Привод элеватора. Компоновка. СБ чертеж цилиндрического редуктора. Деталировка. РПЗ
Оглавление
TOC o "1-3" h z Оглавление.................................................................................................... h 2
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ......................................................................... h 3
1. Выбор электродвигателя, кинематический расчет привода....... h 4
1.1 Необходимая мощность электродвигателя.............................. h 4
2. Расчет редукторной передачи.......................................................... h 5
2.1 Мощности, передаваемые валами, крутящие моменты......... h 5
2.2 Расчет цилиндрической передачи.............................................. h 5
3. Расчет валов, подбор подшипников................................................. h 9
3.1 Предварительный расчет валов................................................. h 9
3.2. Эскизная компоновка валов........................................................ h 9
3.3 Проверочный расчет валов....................................................... h 10
3.4 Расчет подшипников.................................................................... h 14
4 Подбор и проверка шпонок............................................................... h 16
6. Подбор смазки редуктора................................................................ h 17
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
Спроектировать привод элеватора
Исходные данные:
Усилие на ленте элеватора F = 3 кН
Скорость ленты элеватора v = 1,3 м/с
Диаметр барабана элеватора D = 275 мм
Основная часть
1. Выбор электродвигателя, кинематический расчет привода
1.1 Необходимая мощность электродвигателя
КПД редуктора:
h = hпк2 hзц hк = 0,9952*0,98*0,95 = 0,92
Где
hпк = 0,995 - КПД пары подшипников качения [2, с. 304]
hзп = 0,98 - КПД зубчатой цилиндрической закрытой передачи
hк = 0,95 - КПД клиноременной передачи [2, с. 304]
Необходимая мощность электродвигателя [1, ф. (2.1)]
N = F×v/h= 3 * 1,3 / 0,92 = 4,24 кВт
1.2 Выбор электродвигателя, передаточное отношение редуктора, частоты вращения валов
4А ГОСТ 1923-81:
Номинальная мощность Nном = 5,5 кВт,
Частота вращения при номинальной нагрузке
nном= 730 об/мин.
1.3.2 Передаточное отношение привода:U=nном/nт=730/90,28=8,09
Где
Частота вращения тихоходного вала редуктора -
nт = 60v/(pD) = 60 × 1,3 /(p× 0,275 ) = 90,28 об/мин
Принимаем из стандартного ряда Up = 3,55 [1, с. 51]. Принимаем передаточное отношение клиноременной передачи Uк = 2,24
Фактическое передаточное отношение редуктора
Uф = Up×Uк = 3,55 × 2,24 =7,95 » U
1.3.3 Действительные частоты вращения валов редуктора:
nб = nном/Uк = 730 / 2,24 = 325,89 об / мин
nт = nб/Uр= 325,89 / 3,55 = 91,80 об / мин
2. Расчет редукторной передачи
2.1 Мощности, передаваемые валами, крутящие моменты
2.1.1 Мощности, передаваемые валами
Nб = N*hк = 4,24 * 0,95 = 4,03 кВт
Nт = N*h = 4,24 * 0,92 = 3,90 кВт
2.1.2 Крутящие моменты на валах определяем по формуле:
Т = 9555 N/n [2, с. 129]
Где N - передаваемая мощность, кВт
n - частота вращения, об/мин
Тб = 9555 × 4,24 / 325,89 = 118,08 Нм
Тт = 9555 × 4,24 / 91,80 = 405,93 Нм
2.2 Расчет цилиндрической передачи
2.3.1 Материалы колес, допускаемое напряжение, коэффициенты долговечности
Для обеспечения лучшей прирабатываемости выбираем материалы шестерни и колеса согласно рекомендациям [2, §8]
Шестерня: 35 ХМ - термообработка - улучшение + закалка ТВЧ
Колесо: 40 Г - термообработка - улучшение
Механические свойства сталей после указанной термообработки [1, табл. 4.5]:
Сталь |
НВ сердцевины |
HRC поверхности |
sв, МПа |
sт, МПа |
35 ХМ |
269 - 302 |
48 -53 |
920 |
790 |
40 Г |
235 - 262 |
50 - 60 |
850 |
600 |
Т. к. график нагрузки передачи не задан, принимаем коэффициенты долговечности KHД = 1; KFД = 1. Т. к. разница между средними твердостями материалов шестерни и колеса не превышает 100 единиц по шкале Бринеля, лимитирует колесо [1].
Допускаемое контактное напряжение [1 ф. (4.21)]: [sН] = sН lim b/SН
Где sН lim b2 = 2 НВср+ 70 - базовый предел контактной выносливости
SН = 1,1 - коэффициент безопасности [1, табл. 4.6]
[sН] = (2*248,5+70)/1,1 = 515,45 МПа
Допускаемое напряжение изгиба [1, ф. (4.24)]
[sF] = sF lim b/SF
Где sF lim b = 1,8 НВср - предел длительной выносливости по напряжениям изгиба
SF = 1,75 - коэффициент безопасности по изгибу По [1, табл. 4.6, с. 90]
[sF] =1,8 НВср2/SF = 1,8*248,5/1,75 = 255,6 МПа
2.3.2 Коэффициенты нагрузки
Kh = Kha Khb Khv
Kf = Kfa Kfb Kfv
Предварительное значение окружной скорости:
Где Cv = 15 [1, табл. 4.9, с. 95]
ya = 0,4 - коэффициент ширины зубчатого колеса [1, табл. 3.3, с. 53]
Степень точности передачи - 9 [1, табл. 4.10, с. 96]
Kha = 1,1 [1, рис.4.7, с.92]; Kfa = 1 [1, с.92]
b/d1 = Ya(Uр+1)/2 = 0,4*(3,55 +1)/2 = 0,91; Khb0 = 1,2 [1, табл. 4.7, с.93]
Согласно [1, ф. 4.30, с. 92]: Khb = Khb0 = 1,2
Согласно [1, табл. 4.8, ф. 4.30, с. 94] Kfb = Kfb0 = 1,2
Khv = 1,01; Kfv = 1,01 [1, табл. 4.11, 4.12, с. 96, 97]
Коэффициенты нагрузки
Kh = 1,1* 1,2 *1,01 » 1,33
Kf = 1* 1,2 *1,01 » 1,21
2.3.3 Основные параметры цилиндрической передачи
Расчетный крутящий момент [1] с. 98:
Tp = Tт KhДKh = 405,93*1* 1,33 » 541,18 Нм
Межосевое расстояние[1, ф. (4.38), с. 98]
где К = 270 - для косозубых передач
103 - численный коэффициент согласования размерностей
Принимаем согласно единого ряда главных параметров [1, с. 51],
а = 140 мм
Ширина колеса: b2 = a Ya = 140 *0,4 = 56 мм
Принимаем b2 = 56 мм
Фактическая окружная скорость:
V = 2apn1 / ((Uр+1) 60) = 2* 140 *p* 325,89 /(3,55+1)60 = 1,05 м/c
Уточняем Kh по [1, рис. 4.7, с. 92]: Kha » 1,1
Проверка по контактным напряжениям [1] ф. (4.41) с. 98
условие контактной прочности выполняется
Окружная сила [1,ф.(4.44),с.99]:
Модуль [1, ф. (4.45), с. 99]:
Где К = 3,5 [1] с. 99
Принимаем согласно рекомендациям [1 с. 53] mn = 1,125 мм
Принимаем угол наклона линии зуба b=12°
Суммарное число зубьев [1, ф. (4.49), с. 100]:
Zå = Z1+Z2 = (2a/mn)cos(b) = (2* 140 / 1,125 )*cos(12°) = 243,45
Принимаем Zå= 244; Число зубьев шестерни и колеса:
Z1 = Zå/(U+1) = 244/(3,55+1) = 53,63; Принимаем Z1= 54;
Z2 = Zå - Z1 = 244 - 54 = 190
Уточняем угол наклона линии зуба:
Фактическое напряжение изгиба [1, ф. (4.54), с. 101]:
sf = Yf Yb Ft KfД Kf / (b mn)
Где Yf - коэффициент формы зуба
Yb - коэффициент наклона зуба
Эквивалентное число зубьев для колеса [1] ф. (4.55) с. 101:
Zv = Z2 / cos3b = 190 /cos3(11,38°) = 201
Тогда: Yf = 3,6 [1, табл. 4.13, с. 101]
Yb = 1 - b/160 = 1 – 11,57 /160 = 0,93
Где b - в градусах и десятичных долях градуса
sf = 3,6 Yb Ft 1 Kf / (b2 mn)
sf = 3,6 * 0,93 * 3716 *1* 1,21 / ( 56 * 1,125 ) = 238,77 МПа
Условие прочности выполняется.
2.3.4 Геометрический расчет цилиндрической передачи
Таблица 2.1 Параметры колес цилиндрической передачи
Наименование |
Расчетная формула |
Величина (мм) |
|
Делительный диаметр |
d = mnZ / cos b |
d1 |
61,97 |
d2 |
218,03 |
||
Диаметр окружности вершин |
da = d + 2mn(1 + X) |
da1 |
64,22 |
da2 |
220,28 |
||
Диаметр окружности впадин |
df = d - 2mn(1,25 - X) |
df1 |
59,16 |
df2 |
215,22 |
Т. к. колеса нарезаны без смещения исходного контура, для шестерни и колеса Х = 0.
2.3.5 Силы в зацеплении цилиндрической передачи
Силы в зацеплении цилиндрической передачи определяем согласно
[1] § 4.9 с. 109
Осевая сила Fa = Ft tg(b) = 3716 * tg( 11,38 °) = 747,64 H
Радиальная сила
Fr = Ft tg(a)/cos(b) = 3716 *tg(20°)/cos( 11,38 °) = 1380 H
3.3.6 Силы в ременной передаче
Скорость движения ремня при диаметре быстроходного шкива
D = 100 мм: Vр = p nном D/60 = p× 730 ×0,1/60 = 3,82 м/с.
Угол охвата a1 = 150°, число ремней Z = 3, масса 1 м длины ремня Б: q = 0,18 кг/м.
Коэффициент длины ремня CL = 0,92 [2, табл. 6.14, с 215].
Коэффициент охвата Сa = 0,92 [2, табл. 6.13].
Коэффициент режима работы Ср = 1 [2, табл. 6.5].
Сила натяжения одного клинового ремня:
F0 = 780 N CL/(Vр Ca Cp Zр) + q Vр 2 =
= 780× 4,24 × 0,92 /( 3,82×0,92×1×3) + 0,18×3,822 = 288,36 Н
Сила, действующая на вал:
Fp = 2 F0 Z sin(a1/2) = 2× 288,36 ×3×sin(150/2) = 1671 Н
3. Расчет валов, подбор подшипников
3.1 Предварительный расчет валов
Определяем диаметры выходных концов валов из расчета на кручение. Материал валов - сталь 40Х ГОСТ 4543-88.
d = (T*10 3/0,2 [tk]) 0,33 (5.1)
Где [tk] = 45 МПа - допускаемое касательное напряжение [2, стр. 249]
d - в мм
Хвостовик первичного вала:
dхв.1 = (118,08*10 3/0,2*45) 0,33 = 23,59 мм. Принимаем диаметр хвостовика быстроходного вала равным 0,8 диаметра вала электродвигателя
d1 = 25 мм.
Хвостовик тихоходного вала:
dхв.3 = (405,93*10 3/0,2*45) 0,33 = 35,60 мм. Принимаем диаметр хвостовика тихоходного вала 38 мм.
Диаметры участков валов в месте посадки зубчатых колес определяем согласно [1, §11.2]:
d > (16 T / p [t]) 1/3
Где Т - крутящий момент в Н/мм
[t] = 16 МПа [1]
d1 > (16* 118,08 /p*16)1/3 = 33,50 мм, принимаем d1 = 38 мм
d2 > (16* 405,93/p*16)1/3 = 50,56 мм, принимаем d2 = 55 мм
3.2. Эскизная компоновка валов
Выполняем эскизную компоновку валов при разработке сборочного чертежа редуктора. Принимаем предварительно для быстроходного вала подшипники 7207 ГОСТ 333-79, для тихоходного вала редуктора подшипники 7210 ГОСТ 333-79.
3.3 Проверочный расчет валов
3.3.1 Схема приложения сил к валам
3.3.2 Определяем реакции опор и изгибающие моменты быстроходного вала
Реакции опор:
RAH = (Fp(a+b+c)+Fr1*c-Fa1*0.5 d1)/(b+c) =
=(1671(0,094+0,061+0,061)+1380*0,061-747,64*0,5*0,062)/(0,061+0,061) = 3459 Н
RAV = Ft1*c/(b+c) = 3716*0,061/(0,061+0,061) = 1858 Н
RBH = (Fp*a-Fr1*b-Fa1*0,5 d1)/(b+c) =
= (1671*0,094-1380*0,061-747,64*0,5*0,062)/(0,061+0,061) = 407,91Н
RBV = Ft1*b/(b+c) = 3716*0,061/(0,061+0,061) = 1858 Н
RBr = Fa1 = 747,64 Н
Радиальное давление на подшипники:
FrA = (RAH2 + RAV2)0,5 = ( 34592 + 18582)0,5 = 3926 Н
FrB = (RВH2 + RВV2)0,5 = ( 407,912 + 18582)0,5 = 1902 Н
Изгибающие моменты:
МАН = Fp*a = 1671* 0,094 = 157,09 Нм
МСН1 = RBH*c = 407,91* 0,061 = 24,88 Нм
МСН2 = RBH*c + Fa*0,5*d1 =407,91*0,061+747,64*0,5*0,062 = 48,05 Нм
МСV = RBV*c = 1858*0,061 = 113,35 Нм
Эпюры изгибающих моментов в горизонтальной и вертикальной плоскостях:
3.3.3 Определяем реакции опор тихоходного вала
RAH = (0,5*d2*Fa2 - Fr*b) /(a+b) = (0,5*218,03*747,64-1380*0,061)/(0,062+ +0,062) = 5894 Н
RВH = (0,5*d2*Fa2 + Fr*a) /(a+b) = (0,5*218,03*747,64-1380*0,062)/(0,062+ +0,062) = 7263 Н
RAV = Ft*b/(a+b) =3716 *0,062/(0,062+0,062) = 1858 Н
RAV = Ft*а/(a+b) = 3716* 0,062/(0,062+0,062) = 1858 Н
RBr = Fa2 = 747,64 Н
Радиальное давление на подшипники:
FrA = (RAH2 + RAV2)0,5 = (58942 +18582)0,5 = 6180 Н
FrB = (RВH2 + RВV2)0,5 = (72632 +18582)0,5 = 7497 Н
3.3.4 Выполняем проверочный расчет быстроходного вала
Принимаем материал вала сталь 45 ГОСТ 1050 - 88
sв = 800 МПа; sт = 650 МПа; tт = 390 МПа; s-1 = 360 МПа; t-1 = 210 МПа;
ys = 0,1; yt = 0,05 [3]
Проверяем сечение вала в месте посадки зубчатого колеса
Осевой момент инерции вала в месте посадки зубчатого колеса:
Wос = 0,1dзк3 = 0,1* 383 = 5487 мм3
Максимальное нормальное напряжение:
smax = (MСН22+МСV2) 0,5 / Woc + 4Fa1/pdзк 2 =
= (48,052+113,352)0,5*103/5487мм3+ 4*747,64/p* (38мм)2= 47,49 МПа
Полярный момент инерции вала в месте посадки зубчатого колеса:
WР = 0,2dзк3 = 0,2* 383 = 10970 мм3
Максимальное касательное напряжение:
tmax = Тб / WР = 118,08*103/ 10970 = 10,76 МПа
В месте шпоночного паза по табл. [2, табл. 8.15, 8.17]
Кs = 2,15; Кt = 2,05 для изгиба Кd = 0,85; для кручения Кd = 0,73
Коэффициент влияния шероховатости поверхности: Кf = 1,08 [2, табл. 8.18], коэффициент влияния поверхностного упрочнения КV = 1 (без упрочнения).
Находим коэффициенты снижения пределов выносливости по формулам (8.4) [2]:
КsD = (Кs/Кd + Кf -1)/КV = (2,15 / 0,85 + 1,08 - 1)/1 = 2,61
КtD = (Кt/Кd + Кf -1)/КV = (2,05 / 0,73 + 1,08 - 1)/1 = 2,89
Принимаем, что нормальные напряжения изменяются по симметричному циклу, т. е. sа = smax = 47,49 МПа,
а касательные напряжения по отнулевому, т. е.
tа = t m = 0,5t max = 0,5*10,76 = 5,38 МПа
Используя формулы (8.1)…(8.4) [2], определяем коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям
Ss = s-1/(KsDsa+yssm) = 360/(2,61*51,77+0,1*47,49) = 2,57
Коэффициент запаса по касательным напряжениям
St = t-1/(KtDta+yttm) = 210/(2,89*5,38+0,05*10,76) = 13,06
Результирующий коэффициент запаса прочности
S = SsSt/(Ss2+St2)0,5 = 2,57*13,06/(2,572+13,062)0,5 = 2,52
Для обеспечения прочности коэффициент запаса должен быть не меньше [S] = 1,5…1,8. Таким образом, прочность и жесткость промежуточного вала обеспечены.
Проверяем сечение вала в месте посадки подшипника
Осевой момент инерции вала в месте посадки подшипника:
Wос = 0,1dп3 = 0,1*353 = 4287 мм3
Максимальное нормальное напряжение:
smax=MАН/WОС+4Fa1/pdзк 2=157,090,5*103/4287+4*747,64 /p*352= 37,42 МПа
Полярный момент инерции вала в месте посадки зубчатого колеса:
WР = 0,2dп3 = 0,2*353 = 8575 мм3
Максимальное касательное напряжение:
tmax = Тб / WР = 118,08*103/8575 = 13,77 МПа
В месте посадки подшипника табл. [2, табл. 8.20] определяем интерполированием значения отношений Кs/Кd = 3,49; Кt/Кd = 2,9. Коэффициент влияния шероховатости поверхности: Кf = 1,08 [2, табл. 8.18], коэффициент влияния поверхностного упрочнения КV = 1 (без упрочнения).
Находим коэффициенты снижения пределов выносливости по формулам (8.4) [2]:
КsD = (Кs/Кd + Кf -1)/КV = (3,49 + 1,08 - 1)/1 = 3,57
КtD = (Кt/Кd + Кf -1)/КV = (2,9 + 1,08 - 1)/1 = 2,98
Принимаем, что нормальные напряжения изменяются по симметричному циклу, т. е. sа = smax = 37,42 МПа,
а касательные напряжения по отнулевому, т. е.
tа = t m = 0,5t max = 0,5*13,77 = 6,89 МПа
Используя формулы (8.1)…(8.4) [2], определяем коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям
Ss = s-1/(KsDsa+yssm) = 360/(3,57* 37,42 +0,1* 47,49 ) = 2,62
Коэффициент запаса по касательным напряжениям
St = t-1/(KtDta+yttm) = 210/(2,89*6,89+0,05*13,77) = 10,20
Результирующий коэффициент запаса прочности
S = SsSt/(Ss2+St2)0,5 = 2,62*10,20/(2,622+10,202) 0,5 = 2,54
Для обеспечения прочности коэффициент запаса должен быть не меньше [S] = 1,5…1,8. Таким образом, прочность и жесткость промежуточного вала обеспечены.
3.4 Расчет подшипников
3.4.1 Расчет подшипников быстроходного вала
Вычисляем базовый расчетный ресурс принятого роликоподшипника 7207 ГОСТ 8328-75
Исходные данные:
FrA = 3926 Н; FrB = 1902 Н; Fa1 = 747,64 Н; nб = 325,89 об/мин;
Базовая динамическая грузоподъемность [3, табл. П.10]: Cr = 38500 кН
Факторы нагрузки [2, табл. П.10]: e = 0,37; Y = 1,62
При установке подшипников в распор осевые составляющие:
FaA = 0,83 е FrA = 0,83*0,37* 3926= 1206 Н
FaB = 0,83 е FrВ = 0,83*0,37* 1902= 584,22 Н
Расчетная осевая сила для опоры А: FaАр = FaА = 1206 Н
Так как FaАр/ FrА < е, то X = 1; Y = 0
Эквивалентная динамическая нагрузка для опоры А:
PrА = X FrА + Y FaАр = 1*3926+ 0* 1206 = 3926 Н
Расчетная осевая сила для опоры В:
FaBр = Fa1 + FaB = 747,64 +584,22 = 1332 Н
Так как FaВр/ FrВ = 1332 / 1902 = 0,7 > е, то X = 0,4; Y = 1,62
Эквивалентная динамическая нагрузка для опоры В:
PrВ = X FrВ + Y FaВр = 0,4* 1902 + 1,62 * 1332 = 2919 Н
Расчет ведем по наиболее нагруженной опоре
Базовый расчетный ресурс подшипника:
Полученное значение значительно больше минимально допустимого - 20 000 час. Однако, использование подшипника меньшего типоразмера нецелесообразно по конструктивным соображениям.
3.4.2 Рассчитываем подшипники тихоходного вала
Вычисляем базовый расчетный ресурс принятого роликоподшипника 7210 ГОСТ 8328-75
Исходные данные:
FrA = 6180 Н; FrB = 7497 Н; Fa2 = 747,64 Н; nт = 91,80 об/мин;
Базовая динамическая грузоподъемность [3, табл. П.10]: Cr = 57000 кН
Факторы нагрузки [2, табл. П.10]: e = 0,37; Y = 1,6
При установке подшипников в распор осевые составляющие:
FaA = 0,83 е FrA = 0,83*0,37*6180 = 1898 Н
FaB = 0,83 е FrВ = 0,83* 0,37 * 7497 = 2302 Н
Расчетная осевая сила для опоры А: FaАр = FaА = 1898 Н
Так как FaАр/ FrА < е, то X = 1; Y = 0
Эквивалентная динамическая нагрузка для опоры А:
PrА = X FrА + Y FaАр = 1*6180 + 0*1898 = 6180 Н
Расчетная осевая сила для опоры В:
FaBр = Fa2 + FaB = 747,64+2302 = 3050 Н
Так как FaВр/ FrВ = 3050/7497 = 0,41 > е, то X = 0,4; Y = 1,6
Эквивалентная динамическая нагрузка для опоры В:
PrВ = X FrВ + Y FaВр = 0,4*7497+1,6*3050 = 7879 Н
Расчет ведем по наиболее нагруженной опоре
Базовый расчетный ресурс подшипника:
Полученное значение значительно больше минимально допустимого - 20 000 час. Однако, использование подшипника меньшего типоразмера нецелесообразно по конструктивным соображениям.
4 Подбор и проверка шпонок
Размеры поперечного сечения шпонки выбираем в зависимости от диаметра вала.
Для крепления шестерни выбираем призматическую шпонку
10 х 8 х 63 по ГОСТ 23360 - 78 [2, табл. 7.7]
Размеры шпонки:
Высота h = 8 мм; глубина паза вала t1= 4,5 мм;
длина L= 63 мм; ширина b= 10 мм
Расчетная длина шпонки: Lр= L - b = 63 - 10 = 53 мм
Проверяем выбранную шпонку на смятие
Допускаемое напряжение смятия [sсм] = 50…60 МПа [2, с. 252]
Где Т - передаваемый момент, Н/м, остальные размеры в мм
Для крепления колеса выбираем призматическую шпонку
18 х 11 х 63 по ГОСТ 23360 - 78 [2, табл. 7.7]
Размеры шпонки:
Высота h = 11 мм; глубина паза вала t1= 5 мм;
длина L= 63 мм; ширина b= 18 мм
Расчетная длина шпонки: Lр= L - b = 63 - 18 = 45 мм
Проверяем выбранную шпонку на смятие
5 Подбор муфты
По таблице 9.2 [2] подбираем упругую втулочно-пальцевую муфту ГОСТ 21424-93 по значению момента на тихоходном валу Тт = 405,93 Нм и конструктивным соображениям с диаметром под вал 45 мм.
Муфта втулочно-пальцевая М=500 Нм, d=45мм, ГОСТ 21424-75.
6. Подбор смазки редуктора
Принимаем, что цилиндрическая передача редуктора смазывается погружением колеса в масляную ванну на глубину 20…30 мм, а подшипники - масляным туманом.
Выбираем масло ИТП - 200 с кинематической вязкостью 220…240 мм2/с [2, табл. 8.30]. Согласно рекомендациям [2, с. 333] принимаем объем масляной ванны 0,35…0,7 л на 1 кВт передаваемой мощности. Принимаем объем масляной ванны 2 л.
Список литературы
1.
2.