Расчет редуктора

1 Загальна частина

Опис редуктора

Привод складається з електродвигуна, муфти, відкритої прямозубої передачі, одноступінчатого горизонтального циліндричного шевронного редуктора.

Редуктор – це механізм, який служить для зниження кутових швидкостей і збільшення передаваємих обертових моментів.

Переваги шевронного редуктора:

висока міцність зубців;
плавність ходу;
безшумність роботи;
здатність передавати великі потужності при високих

кутових швидкостях.

Недоліки:

складність і дорожнеча виготовлення.

Застосовують шевронні зачеплення у середньоходових

та швидкоходових передачах для передачі великих обертових моментів: скіповий підйомник, підіймально – транспортні машини, верстати.

1 – електродвигун;

2 – муфта;

3 – одноступеневий горизонтальний циліндричний шевронний редуктор;

4 – відкрита прямозуба передача.

Рисунок 1 – Кінематична схема привода

2 Розрахункова частина

2.1 Вибір електродвигуна, кінематичний і силовий розрахунок привода

Визначаємо загальний коефіцієнт корисної дії привода за формулою:

, (1)

де - ккд редуктора, , [ 1 ], с. 5;

- ккд відкритої прямозубої передачі, , [1], с. 5;

- ккд підшипникових вузлів, , [ 1 ], с. 5.

Визначаємо загальне передаточне число привода:

(2)

де - частота обертів вихідного вала;

- частота обертів вхідного вала.

Загальне передаточне число привода розподіляємо по елементах привода:

(3)

де - передаточне число редуктора, , [1], с.36;

- передаточне число відкритої прямозубої

передачі, , [1], с.36.

По вихідним даним , привода підбираємо електродвигун 4А160S6 з , , , [1], с. 390.

Визначаємо частоту обертів кожного вала привода:

, (4)

, (5)

, (6)

Визначаємо кутову швидкість на кожному валу привода:

, (7)

, (8)

, (9)

Визначаємо обертаючі моменти на кожному валу привода:

, (10)

, (11)

, (12)

2.2 Вибір матеріалів зубчастих колес

Так як в завданні немає особливих вимог стосовно габаритів передачі, вибираємо матеріали з середніми механічними характеристиками:

- для шестірні Сталь 45, термічна обробка – покращання, твердість HВ 230 ;

- для колеса, Сталь 45, термічна обробка – покращання, але твердість на 30 одиниць нижче HВ 200.

Визначаємо допустиму контактну напругу:

, (13)

де - межа контактної витривалості при базовому

числі циклів;

– коефіцієнт довговічності при числі циклів напруги

більше базового, що має міцне при довготривалій

експлуатації редуктора, приймають, ;

- коефіцієнт безпеки, [Sн] = 1,10.

Для вуглецевих сталей з твердістю поверхонь зубців менше НВ 350 і термічною обробкою покращанням:

(14)

Для шевронних колес розрахункова допустима контактна напруга

; (15)

для шестірні:

, (16)

;

для колеса:

, (17)

Тоді розрахункова допустима контактна напруга:

Так як потрібну умову виконано.

2.3 Розрахунок зубчатої передачі

Визначаємо міжосьову відстань з умови контактної витривалості активних поверхонь зубців:

, (18)

де - коефіцієнт, враховуючий нерівномірність розподі-

лення навантаження по ширині вінця, , [1], с. 32;

- коефіцієнт ширини вінця по міжосьовій відста-

ні,

Вибираємо найближче значення міжосьової відстані зі стандартного ряду , [1], с. 36

Визначаємо нормальний модуль зачеплення:

, (19)

Приймаємо стандартне значення модуля , [1], с. 36

Попередньо приймаємо кут нахилу зубців

Визначаємо число зубців шестірні і колеса:

, (20)

Приймаємо , тоді:

, (21)

Приймаємо .

Уточняємо значення кута нахилу зубців:

, (22)

Кут нахилу зубців .

Основні розміри шестерні і колеса

діаметри поділювані:

, (23)

, (24)

перевірка:

, (25)

діаметри вершин зубців:

, (26)

, (27)

ширина колеса:

, (28)

, приймаємо

ширина шестерні:

, (29)

Визначаємо коефіцієнт ширини шестірні по діаметру:

, (30)

Окружна швидкість колес:

, (31)

При такій швидкості для шевронних коліс треба прийняти 8 ступінь точності, [1], c.32.

Розраховуємо коефіцієнт навантаження:

, (32)

Приймаємо коефіцієнти , [1], c.39,

, [1], c.40.

Перевіряємо контактну напругу за формулою:

, (33)

Так як , умови міцності виконано.

Сили, які діють в зачепленні:

окружна:

, (34)

радіальна:

, (35)

Перевіряємо зубці на витривалість за напругою:

, (36)

де - коефіцієнт нагрузки;

- коефіцієнт, що враховує форми зубців і залежить

від еквівалентного числа зубців.

Визначаємо коефіцієнт нагрузки:

, (37)

Приймаємо , [1], c. 43, , [1], c. 43.

Визначаємо еквівалентне число зубців:

у шестерні:

, (38)

у колеса:

, (39)

Вираховуємо допустиму напругу при розрахунку на витривалість шестірні й колеса:

(40)

Для сталі 45 покращенної до :

, [1], с. 44. (41)

для шестірні:

для колеса:

Визначаємо коефіцієнт безпеки:

(42)

Приймаємо , [1], с. 48

Допустима напруга при розрахунку на витривалість шестірні й колеса:

Знаходимо відношення . (43)

Приймаємо , , [1], с.42

для шестірні:

для колеса:

Подальший розрахунок ведемо для зубців колеса, так як для нього знайдено менше значення.

Визначаємо коефіцієнт , який враховує розподіл навантаження між зубцями:

, (44)

Розраховуємо коефіцієнт для 8 ступені точності, який враховує розподіл навантаження між зубцями:

, (45)

де - коефіцієнт торцевого перекриття,, [1], c.47;

п – ступінь точності коліс, п = 8

Перевіряємо міцність зубців колеса за формулою:

Так як , умови міцності виконано.

2. 4 Проектний розрахунок валів редуктора.

Рисунок 2 - Ведучий вал

Визначаємо діаметр вихідного кінця вала:

, (46)

Так як даний вал збирається з валом електродвигуна за допомогою муфти, то приймаємо

(47)

, приймаємо .

Визначаємо діаметр ступеня вала під підшипник:

, (48)

Рисунок 3 - Ведений вал

Визначаємо діаметр вихідного кінця вала:

, (49)

Приймаємо стандартне значення із ряду:

, [1], c.162

Визначаємо діаметр ступеня під підшипник:

, (50)

, приймаємо стандартне значення

Визначаємо діаметр вала під колесо:

, (51)

Визначаємо діаметр буртика для упора колеса:

, (52)

Шестірню виконуємо за одне ціле з валом, її розміри визначенні вище.

2.5 Конструювання зубчатих колес

Колесо коване ; .

Діаметр маточини:

, (53)

Довжина маточини:

, (54)

Приймаємо довжину маточини, що дорівнює

Товщина обода:

, (55)

Приймаємо .

Товщина диска:

, (56)

, приймаємо .

Визначаємо діаметр знаходження центрів отворів:

, (57)

Визначаємо діаметр отворів:

, (58)

2.6 Конструктивні розміри корпусу редуктора

Товщина стінок корпуса й кришки:

, (59)

Приймаємо .

Товщина фланців поясів корпуса й кришки:

верхнього пояса корпуса і пояса кришки:

, (60)

, (61)

нижнього пояса корпуса:

, (62)

Приймаємо .

Діаметр болтів:

фундаментних:

, (63)

Приймаємо болти з різьбою М18;

ті, що кріплять кришку до корпуса у підшипників:

, (64)

Приймаємо болти з різьбою М14;

ті, що з^’єднують кришку з корпусом:

, (65)

Приймаємо болти з різьбою М10.

2.7 Ескізне компонування

Спочатку вибираємо підшипники для ведучого й відомого вала.

Для ведучого вала вибираємо радіальні з короткими циліндричними роликами – тип 32209А, ; ; - легка вузька серія.

Для веденого вала вибираємо радіальні з короткими циліндричними роликами – тип 32211A, ; ;- легка вузька серія.

При окружній швидкості змазування може здійснюватися масляним туманом. В цьому випадку відступивши від лінії внутрішньої стінки корпуса зображуємо внутрішній діаметр підшипника.

У випадку установки мазеутримуючих кілець вибираємо розмір, що дорівнює 8 мм.

Послідовно виконуємо ескізне компонування:

- спрощено викреслюємо вали редуктора;

- спрощено викреслюємо зубчасте зачеплення;

- відкреслюємо внутрішній корпус, відстань між буртиком і корпусом, колесами і внутрішніми поверхнями корпуса приймаємо 10-15 мм;

- вимірюванням знаходимо відстань від точок прикладення опорних реакцій підшипників;

- визначаємо відстань від точок прикладення консольних навантажень до найближчих опор:

, (66)

, приймаємо ,

, (67)

, приймаємо ;

визначаємо довжину вихідного кінця вала:

, (68)

, (69)

2.8 Підбір підшипників і перевірка їх за динамічною вантажопідйомністю

Визначаємо консольні навантаження

Розраховуємо ведучий вал.

Визначаємо реакції опор:

, (70)

, (71)

, (72)

3) Перевірка:

(73)

Визначаємо еквівалентне навантаження:

, (74)

Визначаємо еквівалентне навантаження:

(75)

Потім знаходимо розрахункову довговічність підшипників у мільйонах обертів:

, (76)

Потім визначаємо розрахункову довговічність в годинах:

, (77)

Так як умова довговічності підшипників не виконано, замінюємо підшипники легкої вузької серії на підшипники середньої вузької серії та розраховуємо їх на довговічність

Розраховуємо ведений вал.

Визначаємо реакції опор:

, (78)

, (79)

, (80)

, (81)

5) Перевірка:

, (82)

6) Перевірка

, (83)

Визначаємо еквівалентне навантаження:

, (84)

Н,

, (85)

Н.

Подальший розрахунок робимо на більш навантаженій опорі.

Визначаємо еквівалентне навантаження:

Потім знаходимо розрахункову довговічність підшипників у мільйонах обертів:

Потім визначаємо розрахункову довговічність в годинах:

Так як розрахункова довговічність в годинах більша і менше , умову довговічності виконано.

2.9 Перевірка міцності шпоночних з`єднань

Перевіряємо шпонку під муфтою, колесом і відкритої ремінної передачі. Шпонку вибираємо в залежності від діаметра установочного вала.

Вибираємо розміри , , , за стандартом, враховуючи моменти Т на даному валу.

Розраховуємо шпонку за напрямом зминання. Сталь 45:

, (86)

під відкритою передачею:

;

під муфтою:

;

під колесом:

Умови міцності виконано.

2.10 Уточнений розрахунок валів

Перевіряємо на міцність січення вала А-А. Діаметр вала в цьому січенні . Концентрація напруг обумовлена наявністю шпоночної канавки. Приймаємо коефіцієнти концентрації напруг: , [1], с. 165. Визначаємо масштабні фактори , [1], с. 166.

Згинаючий момент у січені (при х = 60):

, (87)

Момент протистояння січення при :

, (88)

Амплітуда нормальних напруг згинання:

, (89)

Момент протистояння крученій січеній нетто:

, (90)

Амплітуда та середня напруга цикла косательних напруг:

, (91)

Коефіцієнт запасу міцності:

, (92)

, (93)

Результативний коефіцієнт запасу міцності січення:

, (94)

Результативний коефіцієнт запасу:

, (95)

2.11 Вибір посадок основних з‘єднань

Зубчасті колеса на вали при важких ударних навантаженнях з`єднують по . Розпірні втулки установлюють по , кришки підшипників у корпус по . Муфти по ; . Внутрішні кільця підшипників на вали k6. Зовнішні кільця підшипників в корпус по Н7. Розпірні кільця, ущільнювальні манжети .

2.12 Вибір і розрахунок муфт

За вихідними даними підбираємо муфту пружну втулочно пальцеву. Муфту підбираємо за діаметрами з`єднаних валів.

Матеріал полумуфт cталь 35, пальці виготовленні з нормалізованої cталі 45, втулки з спеціальної гуми з допустимою напругою зминання .

Втулки перевіряють на зминання поверхні, які прилипають до пальців.

, (96)

де - довжина втулки, ;

- діаметр пальця, ;

- число пальців, ;

- діаметр окружності, на якій установлені

пальці;

Т – розрахунковий момент.

Визначаємо розрахунковий момент:

, (97)

де - коефіцієнт, який враховує режим роботи,

, [1], с. 291;

- номінальний момент, .

Визначаємо діаметр окружності по який встановлені пальці:

, (98)

де Д – діаметр муфти, .

, приймаємо .

Пальці перевіряємо на вигин:

, (99)

Визначаємо допустиму напругу на вигин:

, (100)

де - поточність для сталі 35.

Так як умова міцності виконана.

2.13 Вибір змазки

Вибираємо мастило для змазування зачеплення в редукторі. При виборі змазування враховуємо швидкість роботи редуктора і контактні напруги, за ними вибирають в`язкість мастила. Для одержаних значень та вибираємо в`язкість мастила , [1], с. 253. За в`язкістю вибираємо сорт мастила: при в`язкості вибираємо індустріальне мастило , [1], с. 253. Змазування проводимо масляним туманом.

Визначаємо об`єм масляної ванни:

, (101)

Приймаємо .

Визначаємо допустимі рівні занурення зубчатих коліс:

, (102)

Підшипники змазуємо пластичним мастильним матеріалом, закладаючи його в підшипникові камери при монтажу. Вибираємо солідол марки УС-2, [1], с. 203.

2.14 Збірка редуктора

Перед збиранням внутрішню порожнечу корпуса редуктора старанно очищають і покривають маслостійкою фарбою.

Збирання проводять відповідно до креслень збирання редуктора, починаючи з вузлів валів:

- на ведучий вал насаджують мазеутримуючі кільця і шарикопідшипники, попередньо нагріти в маслі до 80 ⁰ – 100 ⁰ С;

- у відомий вал закладають шпонку 18х11х70 і напресовують зубчате колесо до упора в бурти вала;

- потім надівають розпірну втулку, мазеутримуючі кільця і установлюють шарикопідшипники, попередньо нагріті в маслі.

Зібрані вали укладають в основу корпуса редуктора і надівають кришку корпуса, попередньо покриваючи поверхню стінку кришки і корпусу спиртовим лаком.

Для центрівки установлюють кришку на корпус за допомогою двох конічних штифтів, затягають болти, якими кріпиться кришка до корпусу.

Після цього на відомий вал надівають розпірне кільце, в підшипникові камери закладають пластичне мастило, ставлять кришку підшипників з комплектом металевих прокладок для регулювання.

Перед постановкою наскрізних кришок в проточки закладають повстяні ущільнення, просяклі гарячим маслом. Перевіряють прокручуванням валів відсутність заклинювання підшипників (вали повинні прокручуватися від руки) і закріплюють кришки гвинтами.

Далі на кінець відомого вала в шпоночну канавку закладають шпонку, уставляють зірочку і закріплюють її торцевим закріпленням: гвинт торцевого закріплення стопорять спеціальною планкою.

Потім укручують пробку масло спускного отвору з прокладкою і жезловий масло покажчик.

Заливають в корпус масло і закривають оглядовий отвір кришкою з прокладкою з технічного картону; закріпляють кришку болтами.

Зібраний редуктор обкочують і піддають випробуванню на стенді за програмою, установленою технічними умовами.

3 Техніка безпеки і охорона оточуючого середовища

Редуктор повинен надійно закріплятися на фундаменті, небезпеку становлять частини якого-небудь обладнання, що обертаються (передачі, вали). Відкриті елементи привода повинне відгороджуватися, огородження повинне бути довговічним, міцним і стійким, зберігаючи механізм від різноманітних пошкоджень.

Корозійно і вогнестійким, не утруднювати робочі операції, огородження не повинно мати ріжучих кришок.

Відпрацьовані масла з розчину не повинні зливатися в землю, а в спеціальні резервуари для масла.