Проектирование механического привода

Введение
Редуктором называют механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненный в виде отдельного агрегата и служащий для передачи мощности от двигателя к рабочей машине.
Кинематическая схема может включать, помимо редуктора, открытые зубчатые передачи, цепную или ременную передачу.
Назначение редуктора – понижение угловой скорости и повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с валом ведущим. Механизмы для повышения угловой скорости, выполненные в виде отдельных агрегатов, называют ускорителями или мультипликаторами.
Редуктор состоит из корпуса (литого чугунного или сварного стального), в котором помещают элементы передачи – зубчатые колёса, валы, подшипники и т. д. В отдельных случаях в корпусе редуктора размещают также устройства для смазки зацеплений и подшипников (например, внутри корпуса редуктора может быть помещен шестеренчатый масляный насос) или устройства для охлаждения (например, змеевик с охлаждающей водой в корпусе червячного редуктора).
Редуктор проектируют либо для привода определённой машины, либо по заданной нагрузке (моменту на выходном валу) и передаточному числу без указания конкретного назначения. Второй случай характерен для специализированных заводов, на которых организовано серийное производство редукторов.
Редукторы классифицируют по следующим основным признакам: тип передачи (зубчатые, червячные или зубчато-червячные); число ступеней (одноступенчатые, двухступенчатые и т. д.); тип зубчатых колёс ( цилиндрические, конические, коническо - цилиндрические и т. д.); относительное расположение валов редуктора в пространстве (горизонтальные, вертикальные); особенности кинематической схемы (развёрнутая, соосная, с раздвоенной ступенью и т. д.).

1 Энергокинематический расчет и подбор электродвигателя
Определение ή – коэффициента полезного действия (КПД) привода, равного произведению частных ή (КПД); [1]

Значения КПД различных передач, приведены в таблице 1.1
Таблица 1.1 - Значения КПД различных передач
Тип передачи Масляная
ванна Открытая переда-ча
Зубчатая цилиндрическая
Зубчатая коническая 0,96-0,98
0,95-0,97 0,92-0,95
0,92-0,94
Червячная при числе за-ходов червяка:
z1= 1
z1= 2
z1= 4 0.7-0.8
0,75-0,85
0,85-0,93 0,6-0,7
Цепная 0,95-0,97 0,9-0,93
Фрикционная передача 0,9-0,97
Ременная:
плоскоременная
клиноременная
зубчатоременная 0,96-0,98
0,95-0,97
0,93-0,97



По этой таблице, примем:
КПД ременной передачи:

КПД, зубчатой передачи:

КПД подшипников валов:

учитывающий подшипники качения (3 пары):
КПД муфты:

КПД привода:


Мощность на вале электродвигателя
;
кВт.
Выбираем асинхронный, трехфазный электродвигатель 132S6/965 с синхронной частотой вращения nдв=1000 об/мин, с мощностью двигателя Nдв=5,5 кВт. Диаметр вала ротора d=38 мм.
Определяем общее передаточное число привода
;

Разбивка передаточного числа
Передаточное число всего привода состоит из частных передаточных чисел передач, входящих в привод согласно разработанной кинематической схемы
Передаточные числа внешних передач (которые не входят в редуктор) принимают примерно равными ориентировочным. Для передач редукторов передаточные числа назначают следующим образом: для цилиндрического редуктора передаточное число более тихоходной передачи должно быть на 20-25% меньше, чем предыдущей; для коническо - цилиндрического редуктора передаточное число конической передачи принимают на 20-25 % ниже, чем цилиндрической.
- передаточное число муфты
- передаточное число редуктора
- передаточное число цепной передачи
Проверяем общее передаточное число

Определяем кинематические характеристики валов

об./мин.
рад./с.
Н х м
об./мин.
рад./с.
кВт.
Н х м
об./мин.
рад./с.
кВт.
Н х м

Таблица 1.2 - Кинематические характеристики валов
Номер вала Частота
вращения
n, мин-1 Угловая
скорость
ω, с-1 Мощность
Р, кВт Крутящий
момент
Т, Н м Переда-
точное
число u
1 1000 104,6 5,3 50,6 4
2 250 26,1 4,8 183,9 4
3 65 6,5 4,7 723 4

2 Расчет зубчатой передачи
Цель расчета – определение основных геометрических размеров зубчатых колес из условия предотвращения усталостного выкрашивания активных поверхностей зубьев. Основной расчетный па¬раметр – межосевое расстояние передачи. Вычислению межосевого расстояния предшествует выбор материалов, термообработки и определение допускаемых напряжений в зубчатой передаче, выбор ряда расчетных коэффициентов.
Материал зубчатых колес должен обеспечить: для закрытых передач – высокую сопротивляемость выкрашиванию поверхностных слоев зубьев, для открытых передач – высокую прочность зубьев на изгиб и износостойкость передачи. Этим требованиям отвечают термически обрабатываемые углеродистые и легированные стали. В малонагруженных передачах применяют чугуны и пластмассы. Важнейшими критериями при выборе материалов являются масса и габариты передачи.
Наибольшую твердость зубьев Н = 55…63 HRCЭ обеспечивают химико-термические упрочнения: поверхностное насыщение углеродом или азотом и последующая закалка.
Таблица 2.1 - Сравнительные значения твердости металлов и сплавов по различным шкалам
Твердость по Бринеллю, МПа Твердость по Роквеллу, МПа Твердость по Виккерсу, МПа Твердость по Бринеллю, МПа Твердость по Роквеллу, МПа Твердость по Виккерсу, МПа
1 2 3 1 2 3
217 20 217 375 40 392
221 21 221 388 41 408
228 22 226 401 42 424
235 23 235 415 44 441
241 24 242 429 45 460
248 25 249 444 46 481
255 26 256 460 48 504
262 27 263 477 49 528
269 28 271 495 51 556
277 29 280 514 52 586
285 30 288 534 54 620
293 31 298 555 56 658
302 32 307 578 58 701
311 34 317 601 59 750
321 35 328 627 61 804
331 36 340 653 63 866
341 37 352 682 65 936
352 38 364 712 66 1016
363 39 372 745 70 1116

Таблица 2.2 - Некоторые стали, применяемые для зубчатых колес
Марка стали Размеры, мм НВ (сердцевины) HRCэ, НRC (поверхности) в, МПа т, МПа Термическая обработка
D* S*
1 2 3 4 5 6 7 8
35 любой любая 163 – 192 – 550 270 Нормализация
45 любой любая 179 – 207 – 600 320 Нормализация
45 125 80 235 – 262 – 780 540 Улучшение
45 80 50 269 – 302 – 890 650 Улучшение
40Х 200 125 235 – 262 – 790 640 Улучшение
40Х 125 80 269 – 302 – 900 750 Улучшение
40Х 125 80 269 – 302 45 – 50 900 750 Улучшение + закалка ТВЧ
35ХМ 315 200 235 – 262 – 800 670 Улучшение
35ХМ 200 125 269 – 302 – 920 790 Улучшение
35ХМ 200 125 269 – 302 48 – 53 920 790 Улучшение + закалка ТВЧ