Проектирование привода электродвигателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

Задание на проектирование

1. Выбор электродвигателя и кинематический расчет

2. Расчет редуктора

3. Расчет клиноременной передачи

4. Расчет цепной передачи

5. Предварительный расчет валов редуктора и конструирование червяка и червячного колеса

6. Конструкторские размеры корпуса редуктора

7. Проверка долговечности подшипников

8. Тепловой расчёт редуктора

9. Проверка прочности шпоночных соединений

10. Уточненный расчет валов

11. Выбор сорта масла

12. Сборка редуктора

Списки использованной литературы

Приложение

Введение

Курсовой проект по разделу «Детали машин» курса «Теоретическая механика», требует знаний дисциплин общетехнического цикла - теоретической механики, сопротивления материалов, технологии конструкционных материалов, деталей машин, машиностроительного черчения и др., в результате приобретаются навыки проектирования, а также работы со справочной, и нормативной литературой.

Объектом курсового проекта является привод механизма, в который входит большинство деталей и узлов общемашиностроительного применения, представлена в задании на проектирование зубчатая передача (коническая) и передача гибкой связью (цепная), а также сборочные единицы, обеспечивающие вращательные движение (муфта, подшипники), различные соединение (болтовые, шпоночные) и детали (валы, корпус и др.). При их проектировании решается комплексная инженерная задача, включающая подбор электродвигателя, кинематические и силовые расчеты, выбор материалов и расчеты на прочность, вопросы конструирования и разработки конструкторской документации. Проектирование рассматривается как процесс, направленный на преобразование документации технического задания в рабочую документацию на основе выполнения комплекса работ исследовательского, расчетного и конструкторского характера. В соответствии с ГОСТ 2.103-68 процесс проектирования подразделяется на следующие взаимосвязанные стадии: техническое задание, техническое предложение, эскизный проект, технический проект, рабочий проект.

Полученные в результате проектного расчета геометрические параметры передачи, значение сил и крутящего момента являются исходными данными для выполнения эскизной компоновки и проведение последующих расчетов деталей привода и сборочных единиц. Рассмотрены методы расчета валов, подшипников, муфты, конструирование узла редуктора.

Задание на проектирование

Техническое задание на курсовое проектирование, содержит кинематическую схему привода, состоящую из электродвигателя - источника вращательного движения, передаточных механизмов, преобразующих параметры вращательного движения, и соединяющих их элементов.

Исходные данные: Pв=6 кВт, ?_в =4,5 кВт, ?_дв =314 рад/с Uред=14, а_р=2 м, а=1м, цепная горизонтальная передача, редуктор червячный, с червяком, расположенным ниже колеса, клиноременная горизонтальная передача.

1. Выбор электродвигателя

Требуемую мощность электродвигателя определяем по формуле:

(1.1)

?_общ= ?_рем+ ?_ред+ ?_подІ+ ?_ц

?_общ =0,96*0,93*0,99І*0,92=0,805

?_рем=0,96 ?_ред=0,93

?_под=0,99 ?_ц=0,92

По таблице П1 принимаем s=2,5%

Подбираем двигатель ( по ГОСТ 19523-81) 4А112M2У3

2. Расчет редуктора

Номинальные частоты вращения и угловые скорости валов редуктора

n_c=3000(1-0,025)=2925об/мин

Определяем крутящие моменты , Н·м, на валах привода:

Результаты расчета кинематических и силовых параметров привода сводим в таблицу 1. Данные параметры являются исходными данными для проектного расчета закрытой червячной и открытой цепной передач.

Таблица 1 - Кинематические и силовые параметры привода

Передача	Передаточное число	Частота вращения, об/мин	Угловая скорость, рад/с	Крутящий момент, Н·м
Ременая	2	n2=1462,5	=314	T2=46
Цепная	2,67	n4=39,1	=4,2	T4=1441
Редуктора	14	n3=104	=11,2	T3=587
Общее	74,8	n1=2925	=314	T1=23,9

Выбираем материал червяка и венца червячного колеса. Принимаем для червяка сталь 45 с закалкой до твердости не менее HRC>45 и последующим шлифованием.

Так как к редуктору не предъявляются специальные требования, то в целях экономии принимаем для винца червячного колеса бронзу БРО10Ф1 (отливка в песчаную форму)

Предварительно принимаем скорость скольжения в зацеплении v_s=6м/с. Тогда при длительной работе допускаемое контактное напряжение [у_H]=148Мпа. Допускаемое напряжение изгиба для нереверсивной работы [у_0F]=K_FLЧ[у_0F]'. В этой формуле K_FL=0.47 , при длительной работе, когда число циклов нагружения зуба N_У>25Ч10⁷; [у_0F]'=98Мпа.

[у_0F]=0,4198=46,25Мпа.

Принимаем предварительно коэффициент диаметра червяка q=8

Принимаем предварительно коэффициент нагрузки К=1,2. Определяем межосевое расстояние из усилия контактной выносливости по формуле (4.19)

(4.19)

Модуль по формуле (2.2)

Принимаем по ГОСТ 2144-77 (Таблица 4.2) стандартное значение m=6,3мм и q=10 мм.

По таблице 4.1 и 4.2 при m=6,3мм и q=10 мм

Межосевое расстояние при стандартных значениях m и q

Основные размеры червяка:

Делительный диаметр червяка

Диаметр вершин витков червяка

Диаметр впадин витков червяка

Длина нарезаемой части шлифованного червяка по формуле (4.7)

(4.7)

Делительный угол подъёма витка г по табл. 4.3: при z₁=2 и q=8 г=21°48'

Основные размеры венца червячного колеса

Делительный диаметр червячного колеса

Диаметр вершин зубьев червячного колеса

Диаметр впадин зубьев червячного колеса

Наибольший диаметр червячного колеса

Ширина винца червячного колеса по формуле (4.12)

(4.12)

Окружная скорость червяка по формуле (2.13)

Скорость скольжения по формуле (2.14)

При этой скорости Отклонение к тому же межосевое расстояние по расчету было получено a_w=198мм, а после выравнивание m и q до a_w=200мм, т.е. на 1%. Необходимо проверить у_H, для этого уточняем КПД редуктора:

При скорости v_s=6 м/с приведенный коэффициент трения для бронзы и шлифованного червяка и приведенный угол трения. КПД редуктора с учетом потерь в опорах, потерь на разбрызгивание и перемешивание масла

Коэффициент динамичности K_v=1.2

Коэффициент неравномерности распределения нагрузки по формуле (4.26)

(4.26)

где коэффициент деформации червяка при q=10 и z₁=2 и=70. Принимаем вспомогательный коэффициент x=0,6

Коэффициент нагрузки

Проверяем контактное напряжение по формуле (4.23)

(4.23)

<

Отклонение 0,7%

Проверка прочности зубьев червячного колеса на изгиб.

Эквивалентное число зубьев по формуле (2.18)

Коэффициент формы зуба Y_F=2.1

Напряжение изгиба по формуле (4.24)

(4.24)

3. Расчет поликлиновой передачи

По номограмме выбираем ремень сечения А

Диаметр меньшего шкива по формуле (3.1)

принимаем по ГОСТ 17383-73 d₁ =90 мм

Диаметр ведомого шкива по формуле (3.2)

мм

примем d₂ = 180 мм

Скорость ремня по формуле

примем d₂ = 180 мм

уточняем передаточное отношение по формуле (3.3)

Длина ремня по формуле (2.23)

примем по ГОСТ 12841-80 L=4500 мм

Угол обхвата на малом шкиве по формуле (3.4)

Угол обхвата малого шкива по формуле (3.5)

8. Усилие, действующее на вал:

S=2S₀zsin 640 Н

Ширина шкивов:

В_ш=(Z-1)t+2S= (8-1)2,4+2*3,5=24 мм

Натяжение ветви ремня по формуле(3.7)

F₀ = 850PC_pC_L/ zvC_б +Qv²=(850*7.5*1.4*1.09) /(6*15.3*0.97)+0.1*15.3*15.3=133мм

Q = 0,1- коэффициент учитывающий центробежную силу по формуле (3.8)

Cила действующая на вал по формуле (3.9)

Ширина шкивов B_ш по формуле (3.10)

e=15

4. Расчет цепной передачи

Z₃=31-2Uц=26 Z₃=26

Z₄=Z₃ЧUц=69 Z₄=69

U_ц=Z₄/Z₃=2,65

Отклонений 0

Выбор цепи

Выбираем цепь приводную роликовую однорядную типа АР по ГОСТ 13568-75.

Коэффициент эксплуатации

К_э = К_дК_сКК_регК_р,

где К_д = 1 - коэффициент динамической нагрузки,

К_с = 1,5 - смазка периодическая,

К = 1,0 - положение передачи горизонтальное,

К_рег = 1,25 - нерегулируемая передача,

К_р = 1 - работа в одну смену.

К_э = 1,51,25 = 1,88.

Шаг цепи

где [p] = 27 МПа - допускаемое давление в шарнирах .

z₁ - число зубьев малой звездочки,

z₃ = 31 - 2u = 31 - 5,34= 26.

Число зубьев ведомой звездочки:

Z₄ = z₃Uц = 69.

Принимаем ближайшее большее значение р= 27 мм:

- разрушающая нагрузка Q = 88,5 кН;

- масса одного метра цепи q = 3,8 кг/м;

- площадь опорной поверхности шарнира А_оп = 262 мм².

Уточняем разрушающую нагрузку [p] = 27 МПа

Проверяем цепь по давлению в шарнирах

Окружная скорость электродвигатель редуктор подшипник шпоночный

v = z₃tn₃/6010³ = (26*31,75*104)/(60*10³)= 1,44 м/с

Окружная сила:

F_t = T_{3 3}/v = (587*1000*11,2)/1,44 = 4075 H

Давление в шарнирах:

p = F_tK_э/А_оп,

р=4075*1,25/262=19,4МПа

Условие р < [p] = 23 МПа выполняется, следовательно нормальная работа цепной передачи обеспечена в течении всего срока службы привода.

Конструктивные размеры звездочек

Делительные диаметры

d_д3 = t/[sin(180/z₃)]=31,75/sin(180/26)=262мм

d_д4 = t/[sin(180/z₄)]=25,4/sin(180/69)=698мм

Определяем диаметры наружных окружностей звездочек по следующей формуле:

ведущая звездочка:

d_д1 = 25,4[ctg(180/26+0,7)-0,3d₁] = 277 мм,

ведомая звездочка:

d_д2 = 25,4[ctg(180/69+0,7)-0,3d₁] = 710 мм.

Силы действующие на цепь

- окружная: F_t = 4075 Н;

- центробежная:

F_v = qv² = 3,8*1,44² = 8 H;

от провисания цепи:

F_f = 9,81k_fqa = 9,81*1,5*3,8*1,27=50,3 H,

где k_f = 1,=3 - для горизонтальной передачи.

Сила давления на вал

F_в = F_t+2F_f = 4075+2*50,3 =4176 H,

Коэффициент запаса прочности

s = Q/(k_дF_t+F_v+F₀)

s = 88,5*10³/(4075*1,25+8+50,3) = 21,4 > [s] = 7,8 .

C=0,93 B_BH=19,05=18 мм

d_ст=1,6 d_B2=80 мм

l_cт=(1,2ё1,6) d_B2=60-90 l_cт=70мм

5. Предварительный расчет валов редуктора и конструирование червяка и червячного колеса

Крутящий момент в поперечных сечениях валов:

ведомого колеса (вала червячного колеса)

ведущего (червяк)

Витки червяка выполнены за одно целое с валом

Но для соединения его с валом электродвигателя примем d_в1=21мм; диаметры подшипниковых шеек d_n1=50мм и d_n1=50мм. Параметры нарезаемой части: d_f1=56мм; d₁=80мм и d_a1=100мм; l_ст=90мм,

Длина нарезаемой части

b₁=164мм.

Рисунок 2. Червяк

Ведомый вал

, ,

Диаметр выходного конца

Диаметр ступицы червячного колеса

Длина ступицы

принимаем l_st=90мм

6. Конструкторские размеры корпуса редуктора

Толщина стенок корпуса и крышек:

принимаем

принимаем

Толщина фланцев корпуса и крышки

Толщина нижнего пояса корпуса при наличии бобышек:

Принимаем p₂=25мм

Диаметры болтов:

Фундаментных

Принимаем d₁=20мм

Принимаем болты с резьбой М20.

Принимаем d₂=16мм

Принимаем болты с резьбой М16

Принимаем d₂=10мм

Принимаем болты с резьбой М12

7. Первый этап компоновки

Рисунок 3. Компоновка червячного редуктора

Обознач.	d	D	B	C	Co	e
306	30	72	19	32.6	18.3	0,68
2007111	55	100	2123	65	45.2	0.41

8. Проверка долговечности подшипников

Силы зацепления (Рисунок 4)

Окружная сила на червячном колесе, равная осевой силе на червяке. (Рисунок 4)

Окружная сила на червяке, равная осевой силе на червячном колесе (Рисунок 4)

Радиальные силы на колесе и червяке 4)

Рисунок 4. Силы в червячном зацеплении и опорные рекции

Вал червяка.

Расстояние между опорами l₁=340мм, от правой опоры до места приложения силы l₃=60мм. Диаметр d₁=63мм.

Реакции опор (правую опору, воспринимающую внешнюю осевую силу F_a1, обозначим цифрой «2»):

в плоскости xz

R_x1= R_x2===728H

в плоскости yz

Проверка: 971-861+377+1456=0

а) строим эпюру изгибающих моментов, Н*м(Рисунок 5)

б) строим эпюру изгибающих моментов, Нм:

Суммарные реакции

Осевые составляющие радиальных реакций конических подшипников - по формуле (9.9):

Осевые нагрузки подшипников, в нашем случае ; тогда ,

Рассмотрим левый подшипник.(Первый)

Отношение

Эквивалентная нагрузка

Коэффициенты К_б=1,3; V=1; К_Т=1.

Долговечность определяем по более нагруженному подшипнику.

Рассмотрим правый подшипник. (Второй)

Отношение

Поэтому эквивалентную нагрузку определяем с учетом осевой:

Н

Где X=0.41 и Y=0.87

Расчетная долговечность, мил об.

Расчетная долговечность, ч.

Ведомый вал

Расстояние между опорами l₂=55мм; диаметр l₄=60мм. F_а=1456Н, F_z=2961H, F_r=1077H, F_B=4876H

Реакции опор.

1) Горизонтальная плоскость:

а) Определение опорных реакций, Н

в) строим эпюру изгибающих моментов, Нм (Рисунок 6)

2) Вертикальная плоскость:

а) определение опорных реакции, Н:

В плоскости yz

Проверка:

б) строим эпюру изгибающих моментов, Нм:

3) Суммарные реакции, Н:

Осевые составляющие радиальных реакций конических подшипников - по формуле (9.9):

Осевые нагрузки подшипников, в нашем случае ; тогда ,

Рассмотрим правый подшипник. (Третий)

Отношение

Эквивалентная нагрузка

Н

Коэффициенты К_б=1,3; V=1; К_Т=1.

Рассмотрим левый подшипник. (Четвертый)

Отношение

Поэтому эквивалентную нагрузку определяем с учетом осевой:

Где X=0.4 и Y=1,459

Расчетная долговечность, млн.об. по формуле (9.1)

Расчетная долговечность, ч.

9. Тепловой расчёт редуктора

Для проектируемого редуктора площадь теплоотводящей поверхности А=0,73 м²

Условия работы редуктора без перегрева при продолжительной работе

Где: P_ч=7,5кВт=7500Вт = требуемая для работы мощность на червяке

K_t=17Вт/(м²С^о) коэффициент теплопередачи

Допускаемый перепад температур при верхнем расположении червяка.

10. Проверка прочности шпоночных соединений

Шпонки призматические со скругленными торцами.

Размеры сечения шпонок и пазов и длины шпонок по ГОСТ 23360-78.

Проверка на прочность шпоночного соединения, передающего вращающий момент от вала червяка к муфте.

Диаметр вала в этом месте d_в1=25мм. Сечение и длина и шпонки, глубина паза t₁=4мм, b*h*l=8*7*85мм

Момент T_k2= T₂=46*10іНмм

Напряжения смятия

Проверка на прочность шпоночного соединения, передающего вращающий момент от вала червячного колеса к муфте.

Диаметр вала в этом месте d=60мм. Сечение и длина и шпонки, глубина паза t₁=7мм, b*h*l=18*11*80мм

Момент T_k3=T₃=587*10іНмм

Напряжение смятия

Условие выполнено

110:120МПа

11. Уточненный расчет валов

Ведущий вал: Материал вала тот же, что и для червяка (червяк выполнен заодно с валом), т.е. сталь 45, с закалкой до твердости не менее HRC 45 и последующим шлифованием.

Пи диаметре d_a1=100мм среднее значение. d_f1=56мм

Проверим стрелу прогиба червяка(расчет на жесткость).

Приведенный момент инерции поперечного сечения червяка

Стрела прогиба

l₁=200мм, F_f=1456H, F_r=1077H

Допускаемый прогиб

Ведомый вал:

Материал вала - сталь 45 нормализированная; 570МПа

Предел выносливости при симметричном цикле изгиба

Предел выносливости при симметричном цикле касательных напряжений

Сечение А - А:

Концентрацию напряжений вызывает наличие шпоночной канавки.

Крутящий момент

Изгибающий момент

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям

Где амплитуда и среднее напряжение от нулевого цикла

При d=60мм; b=18мм; t₁=7мм.

Момент, сопротивляющийся кручению

Момент, сопротивляющийся изгибу

Амплитуда нормальных напряжений изгиба

МПа

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям

Результирующий коэффициент запаса прочности

Сечение Б - Б :

Изгибающий момент

Концентрацию напряжений вызывает наличие шпоночной канавки.

Изгибающий момент

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям

Где амплитуда и среднее напряжение от нулевого цикла

При d=50мм; b=16мм; t₁=6мм.

Момент, сопротивляющийся кручению

Момент, сопротивляющийся изгибу

Амплитуда нормальных напряжений изгиба

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям

Результирующий коэффициент запаса прочности

Изгибающий момент

Сечение В - В :

Момент, сопротивляющийся изгибу

Где амплитуда и среднее напряжение от нулевого цикла

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям

Результирующий коэффициент запаса прочности

Амплитуда нормальных напряжений изгиба

Полярный момент сопротивления

=32,6*мм

12. Выбор сорта масла

Смазывание зацепления и подшипников производится разбрызгиванием жидкого масла. При контактных напряжениях 147МПа и скорости скольжения v=6,3м/с рекомендуемая вязкость масла 15Ч10^-6 м²/с. Принимаем авиационное масло марки МС-22.

13. Сборка редуктора

Перед сборкой внутреннюю часть корпуса тщательно очищают и покрывают маслостойкой краской. Сборку редуктора производят в соответствии с чертежом. Начинают сборку с того, что на червячный вал надевают крыльчатки и подшипники, предварительно нагрев их в масле до 80…100^о С. Собранный червячный вал вставляют в корпус.

В начале сборки вала червячного колеса закладывают шпонку и напрессовывают колесо до упора в бурт вала; затем надевают распорную втулку и устанавливают роликовые конические подшипники, нагретые в масле. Собранный вал укладывают в основании корпуса и надевают крышку, покрывая предварительно поверхности стыка фланцев спиртовым лаком.

Для центровки крышку устанавливают на корпус с помощью двух конических штифтов и затягивают болты. Закладывают в подшипниковые сквозные крышки резиновые манжеты и устанавливают крышку с прокладками.

Регулировку радиально-упорных подшипников производят набором тонких металлических прокладок, устанавливаемых под фланцы крышек подшипников.

Для регулировки червячного зацепления необходимо весь комплект вала с червячным колесом смещать в осевом направлении до совпадения средней плоскости колеса с осью червяка. Этого добиваются переносом части прокладок с одной стороны корпуса в другую. Чтобы при этом сохранилась регулировка подшипников, суммарная толщина прокладок должна быть неизменной.

Ввертываем пробку маслоспускного отверстия с прокладкой и маслоуказатель. Заливают в редуктор масло и закрывают смотровое отверстие крышкой с отдушиной. Собранный редуктор испытывают на стенде.

Список использованной литературы

1 Шейнблит, А.Е. Курсовое проектирование деталей машин / А.Е. Шейнблит. - М. : Высш. шк., 1991. - 432 с.

2 Дунаев, П.Ф. Детали машин: курсовое проектирование / П.Ф. Дунаев, О.П. Леликов. - М. : Машиностроение, 2004. - 399 с.

3 Дунаев П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин / П.Ф. Дунаев, О.П. Леликов- М. : Издательский центр «Академия», 2003.-496 с.

4 Чернавский, С.А. Курсовое проектирование деталей машин. / С.А. Чернавский, К.Н. Боков, И.Н. Чернин [и др.]. - М. : Машиностроение, 1988. - 416 с.

5.Фролов С.А., Бубенников А.В., Левицкий В.С., Овчинникова И.С. Начертательная геометрия. Инженерная графика. Методические указания и контрольные задания для студентов инженерно-технических специальностей вузов

6. Чекмарев А.А. Начертательная геометрия и черчение.Учебно-методическое пособие для студентов высших учебных заведений

7. Лихарев К.К, Сухова Н.А. Сборник задач по курсу "Сопротивление материалов" 1980г.

8. Горшков А.Г, Трошин В.Н, Шалашилин В.И Сопротивление материалов. 2002г.

9. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. Главная редакция физико-математической литературы изд-ва «Наука», 1976 г.

10. Бродский А.М, Фазлулин Э.М,Халдинов В.А.Инженерная графика

Приложение

Рисунок 5. Эпюра изгибающих моментов ведущего вала

Рисунок 6. Эпюра изгибающих моментов ведомого вала

Размещено на Allbest.ru

...