Расчет и проектирование одноступенчатого цилиндрического редуктора привода исполнительного механизма

Федеральное агентство по образованию

ГОУ ВПО  УГТУ-УПИ им. первого президента России Б.Н. Ельцина 
 
 
 

Оценка  проекта_____________

Члены комиссии____________ 
 
 
 
 

КУРСОВОЙ  ПРОЕКТ

по механике 

3207. 303110.000 

Тема: «Расчет и проектирование одноступенчатого цилиндрического редуктора привода исполнительного механизма». 
 
 
 

Выполнил         

студент гр. Х-27072                                Токарева Ю.А. 
 

Руководитель,

доц., к.т.н.                                                                                        Покровский В.Б. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Екатеринбург 2009 

Содержание. 

I. Введение. 

II. Расчеты. 

1. Расчет основных кинематических и энергетических параметров.

  Выбор электродвигателя.         

1.1. Расчёт мощности электродвигателя.   

1.2. Расчёт синхронной частоты вращения вала электродвигателя.                                

1.3. Выбор марки электродвигателя. Расчет номинальной частоты вращения вала электродвигателя, суммарного передаточного отношения привода, передаточного отношения ременной передачи.

1.4. Расчет частоты вращения валов.

1.5. Расчёт мощностей  и крутящих моментов на валах редуктора.      

2.Расчет  зубчатой передачи.         

2.1 Выбор материала  и способов термообработки шестерней и колеса. Расчёт допускаемых напряжений.

2.2. Расчет параметров зубчатой передачи.   

2.3. Проверочный  расчет зубчатой передачи. 

3. Первый этап эскизной  компоновки.

3.1. Компоновка  передачи в корпусе редуктора.

3.2. Компоновка  валов.

3.3. Предварительный  выбор подшипников.

3.4. Компоновка  подшипников в корпусе редуктора. 

4. Расчёт валов.

4.1. Определение  усилий зацепления.

4.2. Построение  расчётных схем валов, определение  опорных реакций, построение эпюр  изгибающих и крутящих моментов.

4.3. Определение  конструкции быстроходного вала.

4.4. Уточнённый  расчёт валов. Расчет запасов прочности в опасных сечениях. 

5. Расчёт шпоночных  соединений.

5.1. Быстроходный  вал.

5.2. Тихоходный  вал. 

6. Расчёт теоретической  долговечности подшипниковых опор.

6.1. Быстроходный  вал.

6.2. Тихоходный  вал. 

7. Расчёт элементов  корпуса.

7.1. Разрез редуктора  по плоскости разъёма.

7.2. Фронтальная  проекция. 

III. Библиографический список. 

IV. Приложение. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение. 

     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. 

     Назначение  редуктора – понижение угловой скорости и, соответственно, повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим. Механизмы 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 так далее. 

     В курсовом проекте выполняются расчеты:

     1. Основных кинематических и энергетических  параметров привода;

     2. Проектный и проверочный расчет зубчатых передач;

     3. Расчет валов;

     4. Расчет шпоночных соединений;

     5. Расчет теоретически долговечных  подшипниковых опор. 

     На  основе теоретических расчетов выполняются  сборочные чертежи редуктора  со спецификацией и рабочие чертежи  тихоходного вала и зубчатого колеса. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Выбор электродвигателя. Расчет основных кинематических и энергетических параметров.

 

     1.1. Расчет мощности электродвигателя 

,

     где    p_IV – мощность на валу привода, p_IV = 8,1 кВт,

              - суммарный КПД привода.

     

,

     где   - КПД ременной передачи, =0,97;

           ₂ – КПД зубчатой передачи, ₂=0,98;

              ₃ - КПД одной пары подшипников качения, ₃ =0,99;

           р – количество  пар подшипников качения, р=3.

     

= =0,922

     

 кВт. 

     1.2. Расчет синхронной частоты вращения  вала электродвигателя.

     

,

     где  - частота вращения ведомого вала привода, =50 об/мин;

            - суммарное передаточное отношение привода

= ,

     где  - передаточное отношение ременной передачи, =2…5;

           - передаточное отношение зубчатой передачи, =2…5;

     Передаточное  отношение зубчатой передачи U₂ стандартизовано [1, с.36]

U₂=3,55.

     

об/мин.

     Выбрать синхронную частоту вращения из ряда: = 750, 1000, 1500, 3000 об/мин

      =750 об/мин. 

     1.3. Выбор марки электродвигателя [1, с.390, т.п. 1].

     Номинальная мощность принимается ближайшей  по отношению к рассчитанной.

     Р_н=11,0 кВт; n_c=750 об/мин

     Типоразмер 160М8; S=2,5%.

     Электродвигатель 4А 160М8 У3. 

     1.4. Расчет суммарного передаточного отношения ременной передачи.

     

,

     где   - номинальная частота вращения вала электродвигателя, об/мин.

     

= (1-s)=750(1-0,025)=730 об/мин.

      = = 14,6.

      = . 

     1.5. Расчет частот вращения валов  привода.

     n_I=n_н=730 об/мин;

      об/мин;

     n_III=n_II=n₁=177,61 об/мин;

     n_IV=n₂=50 об/мин. 

     1.6. Расчет мощностей и крутящих моментов, передаваемых валами редуктора.

      кВт.

     р_IV=p₂=8,1 кВт,

     Т₁=9550 =448,44 Нм

     Т₂=9550 =1547,1 Нм. 

2. Расчет зубчатой передачи.

 

     2.1. Выбор материалов и способов  термообработки для шестерни и колеса. Расчет допускаемых напряжений. 

     Выберем для шестерни и колеса Сталь 45 с  термообработкой «Улучшение» для  шестерни, «Нормализация» для колеса [1, с.34, т.3.3].

     HB₁=210;

     HB₂=190. 

     2.1.1. Расчет допускаемых контактных  напряжений.

     

,

     где   - предел контактной выносливости материалов при симметричном цикле нагружения, МПа;

           - коэффициент безопасности;

           - коэффициент долговечности;

          

=2HB_i+70

      =2HB₁+70=2 +70=490 МПа;

      =2HB₂+70=2 +70=450 МПа.

      = 1,15 [1, с.33].

     

,

     где  - базовое число циклов нагружения;

          - эквивалентное число циклов  нагружения.

     

=30(HB_i)^2,4

      =30(HB₁) ^2,4 =30∙210^2,4=0,11∙10⁸,

      =30(HB₂) ^2,4=30∙190^2,4=0,088∙10⁸. 

     

= ,

     где   - срок службы зубчатой передачи, =20 000 час;

          n_i – частота вращения валов шестерни и колеса, n₁=177,61 об/мин, n₂=50 об/мин;

          k – коэффициент  использования привода, 0,8;

           = 20 000∙177,61∙0,8∙60=1,71∙10⁸,

           = 20 000∙50∙0,8∙60=0,43∙10⁸.

     Так как  >   = =1.

      МПа,

      МПа.

     

=391 МПа.

     2.1.2. Расчет допускаемых напряжений изгиба.

     

,

     где  - предел изгибной выносливости материалов при отнулевом цикле нагружения, МПа;

          S_F – коэффициент безопасности.

          

=1,8 HB_i

           =1,8∙HB₁=1,8∙210=378 МПа,

           =1,8∙HB₂=1,8∙190=342 МПа.

          S_F=S'_FS"_F,

          где  S'_F – коэффициент, учитывающий неоднородность свойств материалов,  S'_F=1,75 [1, с.44, т.3.9].

              S"_F – коэффициент, учитывающий способ изготовления заготовок шестерни и колеса, S"_F=1,0 [1, с.44].

              S_F=1,75∙1,0=1,75.

               МПа,

               МПа,

               .

     2.2. Расчет параметров зубчатой передачи. 

     2.2.1. Расчет межосевого расстояния.

              a_w=K_a (U+1) ,