Расчет и проектирование червячного редуктора
Министерство образования Республики Беларусь
Белорусский национальный технический университет
Кафедра «Детали машин, ПТМ и М»
Группа 302313
РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ
ЧЕРВЯЧНОГО РЕДУКТОРА
Пояснительная записка
Разработал
студент Д.И.Зеньков
Консультант В.И.Шпиневский
2005
Содержание
Назначение и область применения привода
Выбор электродвигателя и кинематический расчет
Определение мощностей и передаваемых крутящих моментов валов
Расчет червячной передачи
Предварительный расчет диаметров валов
Подбор и проверочный расчет муфты
Предварительный выбор подшипников
Компоновочная схема
Выбор и проверочный расчет шпоночных соединений
Расчет валов по эквивалентному моменту
Расчет валов на выносливость (проверочный расчет)
Расчет подшипников на долговечность
Выбор системы и вида смазки
Расчет основных размеров корпуса редуктора
Порядок сборки и регулировки редуктора
Назначение квалитетов точности, шероховатости поверхности, отклонений формы и взаимного расположения поверхностей
Литература
1 Назначение и область применения привода
Нам в нашей работе необходимо рассчитать и спроектировать привод конвейера.
Привод предназначен для передачи вращающего момента от электродвигателя к исполнительному механизму. В качестве исполнительного механизма может быть ленточный или цепной конвейер. Привод состоит из двигателя 1 (рис.1), зубчато-ременной передачи 2, червячного редуктора 3 и муфты 4.
Редуктором называют механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненный в виде отдельного агрегата и служащий для передачи мощности от двигателя к рабочей машине.
Назначение редуктора - понижение угловой скорости и повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с валом ведущим.
Редуктор состоит из литого чугунного корпуса, в котором помещены элементы передачи - червяк, червячное колесо, подшипники, вал и пр. Входной вал редуктора посредством зубчато-ременной передачи соединяется с двигателем, выходной посредством муфты - с конвейером.
Червячные редукторы применяют для передачи движения между валами, оси которых перекрещиваются.
Так как КПД червячных редукторов невысок, то для передачи больших мощностей в установках, работающих непрерывно, проектировать их нецелесообразно. Практически червячные редукторы применяют для передачи мощности, как правило, до 45кВт и в виде исключения до 150кВт.
2 Выбор электродвигателя и кинематический расчет
2.1 Исходные данные для расчета:
выходная
мощность -
=3,2
кВт; выходная
частота вращения
вала рабочей
машины -
=65 об/мин; нагрузка
постоянная;
долговечность
привода – 10000
часов.
Рис. 1 – кинематическая схема привода, где:
1 – двигатель; 2 – клиноременная передача; 3 – червячная передача; 4 – муфта
2.2 Определение требуемой мощности электродвигателя.
-
требуемая
мощность
электродвигателя (2.1)
где:
-
коэффициент
полезного
действия (КПД)
общий.
х
(2.2)
где[3,
табл.2.2]:
-
КПД ременной
передачи
-
КПД червячной
передачи
-
КПД подшипников
-
КПД муфты
2.3 Определение ориентировочной частоты вращения вала электродвигателя
Определяем ориентировочную частоту вращения вала электродвигателя
(2.3)
где
- выходная частота
вращения вала
рабочей машины
- общее
передаточное
число редуктора.
,
где
- передаточное
число ременной
передачи,
передаточное
число червячной
передачи.
Принимаем [3,табл.2.3]:
,
По
требуемой
мощности
выбираем [2, т.3,
табл.29] электродвигатель
трехфазный
короткозамкнутый
серии АИ закрытый
обдуваемый
с синхронной
частотой вращения
1500мин-1
АИР112М4, с параметрами
Рном = 5,5 кВт,
мин
-1,
S=3,7%,
мин -1.
2.4 Определение действительных передаточных отношений.
Определяем действительное передаточное соотношение из формулы (2.3)
Разбиваем
по
ступеням.
Принимаем
стандартное
значение
Передаточное число ременной передачи
Принимаем
2.5 Определяем частоты вращения и угловые скорости валов.
-
угловая скорость
двигателя;
-
число оборотов
быстроходного
вала;
-
угловая скорость
быстроходного
вала;
-
число оборотов
тихоходного
вала;
- угловая
скорость тихоходного
вала.
3. Определение мощностей и передаваемых крутящих моментов валов
3.1 Определяем мощности на валах
Расчет ведем по [3]
Мощность
двигателя -
Определяем мощность на быстроходном валу
(3.1)
Определяем мощность на тихоходном валу
(3.2)
3.2 Определяем вращающие моменты на валах.
Определяем вращающие моменты на валах двигателя, быстроходном и тихоходном валах по формуле
(3.3)
4. Расчет червячной передачи
4.1 Исходные данные
4.2 Выбор материала червяка и червячного колеса
Для червяка с учетом мощности передачи выбираем [1, c.211] сталь 45 с закалкой до твердости не менее HRC 45 и последующим шлифованием.
Марка материала червячного колеса зависит от скорости скольжения
(4.1)
м/с
Для венца червячного колеса примем бронзу БрА9Ж3Л, отлитую в кокиль.
4.3 Предварительный расчет передачи
Определяем допускаемое контактное напряжение [1]:
[ σн] =КHLСv0,9sв, (4.2)
где Сv –коэффициент, учитывающий износ материалов, для Vs=2,39 он равен 1,21
sв,- предел прочности при растяжении, для БрА9Ж3Л sв,=500
КHL - коэффициент долговечности
КHL
=
,
(4.3)
где N=573w2Lh, (4.4)
Lh – срок службы привода, по условию Lh=10000ч
N=573х6,82х10000=39078600
Вычисляем по (4.3):
КHL
=
КHL =0,84
[ σн] =0,84х1,21х500=510
Число витков червяка Z1 принимаем в зависимости от передаточного числа при U = 10 принимаем Z1 = 4
Число зубьев червячного колеса Z2 = Z1 x U = 4 x 10 = 40
Принимаем предварительно коэффициент диаметра червяка q = 10;
Коэффициент нагрузки К = 1,2; [1]
Определяем межосевое расстояние [1, c.61]
(4.5)
Вычисляем модуль
(4.6)
Принимаем по ГОСТ2144-76 (таблица 4.1 и 4.2) стандартные значения
m = 4
q = 10
а также Z2 = 40 Z1 = 4
Тогда пересчитываем межосевое расстояние по стандартным значениям m, q и Z2:
(4.7)
Принимаем aw = 100 мм.
4.4 Расчет геометрических размеров и параметров передачи
Основные размеры червяка.:
Делительный диаметр червяка
(4.8)
Диаметры вершин и впадин витков червяка
(4.9)
(4.10)
Длина нарезной части шлифованного червяка [1]
(4.11)
Принимаем b1=42мм
Делительный угол подъема γ:
γ =arctg(z1/q)
γ =arctg(4/10)
γ = 21 є48’05”
ha=m=4мм; hf=1,2x m=4,8мм; c=0,2x m=0,8мм.
Основные геометрические размеры червячного колеса [1]:
Делительный диаметр червячного колеса
(4.12)
Диаметры вершин и впадин зубьев червячного колеса
(4.13)
(4.14)
Наибольший диаметр червячного колеса
(4.15)
Ширина венца червячного колеса
(4.16)
Принимаем b2=32мм
Окружная скорость
(4.17)
червяка
-
колеса
-
Скорость скольжения зубьев [1, формула 4.15]
КПД редуктора с учетом потерь в опорах, потерь на разбрызгивание и перемешивания масла [1, формула 4.14]
Уточняем вращающий момент на валу червячного колеса
