0,4…0,8)∙2,2 = 0,88…1,76 л.

Примем V = 0,9 л.

Выбираем для подшипников качения пластичную смазку Литол – 24 по ГОСТ 21150 – 75. Камеры подшипников заполняются данной смазкой и периодически пополняются ей.

11. Список использованной литературы

1.  Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. пособие для техникумов. – М.: Высш. Шк., 1991. – 432 с.: ил.

2.  Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. 5-е изд. М.: Высш. шк. 1998 447 с.

3.  Анурьев В.И. Справочник конструктора машиностроителя. В трех томах. Москва: Машиностроение, 2001 – 920 с.

4.  Куклин Н.Г., Куклина Г.С., Житков В.К. Детали машин: Учебник для техникумов – М.:Илекса, 1999.– 392 с.:ил.

5.  Устюгов И.И. Детали машин: Учеб. Пособие для учащихся техникумов.–М.:Высш. школа, 1981.– 399 с., ил.