НАЗНАЧЕНИЕ ПОСАДОК, ШЕРОХОВАТОСТЕЙ, ВЫБОР СТЕПЕНЕЙ ТОЧНОСТИ И ДОПУСКОВ ФОРМЫ И РАСПОЛОЖЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ                                                                                                    4

ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ И КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА                                                                                               5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТЕЙ И ПЕРЕДАВАЕМЫХ КРУТЯЩИХ МОМЕНТОВ НА ВАЛАХ                                                                    6

РАСЧЕТ ПЕРЕДАЧ                                                                                  7

РАСЧЕТ ПОЛИКЛИНОВОЙ ПЕРЕДАЧИ                                     7

РАСЧЕТ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ПЕРЕДАЧИ                                 9

РАСЧЕТ ЦЕПНОЙ ПЕРЕДАЧИ                                                                                                            14

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ ДИАМЕТРОВ ВАЛОВ                                                                                                                16

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ПОДБОР ПОДШИПНИКОВ                                                                                                                17

КОМПОНОВОЧНАЯ СХЕМА И ВЫБОР СПОСОБА СМАЗЫВАНИЯ ПЕРЕДАЧ И ПОДШИПНИКОВ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ КРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ                                                                                                                18

РАСЧЕТ ВАЛОВ ПО ЭКВИВАЛЕНТНОМУ МОМЕНТУ                                                                                                                21

ПОДБОР ПОДШИПНИКОВ ПО ДИНАМИЧЕСКОЙ ГРУЗОПОДЪЕМНОСТИ                                                                                                                31

ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ШПОНОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ                                                                                                                33

НАЗНАЧЕНИЕ ПОСАДОК, ШЕРОХОВАТОСТЕЙ, ВЫБОР СТЕПЕНЕЙ ТОЧНОСТИ И ДОПУСКОВ ФОРМЫ И РАСПОЛОЖЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ                                                                                                                34

РАСЧЕТ ВАЛОВ НА ВЫНОСЛИВОСТЬ                                                                                                                 36

СБОРКА И РЕГУЛИРОВКА РЕДУКТОРА                                                                                                                38

ЛИТЕРАТУРА                                                                                                                39

ВВЕДЕНИЕ

 

Задачей данного курсового проекта является: спроектировать привод, показанный на приведенной ниже схеме.

 

Вращающий момент передается от электродвигателя (1) через ременную передачу (2) на входной вал редуктора (II), который – в свою очередь – через цилиндрическую передачу (3), передает его выходному валу редуктора (III). Далее, через цепную передачу (4), крутящий момент передается валу рабочего органа (IV). При этом частота вращения от вала к валу падает, а крутящий момент возрастает пропорционально передаточному числу с учетом КПД.

Исходные данные к проекту:  кВт, , , .

1. ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ И КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА

 

Исходные данные к проекту:  кВт, , , .

Определение требуемой мощности электродвигателя:

, где  – общий КПД.

Ориентировочные значения КПД для передач [9, с. 15, табл. 3.1]:

Таким образом:

.

Тогда:

Принимаем двигатель 112МВ6 с асинхронной частотой вращения вала 949 об./мин, номинальной мощностью 4,0 кВт и диаметром вала 32 мм [9, с. 17, табл. 3.3].

Перегрузка электродвигателя:

, что допустимо [9, с. 17].

Передаточное отношение привода составит: .

Принимаем передаточное число цилиндрической передачи предварительно по ГОСТ 2185–66:

.

Передаточное число ременной передачи предварительно:

.

Тогда передаточное число цепной передачи составит:

.

Следует отметить, что все принятые передаточные числа входят в пределы рекомендуемых значений [9, с. 16, табл. 3.2]. Принимаем окончательно такие передаточные числа.

Определение частот вращения валов.

Вал электродвигателя: .

Входной вал редуктора: .

Выходной вал редуктора: .

Вал рабочего органа: .

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОЩНОСТЕЙ И ПЕРЕДАВАЕМЫХ КРУТЯЩИХ МОМЕНТОВ НА ВАЛАХ

 

Определение мощностей на валах редуктора.

Мощность на валу электродвигателя: .

Входной вал редуктора: .

Выходной вал редуктора: .

Вал рабочего органа: .

 

Определение крутящих моментов на валах привода .

Вал электродвигателя:  Нм.

Входной вал редуктора:  Нм.

Выходной вал редуктора:  Нм.

Вал рабочего органа: .

 

Табл. 1.1. Сводная таблица данных кинематического расчета.

Вал		P кВт	Т Нм	u
Электродвигателя	949	4,209	42,356
				1,8
Входной редуктора	527,2	3,959	71,716
				3,15
Выходной	167,4	3,801	216,843
				1,97
Рабочего органа	85	3,5	393,235

 

4. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ ДИАМЕТРОВ ВАЛОВ

 

Предварительное определение диаметров валов следует определить по формуле: , где  МПа.

Таким образом:

Входной вал редуктора:  мм. Принимаем на входе – 28 мм (длинный конический конец вала по ГОСТ 12081), под манжету – 28 мм, под подшипники – 30 мм.

Выходной вал редуктора:  мм.

Таким образом, принимаем диаметр на выходе – 38 мм (короткий цилиндрический конец вала по ГОСТ 12080), под манжету – 45 под подшипники – 45 мм; под зубчатое колесо – 48 мм, буртик – 55 мм.

5. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ПОДБОР ПОДШИПНИКОВ

 

Для обоих валов целесообразно предварительно принять шариковые радиальные подшипники легкой серии [4, с. 47]. Диаметры валов равны 30 и 45 мм. Принимаем предварительно подшипники 206 и 209 ГОСТ 8338-75 для быстроходного и тихоходного валов соответственно.

 

Для большинства механизмов рекомендуется принимать нулевой класс точности подшипников.

6. КОМПОНОВОЧНАЯ СХЕМА И ВЫБОР СПОСОБА СМАЗЫВАНИЯ ПЕРЕДАЧ И ПОДШИПНИКОВ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРОВ КРПУСНЫХ ДЕТАЛЕЙ

 

Определение размеров корпусных деталей будет произведено по рекомендациям из [3, с. 156, п. 12].

1. Форма корпуса.

Расположение плоскости разъема по осям валов.

Бобышки подшипников расположены снаружи корпуса.

Крышки подшипников – накладные.

2. Заданные параметры.

Внутренние размеры корпуса: 306х76 мм (см. компоновку).

3. Линейные размеры.

3.1 Толщина стенки корпуса редуктора:  мм. Принимаем  мм.

3.2 Толщина стенки крышки редуктора:  мм. Принимаем  мм.

3.3 Рекомендуемые диаметры болтов.

3.3.1 Фундаментный болт:  мм. Принимаем болты М16.

3.3.2 Болт, соединяющий крышку и основание редуктора у бобышек подшипников:  мм. Принимаем болты М12.

3.3.3 Болт, соединяющий крышку и основание редуктора по периметру корпуса:  мм. Принимаем болты М8.

3.3.4 Болт, соединяющий крышку редуктора со смотровой крышкой: М6 [3, с. 184, табл. 13.1.2].

3.3.5 Болты, соединяющие крышки подшипников с корпусом: М6 для быстроходного вала и М8 – для тихоходного вала [3, с. 157, табл. 12.1.1].

3.4 Числа болтов.

3.4.1 Фундаментные болты: . Принимаем .

3.4.2 Болты у бобышек подшипников:  (по два болта на каждый подшипник). Принимаем 8 болтов

3.4.3 Болты по периметру корпуса: принимаем конструктивно 3 шт (см. вид сверху).

3.4.4 Болт, соединяющий крышку редуктора со смотровой крышкой: 4 шт [3, с. 184, табл. 13.1.2].

3.4.5 Болты, соединяющие крышки подшипников с корпусом: для всех крышек принимаем по 4 болта [3, с. 157, табл. 12.1.1].

3.5 Размеры болтовых соединения и посадочных мест выбираются по рекомендациям [3, с. 167, п. 12.7].

3.6 Ширины фланцев редуктора.

3.6.1 Фундаментный фланец:  мм.

3.6.2 Фланец у бобышек подшипников:  мм.

3.6.2 Фланец по периметру корпуса:  мм.

3.7 Толщины фланцев редуктора.

3.7.1 Фундаментный фланец:  мм. Принимаем 18 мм.

3.7.2 Фланец у бобышек подшипников:  мм. Принимаем 12 мм.

3.7.2 Фланец по периметру корпуса:  мм. Принимаем 10 мм.

3.8 Размеры крышек подшипников выбираются по [3, с. 157, табл. 12.1.1].

3.9 Размеры конических штифтов. Принимаем два штифта 8х40.

3.10 Высота оси редуктора [3, с. 168, табл. 12.8.1]: 132 мм.

 

Определение параметров смазки передач и подшипников (по рекомендациям из [5]).

Окружная скорость передачи равна 1,86 м/с.

Контактные напряжения составляют 389,7 МПа.

Мощность на входном валу редуктора: 3,959 кВт.

Применяем картерное смазывание передачи.

По табл. 11.1 [5] выбираем рекомендуемые вязкости масла: 34 .

По табл. 11.2 [5], выбираем масла: И–Г–А–32.

Далее следует определить объём масла для передач.

Исходя из того, что на 1 кВт передаваемой энергии необходимо обеспечить 0,4–0,8 л масла, получаем: объем масла должен составлять 1,58…3,17 л.

Исходя из того, что размеры масляной ванны составляют: 306х76 мм (см. компоновку), получаем – уровень масла должен составлять (1,58…3,17)*1000000/(306х76)=68…136 мм.

Принимаем уровень масла конструктивно 60 мм. Тогда объёмы масла составит 306х76х60/1000000=1,4 л.

Т.к. скорость передачи больше 1 м/с, то подшипники смазываются маслом зацепления.

 

Определение размеров тихоходного шкива будет производиться по рекомендациям из [3].

Тихоходный шкив садится на входной вал редуктора (конический конец вала по ГОСТ 12080: диаметр 28 мм, длина 42 мм). Диаметр шкива равен 224 мм.

Диаметр ступицы:  мм. Принимаем 45 мм.

Длину ступицы принимаем на 2 мм большей, чем длина вала: 44 мм.

Оптимальным исполнением шкива будет исполнение со спицами [3, стр. 22, рис. 2.5.3 в].

Число спиц: . Принимаем 3.

Размеры спиц в эллиптическом сечении:  мм.

Принимаем 40 мм.

 мм. Принимаем 30 мм.

Компоновка редуктора выполняется в два этапа. На первом этапе упрощенно прорисовываются основные элементы (зубчатые колеса, валы, подшипники, корпус). По полученному рисунку приблизительно определяются расстояния между характерными точками на валах. По этим расстояниям и рассчитанным ранее силам определяются реакции опор подшипников. Далее следует окончательно принять диаметры валов и типоразмеры подшипников, выдерживающие заданную нагрузку.

После того, как все эти данные определены, следует приступить ко второму этапу компоновки (прорисовка конструктивных особенностей всех деталей: колес, валов, подшипников, корпуса и т.д.).

На рисунке ниже приведена полная и окончательная компоновка проектируемого редуктора.

7. РАСЧЕТ ВАЛОВ ПО ЭКВИВАЛЕНТНОМУ МОМЕНТУ

 

Исходные данные:

 

Сила давления шкива на быстроходный вал (см. п. 3.1):  Н.

Сила в цилиндрическом зацеплении (см. п. 3.2): , .

Сила давления звездочки на тихоходный вал (см. п. 3.3):  Н.

 

Табл. 8.1 Кинематические характеристики валов редуктора.

Вал		P кВт	Т Нм	u
Входной редуктора	527,2	3,959	71,716
				3,15
Выходной	167,4	3,801	216,843

 

Наиболее нагруженным сечением быстроходного является точка С – посадка подшипника на вал.

Для этого сечения следует рассчитать минимально допустимый расчетный диаметр вала.

 мм, где  МПа, s = 4 (данные взяты в соответствии с рекомендациями на стр. 66 [3]).

Вал изготовлен из стали 45,  МПа.

 МПа.

 МПа.

 мм, что допустимо.

Наиболее нагруженным сечением тихоходного является точка В – посадка подшипника на вал.

Для этого сечения следует рассчитать минимально допустимый расчетный диаметр вала.

 мм, где  МПа, s = 4 (данные взяты в соответствии с рекомендациями на стр. 66 [3]).

Вал изготовлен из стали 45,  МПа.

 МПа.

 МПа.

 мм, что допустимо.

9. ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ШПОНОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

 

Рассчитываем шпонки на смятие.

Рис. 9 Эскиз шпонки ГОСТ 23360–78.

а)                                                          б)

 

Должно выполняться условие:  МПа, где  = 150 МПа, для шпонок под зубатыми колесами и звездочкой т.к. прочности вала и ступицы выше прочности шпонки, и  = 80 МПа – для шпонки под шкивом [5, с. 48].

 МПа.

 

Быстроходный вал.

Крутящий момент: T = 71716 Нмм;

Шпонка под шкивом (d=25,9 мм – средний диаметр по ГОСТ 12081-72, bxhxl=5x5x40):  МПа.

Шпонка под шестерней (d=32 мм, bxhxl=5x5x50):  МПа.

 

Тихоходный вал.

Крутящий момент: T = 216843 Нмм;

Шпонка под полумуфтой (d=38 мм, bxhxl=12x8x70):  МПа.

Шпонка под колесом (d=48 мм, bxhxl=12x8x45):  МПа.

Т.о. прочность шпоночных соединений обеспечена.

НАЗНАЧЕНИЕ ПОСАДОК, ШЕРОХОВАТОСТЕЙ, ВЫБОР СТЕПЕНЕЙ ТОЧНОСТИ И ДОПУСКОВ ФОРМЫ И РАСПОЛОЖЕНИЯ ПОВЕРХНОСТЕЙ

 

Назначение квалитетов точности, параметров шероховатости поверхностей, отклонений формы и расположение поверхностей должно сопровождаться анализом служебного назначения деталей и технологических возможностей при обработке. С возрастанием точности стоимость обработки резко повышается. Из экономических соображений нужно назначать квалитеты сравнительно грубые, однако, обеспечивающие необходимое качество деталей, узлов и машин.

 

Допуски линейных размеров и посадки основных деталей.

При выборе квалитетов точности и назначении посадок будем руководствоваться рекомендациями.

1. Зубчатое колесо рекомендуется сажать на вал с натягом. Принимаем посадку: Н7/р6.

2. Звездочка и муфта садятся на консольные участки валов. Для удобства сборки целесообразно принять переходную посадку или с зазором. Т.к. шпоночное соединение недопустимо устанавливать с зазором, принимаем: H7/k6.

3. Крышки подшипников в корпусе целесообразно сажать с небольшим зазором. Это избавить от трудностей вынимания крышек при осевой регулировке подшипников и зацепления. Принимаем: H7/h6.

4. Поле допуска ширины шпонки: js9.

5. Поле допуска ширины шпоночного паза на валу: P9.

6. Поле допуска диаметра вала под подшипниками: k6.

7. Поле допуска диаметра расточек в корпусе под подшипники: H7.

 

Шероховатости основных поверхностей.

Для обеспечения указанных посадок посадочные поверхности деталей необходимо обработать до шероховатости не грубее R_A 1.6. При этом торцовые поверхности деталей, контактирующие с другими деталями должны иметь шероховатость не ниже R_A 3.2, второстепенные поверхности механически обрабатываемых деталей не ниже R_A 12.5, второстепенные механически необрабатываемые поверхности деталей оставляем в состоянии поставки, т.е. со стандартной шероховатостью. Поверхности валов под манжетными уплотнениями должны иметь шероховатость не ниже R_A 0.4. Под подшипники качения – не ниже R_A 0,8. Торцовые поверхности, служащие упором для подшипников – не ниже R_A 1,6.

Шероховатости рабочих поверхностей зубьев цилиндрического колеса – R_A 1,6 [3, с. 140, табл. 11.2.7].

Шероховатости поверхностей вершин зубьев цилиндрического колеса – R_A 3,2 [3, с. 140, табл. 11.2.7].

Шероховатость боковой базовой поверхности венца – R_A 3,2 [3, с. 140, табл. 11.2.7].

Шероховатость боковой поверхности ступицы – R_A 6,3 [3, с. 140, табл. 11.2.7].

 

Допуски формы и расположения поверхностей.

 

Тихоходный вал.

1. Поверхности посадки подшипников.

Допуск радиального биения: 0,5 [3, с. 69].

Допуск цилиндричности: 0,004 [3, с. 69], [3, с. 103, табл. 8.8.9].

2. Торцевая поверхность буртика для подшипника.

Допуск осевого биения: 0,025 [3, с. 69], [3, с. 103, табл. 8.8.10].

3. Торцевая поверхность буртика для колеса.

Допуск осевого биения: 0,030 [3, с. 69, табл. 7.3.2].

4. Поверхность посадки колеса.

Допуск радиального биения: 0,016 [3, с. 69, табл. 7.3.1], [3, с. 285, табл. 17.3.3].

5. Параллельность шпоночного паза к оси вала: 0,018 [3, с. 125], [3, с. 125, табл. 10.1.2].

6. Симметричность шпоночного паза: 0,072 [3, с. 125], [3, с. 125, табл. 10.1.2].

 

Тихоходное колесо.

1. Радиальное биение поверхности заготовки под диаметр вершин зубьев: 0,065 [3, с. 140, табл. 11.2.5].

2. Осевое биение зубчатого венца: 0,026 [3, с. 140, табл. 11.2.6].

3. Осевое биение ступицы: 0,03 [3, с. 140, табл. 11.2.6].

4. Параллельность шпоночного паза к оси вала: 0,025 [3, с. 125], [3, с. 125, табл. 10.1.2].

5. Симметричность шпоночного паза: 0,102 [3, с. 125], [3, с. 125, табл. 10.1.2].

 

 

11. РАСЧЕТ ВАЛОВ НА ВЫНОСЛИВОСТЬ

 

Быстроходный вал.

Наиболее нагруженным сечением вала является точка С – посадка подшипника на вал.

Вал изготовлен из стали 45,  МПа.

 МПа.

Изгибающий момент равен 97987,5 Нмм.

Крутящий момент на валу 71716 Нмм.

 МПа.

Следует проверить это сечение на прочность и жесткость.

Условие прочности: , где:

; .

По табл. 14.2 [5], выбираем коэффициенты:

; ;

 – момент сопротивления изгибу.

 – момент сопротивления кручению.

По табл. 14.3 [5], выбираем: ;

По табл. 14.4 [5], выбираем:

; .

Таким образом:

; .

.

; .

. Выносливость вала обеспечена.

Тихоходный вал.

Наиболее нагруженным сечением вала является точка В – посадка подшипника на вал.

Вал изготовлен из стали 45,  МПа.

 МПа.

Изгибающий момент равен 230146,8 Нмм.

Крутящий момент на валу 216843 Нмм.

 МПа.

Следует проверить это сечение на прочность и жесткость.

Условие прочности: , где:

; .

По табл. 14.2 [5], выбираем коэффициенты:

; ;

 – момент сопротивления изгибу.

 – момент сопротивления кручению.

По табл. 14.3 [5], выбираем: ;

По табл. 14.4 [5], выбираем:

; .

Таким образом:

; .

.

; .

. Выносливость вала обеспечена.

12. СБОРКА И РЕГУЛИРОВКА РЕДУКТОРА

 

Перед сборкой внутреннюю полость редуктора (17 и 18) тщательно очищают и покрывают маслостойкой краской. Сборку редуктора производят в соответствии со сборочным чертежом редуктора, начиная с узлов валов.

На ведущий вал (14) надевают зубчатую шестерню (16), распорное кольцо (10) и подшипники 2206 (34).

Далее производится регулировка подшипников быстроходного вала. К основанию корпуса (18) необходимо прикрутить крышку подшипника (3) болтами (24) без гроверов. Далее в корпус устанавливается распорное кольцо (9), узел быстроходного вала и второе распорное кольцо (9). В распорное кольцо следует упереть крышку подшипника (5). По зазору, образовавшемуся между фланцем крышки подшипника (5) и основанием корпуса (18), следует определить приблизительное число прокладок (21), необходимых к установке под фланец крышки подшипника, для компенсации этого зазора. Теперь следует надеть крышку корпуса (17) на основание (18), установить прокладки (21), после чего, прикрутить крышки подшипников (3 и 5) к корпусу болтами (24) без гроверов. Вал должен вращаться легко без ощутимых усилий и осевой свободы. При необходимости следует изменить число прокладок для обеспечения плавного вращения вала. Когда определено число прокладок, необходимых для плавного вращения вала, из него следует вычесть 3-5 штук, для создания зазора 0,3-0,5 мм, необходимого для компенсации термического удлинения вала. Регулировка подшипников быстроходного вала окончена. Теперь следует открутить болты, снять крышки подшипников и вынять распорные кольца и узел быстроходного вала.

На тихоходный вал (13) напрессовывают колесо (15), устанавливают распорное кольцо (8) и подшипники 2209 (35).

Далее следует отрегулировать подшипники тихоходного вала. Регулировка подшипников тихоходного вала производится с помощью прокладок (22) способом, аналогичным регулировке подшипников быстроходного вала. Так же как и для быстроходного вала, следует предусмотреть зазор 0,3-0,5 мм для компенсации термического удлинения вала.

После окончания регулировки подшипников следует отрегулировать зацепление. Регулировка цилиндрического зацепления сводится к распределению прокладок поз. 21 и 22 под фланцами крышек подшипников (2, 3, 4 и 5) таким образом, чтобы середины шестерни и колеса примерно совпали. Суммарные числа прокладок каждого комплекта при этом измениться не должны.

Далее на основание (18) окончательно надевается крышка корпуса (17), прикручиваются крышки подшипников (на этот раз – болтами с пружинными шайбами – поз. 36 и 37). Корпус следует заштифтовать (46) и закрепить болтовыми соединениями (26, 29, 37 и 27, 30, 38).

Далее следует закрутить маслосливное отверстие пробкой (11), прикрутить маслоуказатель (1) к корпусу винтами (28) и налить 1,4 литра масла, после чего, прикрутить крышку люка (19) вместе с пробкой–отдушиной (12).

Собранный редуктор обкатывают и подвергают испытаниям согласно техническим требованиям.

ЛИТЕРАТУРА

 

1. А.Т. Скойбеда, А.В. Кузьмин, Н.Н. Макейчик. Детали машин и основы конструирования. Мн.: «Высшая школа» 2006 г.

2. Курсовое проектирование деталей машин / Чернавский С.А. и др./ – М.: Машиностроение, 1988 г.

3. Курмаз Л.В. Скойбеда А.Т. Проектирование. Детали машин. Минск. Уп. «Технопринт» 2004 г.

4. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. М.: Высшая школа, 1998 г.

5. Кузьмин А.В. Расчеты деталей машин /Справочное пособие/. – Мн.: Высшая школа, 1986 г.

6. ГОСТ 2185–66 Передачи зубчатые цилиндрические. Основные параметры.

7. Шейнблит А. Е. Курсовое проектирование деталей машин. Учеб пособие для техникумов. – Мн.: Высш. шк., 1991.

8. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя в трех томах. Том 2. – М.: «Машиностроение» 2001 г.

9. Прикладная механика. Курсовое проектирование. / Скойбеда А.Т. М.: 2010 г.