Анализ кинематической схемы

Введение

Редуктор - это механизм,  состоящий из зубчатых или червячных

передач, заключенный   в   отдельный   закрытый    корпус. Редуктор

предназначен для понижения  числа оборотов и, соответственно, повышения  крутящего момента.

Редукторы делятся по следующим  признакам:

- по типу передачи - на  зубчатые, червячные или зубчато-червячные:

- по числу ступеней - на  одноступенчатые (когда передаче  осуществляется одной парой колес), двух-, трех- или многоступенчатые:

- по  типу  зубчатых  колес - на цилиндрические,  конические, или коническо-цилиндрические;

- по расположению валов  редуктора в пространстве - на  горизонтальные, вертикальные, наклонные:

• по особенностям кинематической схемы " на развернутую, соосную с раздвоенной ступенью.

 

 

 

1. Анализ кинематической  схемы

Наш механизм состоит из привода  электромашинной (1), муфты (2),  цилиндрической шестерни (3), цилиндрические колеса (4), валов (7,6,9) и двух пар подшипников  качения. Мощность на ведомом валу N₃=2,6 кВт, угловая скорость п₃= 320 об/мин, электродвигатель с синхронный частотой вращения вала 1000 об/мин, привод предназначен для длительной  работы 20000 часов, допускаемое отклонение скорости 5%,

 

 

2. Кинематический расчет  привода

2.1.  Определяем общий КПД привода

h=h₁*h₂²*h₃²*h₄

Согласно таблице 5 (1) имеем

h₁=0,97 - КПД цилиндрической передачи;

h₂=0,98 - КПД муфты;

h₃=0,995 - КПД подшипников качения;

h₄=0,98 - КПД перемешивания масла

h = 0,97 * 0,98² * 0,995² * 0,98 = 0,894

 

2.2. Определяем номинальную мощность  двигателя

 

 

2.3. Выбираем тип двигателя  по таблице . Это  двигатель

4АМ112МА6У3 с ближайшим   большим  значением  мощности 3 кВт, с синхронной частотой вращения 1000 об/мин. Этому значению номинальной мощности соответствует частота вращения 955 об/мин.

2.4. Определяем передаточное  число привода

2.5. Так  как  наш механизм  состоит из закрытой цилиндрической  передачи то по таблице выбираем из первого ряда рекомендуемое  значения  передаточного  отношения цилиндрической передачи наиболее близкое по значению к полученному. U=3,15.   

2.6. Определяем фактическую  частоту вращения выходного вала  редуктора

 

2.7. Определяем максимально  допустимое отклонение частоты  вращения выходного вала

где - допускаемое отклонение скорости по заданию.

 

2.8. Допускаемая частота  вращения выходного вала с  учетом отклонений

 

 

2.9. Отклонение частоты  вращения выходного вала составляет  приближенно  

Таким образом, частота вращения выходного  вала находится в пределах допустимой.

 

2.10. Определяем крутящие моменты,  передаваемые валами механизма  с учетом передаточных отношений  и КПД:

 

 

 

 

 

2.11 Аналогично определяем мощность, передаваемую валами

 

2.12. Сводим полученные  данные в таблицу:

Тип двигателя  Рном=3,0 кВт; nном=955 об/мин
Параметр	Передача	Параметр	Вал
	Закрытая (редуктор)		Двигателя	редуктора		Приводной рабочей машины
				быстроходный	тихоходный
Передаточное число u	3,15	Расчетная мощность Р, кВт	3,0	2,925	2,82	2,763
		Угловая скорость ,1/с	100,0	100,0	31,7	31,7
КПД	0,894	Частота вращения  n, об/мин	955	955	303,174	303,174
		Вращающий момент Т, Н*м	30	29,1	86,26	84,53

 

 

 

3. ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОПУСКАЕМЫХ  НАПРЯЖЕНИЙ.

 

 

1. Выбрать твердость, термообработку и материал зубчатой закрытой передачи.
2. Определить допускаемые контактные напряжения.
3. Определить допускаемые напряжения на изгиб. 

 

 

 

 

1. Зубчатые передачи.

 

1. Выбор твердости, термообработки и материала колес.

Сталь в настоящее время –  основной материал для изготовления зубчатых колёс. В условиях индивидуального  и мелкосерийного производства, предусмотренного техническими заданиями на курсовое проектирование, в мало- и средненагруженных передачах, а также в передачах с большими колесами(открытых) применяют зубчатые колеса с твердостью материала 350 НВ. При этом обеспечивается чистовое нарезание зубьев после термообработки, высокая точность изготовления и хорошая прирабатывание зубьев.

Для равномерного изнашивания  зубьев и лучшей их прирабатываемости  твердость шестерни НВ₁ назначается больше твердости колеса НВ₂ Разность средних твердостей рабочих поверхностей зубьев шестерни и колеса в пределах с прямыми   и   непрямыми   зубьями составляет НВ_{1 ср}-НВ_{2 ср}=20…50. В ряде случаев для увеличения нагрузочной способности передачи, уменьшения ее габаритов и металлоемкости достигают разности средних твердостей НВ_{1 ср}-НВ_{2 ср} 70. При этом твердость рабочих поверхностей зубьев колеса 350 НВ, а зубьев шестерни 350 НВ и измеряют по шкале Роквелла, 45 HRC_э.

 

 

 

Соотношение твердостей в единицах НВ и HRC_э.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При этом для получения  при термической обработке принятых  для расчета механических  характеристик  материала колес требуется, чтобы  размеры заготовок колес ( D_заг, S_заг) не превышали предельно допустимых значений D_пред , S_пред :

 D_заг D_пред ; S_заг S_пред ,

 

где D_заг – диаметр заготовки шестерни ; S_заг- толщина заготовки обода или диска колеса; D_пред – предельно допустимый диаметр заготовки шестерни;  S_пред – предельно допустимая тлщина заготовки обода или диска колеса.

Выбираем  сталь 45 с термообработкой  – улучшение.

Дальше считаем только колесо т.к. материал колеса менее твердый.

Находим НВ_ср= НВ.

По таблице:

                    

                    

3.2Определение допускаемых контактных напряжений

а) Определим коэффициент  долговечности К_НL;

К_НL= ; 

Где N_HO-  число циклов перемены напряжений, соответствующее пределу выносливости;

 N-число циклов перемены напряжений за весь срок службы (наработка),

 где L_H- срок службы привода, ч.

 N_HO =16,5*10⁶ млн.циклов (табличное значение).

Если  N N_HO , то принять К_НL=1.

б) определяем допускаемое контактное напряжение соответствующее пределу контактной выносливости при числе циклов перемены напряжений N_HO.

 

 

в) определяем допускаемые  контактные напряжения для зубьев колеса :

 

3.3 Определение допускаемых  напряжений изгиба H/мм².

а) коэффициент долговечности К_НL= ;

где N_FO=4*10⁶ – число циклов перемены напряжений для всех сталей, соответствующее пределу выносливости; N- число перемены напряжений  за весь срок службы.

Если N N_FO то принимаем К_НL=  1.

б) допускаемое напряжение изгиба соответствующее пределу изгибной выносливости при числе циклов перемены напряжений N_FO

 

в) допускаемое напряжение изгиба для зубьев колеса

 

Заносим данные в таблицу:

 

Элемент передачи	Марка стали	термообработка	Твердость НВср
колесо	45	улучшение	248,5	514,3	255,955

 

 

 

 

 

 

 

 

4.0.  Расчет зубчатых передач редукторов.

1. Выполнить проектный расчет редукторной пары.
2. Выполнить проверочный расчет редукторной пары.

  Расчет зубчатой закрытой передачи  производится в два этапа: первый  расчет – проектный, второй  – проверочный. Проектный выполняется по допускаемым контактным напряжениям с целью определения геометрических параметров редукторной пары. В процессе проектного расчета задаются целым рядом табличных величин и коэффициентов; результаты некоторых расчетных величин округляют до целых или стандартных значений; в поиске оптимальных решений приходится неоднократно делать перерасчеты. Поэтому после окончательного определения параметров зацепления выполняют проверочный расчет.

 

4.1. Проектный расчет.

1. Определяем главный параметр – межосевое расстояние а_w, мм:

где К_а – вспомогательный коэффициент и для косозубых передач К_а=43,

   -- коэффициент ширины венца колеса, равный 0,28…0,36 – для шестерни, расположенной симметрично относительно опор в проектируемых нестандартных одноступенчатых цилиндрических редукторах. Возьмем 0,32.

U =3,15 передаточное число редуктора.

Т₂ – вращающий момент на тихоходном валу редуктора, Н*м.

= 514,3*10⁶ допускаемое контактное напряжение колеса с менее прочным зубом или среднее контактное напряжение, Н/мм².

- коэффициент неравномерности  нагрузки по длине зуба. Для  прирабатывающихся зубьев  =1.

 

 

 

2. Определяем модуль зацепления m, мм:

где К_m = 5,8 для косозубых передач, вспомогательный коэффициент.

d₂= делительный диаметр колеса.

b₂= ширина венца колеса.

 допускаемое напряжение изгиба  материала колеса с менее прочным зубом.

 

 берем по первому ряду 1,5.

 

3. Определяем угол наклона зубьев для косозубых передач:

 

4. Определяем суммарное число зубьев шестерни и колеса: для косозубых колес 

 

 

округляем до целого значения.

 

5. Уточняем действительную величину угла наклона зубьев для косозубых передач:

 

6. Определяем число зубьев шестерни:

 

 

7. Определяем число зубьев колеса:

 

8. Определяем фактическое передаточное число u_ф и проверяем его отклонение от заданного u:

            

 

9. Определяем фактическое межосевое расстояние:

 

10. Определяем основные геометрические параметры передачи, мм.

Определяем делительный  диаметр шестерни:

определяем делительный  диаметр колеса:

определяем диаметр вершин зубьев шестерни:

определяем диаметр вершин зубьев колеса:

определяем диаметр впадин шестерни:

определяем диаметр впадин колеса:

определяем ширину венца  колеса:

 округляем до 28 мм,

определяем ширину венца  шестерни:

 

 

 

 

 

Проверочный расчет.

 

11. Проверяем межосевое расстояние:

 

12. Проверяем пригодность заготовок колес. Условие пригодности колес:

 

Диаметр заготовки шестерни :

 

Размер колеса закрытой передачи :

 

13. Проверяем контактные напряжения

где К- вспомогательный коэффициент. Для косозубых передач К = 376,

окружная сила в зацеплении.

- коэффициент, учитывающий  распределение нагрузки между  зубьями. Для косозубых  определяется по графику в зависимости от окружной скорости колес и степени точности передачи.