Рассчет червячной передачи редуктора

Задание

(условие 4, вариант 1)

 

Рассчитать червячную передачу при условии, что окружная сила Ft на приводном барабане, скорость движения V ленты и диаметр приводного барабана Dб заданы по таблице 3.4

Срок службы редуктора 5000 ч.  

                    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Краткое описание структуры и принципа работы механизма

Привод к шнекам-смесителям состоит из электродвигателя, соединительная муфта, закрытой червячной передачи и закрытой цилиндрической зубчатой передачи.

Электродвигатель преобразует электроэнергию в механическую, вал двигателя совершает вращательное движение, но количество оборотов ротора электродвигателя очень велико для скорости вращения шнеков. Для снижения количества оборотов и увеличения крутящего момента и служит данный редуктор.

Привод шнеков-смесителей служит для передачи вращающего движения от вала электродвигателя через редуктор на шнеки, для приведения их в движение.

Назначение муфты - передача вращающегося момента без изменения его величины и направления.

Червячная передача предназначена для существенного увеличение крутящего момента и, соответственно, уменьшения угловой скорости. Ведущим звеном является червяк. 

Зубчатые передачи передают крутящие моменты и движение от одного вала к другому зацеплением. Зубчатые передачи с цилиндрическими колесами с прямым и косым зубом применяют при параллельно расположенных валах.  

Редуктор – это механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, заключённых в отдельный закрытый корпус. Служит для передачи вращения от вала двигателя к валу рабочей машины.

Назначение редуктора – понижение угловой скорости и соответственно повышения вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим.

Редуктор состоит из корпуса, в котором помещаются элементы передачи – зубчатые колёса, валы, подшипники и т.д.

 

 

 

 

 

 

 

2. Выбор электродвигателя

 

Определим КПД привода по формуле:

Ƞ=Ƞ1*Ƞ23*Ƞ3,

где Ƞ1 - КПД соединительной муфты (принимаемая [1, таблица 1]: Ƞ1=0,98);

Ƞ2 - КПД одной пары подшипников качения (принимаемая[1,таблица 1]  Ƞ2=0,99);

Ƞ3 - КПД зубчатой передачи (принимаемая[1,таблица1] Ƞ3=0,96)

Определим КПД привода:

Ƞ=0,98*0,993*0,96=0,9129

Ƞ=Рвых/Рвх=Р3/Nдв

Рдв=Р3/Ƞ=4,5*103/0,9129=489Вт≈500Вт

Определим требуемую частоту вращающегося валового двигателя:

U=U1*U2=nдв/nвых=ωдв/ωвых

где U1 - передаточное число цепной передачи (принимаемая [1, таблица 2] U1=2-4);

U2 - передаточное число закрытой червячной передачи (принимаемая [1, таблица 2] U2=10-40)

Определим диапазон передаточного числа:

ДU=(2-4)(10-40)=(20-160)

nвых=1*ωвых=5 об/мин

Дnдв=ДU*nвых=(20-160)*5=(100-800)

Выбираем по таблице П1 электродвигатель:

Рдв=0,5кВт, nдв=750 об/мин

Электродвигатель 4А 80В8

 

 

 

3. Кинематический расчет (определение передаточного отношения  и разбивка его по ступеням)

 

U=׀і׀

U=ωвх/ωвых=ωдв/ω3=nдв/n3=750/50=15

U=U1*U2

U1 - передаточное число цепной передачи (U1=(2-4)), принимаем U1=3,15 [1, таблица3]

где U2 - передаточное число закрытой червячной передачи (U1=(10-40)), принимаем U2=20 [1, таблица3];

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Определение крутящих моментов на валах

  4.1 Крутящий момент на входном валу - валу двигателя

 

Рдв=489 Вт

ωдв=75 с-1

Мдв=Рдв/ωдв=0,652 Н*м

 

  4.2 Крутящий момент на выходном вале редуктора

 

Р1=Рдв*Ƞ1*Ƞ2=474 Вт

n1=nдв=750 об/мин

ω1=75 с-1

М1=Р1/ω1=0,632 Н*м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

   5. Предварительный расчет валов по передаваемым моментам

    5.1 Диаметр на входном валу - валу двигателя

 

dдв≥ 10 ≥ 2,4 мм,

где  Mк - крутящий момент, действующий в расчетном сечении вала и равен Mк=Рдв/ωдв=0,652 Н*м;

[ῖ]к - допускаемое напряжение на кручение, при определении диаметра выходного конца (ῖк=(20-30) Н/мм2), принимаем [ῖ]к=0,25 Н/мм2.[1]

Полученный диаметр вала округляем до ближайшего значения из R40 нормальных линейных размеров, принимаем dк= 24 мм.[1]

  5.2 Диаметр на выходном вале редуктора

 

d1≥ 10 ≥ 2,3 мм,

где  Mк1 - крутящий момент, действующий в расчетном сечении вала и равен Mк1=Р1/ω1=0,632 Н*м;

[ῖ]к1 - допускаемое напряжение на кручение, при определении диаметра выходного конца (ῖк1=(20-30) Н/мм2), принимаем [ῖ]к1=0,25 Н/мм2.[1]

Полученный диаметр вала округляем до ближайшего значения из R40 нормальных линейных размеров, принимаем d1= 24 мм.[1]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Расчет червячной передачи

6.1. Выбираем материал для изготовления:

червяка – сталь 45 с закалкой ТВ Ч НВС 45+55;

колеса – бронза БрОФ-10-1 отливка в металлическую форму.

Из таблицы 1 [2] определяем механические характеристики материалов:

Е1 = 2,1 * 105 Н/мм2; =221 Н/мм2

Е1 = 1,02 * 105 Н/мм2; =71 Н/мм2

6.2. Определяем фактическое число циклов нагружения зуба колеса

 

 

Пересчитаем фактический срок службы передачи:

 

6.3. Рассчитываем допускаемые напряжения с учетом фактических условий нагружения.

 

Допускаемые контактные напряжения материала колеса

 

Допускаемое напряжение изгиба

 

6.4. Определяем число заходов червяка из условия

 

 

 

Принимаем = 2. Определяем число зубьев колеса ==2*20=40.

По таблице 2 выбираем коэффициент диаметра червяка q = 16.

6.5. Из условия поверхностной выносливости рассчитываем осевой модуль червячного зацепления

 

Н/;

; . Принимаем = 1,1.

Коэффициент деформации червяка Q выбираем по таблице 3 для и

q = 14 (близкое принятому q = 16).

Q = 152; = 1,018. K = 1,018*1,1 = 1,1198

Рассчитываем угол подъема винтовой линии нарезки червяка

 

и модуль

 

По ГОСТ 19036-73 (табл. 2) принимаем осевой модуль m = 1 мм.

6.6. Проверяем прочность червячного колеса из условия прочности по напряжениям изгиба.

 

Для определения коэффициента прочности зуба рассчитываем эквивалентное число зубьев

 

По таблице 4 . Тогда

 

 Н/

Полученное значение меньше допускаемого, следовательно, прочность зубьев колеса на изгиб удовлетворительна.

6.7. Рассчитываем геометрические параметры передачи.

Межосевое расстояние мм.

Параметры червяка:

Диаметр делительного цилиндра мм.

Диаметр цилиндра вершин мм.

Диаметр цилиндра впадин мм.

Длина нарезанной части червяка

  мм.

т.к. =1, принимаем =11, =0,06. Принимаем = 40 мм.

Параметры червячного колеса:

Диаметр делительной (начальной) окружности в среднем сечении

 мм.

Диаметр окружности впадин в среднем сечении

 мм.

Диаметр окружности вершин в среднем сечении

 мм.

Наибольший диаметр колеса

 мм.

Ширина зубчатого венца червячного колеса

 мм.

т.к. , принимаем A = 0,75.

Условный угол обхвата

 

 

6.8. Рассчитываем силы, действующие в зацеплении.

Окружная сила на колесе, равная осевой силе на червяке:

 Н

 

 Н

Радиальная сила Н

6.9. Рассчитываем коэффициент полезного действия червячной передачи

 

Для определения угла трения рассчитываем скорость скольжения:

 

По таблице 5 для вычисленной скорости скольжения найдем .

Тогда  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Библиографический список

 

1. Янковский В.В., Фёдоров В.В. Расчёт червячных передач на ЭВМ: Методические указания для студентов.–  Куйбышев: КИИТ, 1987.

2. Беляков В.М., Жарков М.С., Фёдоров В.В., Янковский В.В. Зубчатые передачи подвижного состава: Учебное пособие для студентов. Куйбышев: КИИТ, 1990.

3 .Проектирование механических передач: Учебное пособие для машиностроительных техникумов/ Под ред. Чернавского С.А.– М.: Машиностроение, 1984.

4. Решетов Д.Н. Детали машин.– М.: Машиностроение, 1989.

5. Толстоногов А.А., Янковский В.В., Фёдоров В.В., Жарков М.С. Лабораторные работы по курсу деталей машин.- СамИИТ, 1997.

6. Биргер И.А., Шорр Б.Ф., Иосилевич Г.Б. Расчёты на прочность деталей машин.– М.: Машиностроение, 1979.

7. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин.– М.: Высшая школа, 2001.

8. Толстоногов А.А. Детали машин и основы конструирования: Конспект лекций.- Самара: СамГАПС, 2003.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

1. Краткое описание структуры и принципа работы механизма

2. Выбор электродвигателя

3. Кинематический расчет (определение передаточного отношения  и                       разбивка его по ступеням)

4. Определение крутящих  моментов на вала

5. Предварительный расчет  валов по передаваемым моментам

6. Расчет червячной передачи