1 Назначение и описание работы привода

 

    Редуктором  называется механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненный в виде отдельного органа и служащий для передачи вращения от вала двигателя к валу рабочей машины.

    Назначение  редуктора - понижение угловой скорости и повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим.

    Применение  редукторов обусловлено экономическими соображениями. Масса и стоимость  двигателя при одинаковой мощности понижаются с увеличением его  быстроходности. Оказывается экономически целесообразным применение быстроходных двигателей с понижающей передачей, вместо тихоходного двигателя без передачи. Наиболее широко используются асинхронные двигатели с частотой  750 и 1500 оборотов в минуту.

    Редуктор  состоит из корпуса, в котором размещают элементы передачи - зубчатые колеса, валы, подшипники и т.д.

    Редукторы классифицируют по следующим основным признакам: типу передачи (зубчатые, червячные  или зубчато-червячные); числу ступеней (одноступенчатые, двухступенчатые  и т.д.); типу зубчатых колес (цилиндрические, конические и т.д.); относительному расположению валов в пространстве (горизонтальные, вертикальные); особенностям кинематической схемы (развернутая, соосная, с раздвоенной ступенью и т.д.). В данном проекте разрабатывается одноступенчатый конический редуктор. 

    Зубчатые  передачи являются основными видом передач в машиностроении. Их основные преимущества: высокая нагрузочная способность, и, как следствие, малые габариты; большая долговечность и надежность работы; высокий КПД; постоянство передаточного отношения; возможность применения в широком диапазоне мощностей, скоростей, передаточных отношений. Недостатки: шум при работе, невозможность бесступенчатого изменения передаточного числа, незащищенность при перегрузках, возможность возникновения значительных динамических нагрузок из-за вибрации.

    Подшипники  служат опорами для валов, Они  воспринимают радиальные и осевые нагрузки, приложенные к валу, и сохраняют заданное положение оси вращения вала. В данном приводе используются роликовые радиально-упорные подшипники, которые воспринимают радиальную и осевую нагрузки в зубчатой конической передаче.

 

      

      

 
 

      Рисунок 1 – Кинематическая схема привода 

    Привод  ковшового элеватора состоит из электродвигателя, передающий крутящий момент на входной вал редуктора через цепную муфту. Редуктор – конический с круговым зубом. На ведомом валу редуктора установлена звездочка цепной передачи, передающая вращение на приводной вал.

    Исходные  данные для проектирования: 

    - тяговая сила цепи F=1,0 кН,

    - скорость ленты v=0,8 м/с,

    - диаметр барабана D=250 мм.

 

2 Выбор электродвигателя  и кинематический  расчет привода

2.1 Выбор электродвигателя. Разбивка общего передаточного отношения по ступеням

 

Мощность  на приводном валу

Частота вращения приводного вала .

Общий КПД привода [5, c.12]:

, где 

- КПД зубчатой конической закрытой передачи,

- КПД пары подшипников качения,

- КПД цепной передачи,

- КПД муфты.

.

Требуемая мощность электродвигателя:

.

Передаточные  числа передач привода по рекомендациям [5]:

Требуемая частота вращения электродвигателя

Выбираем  электродвигатель из условия  . Принимаем электродвигатель 4А90LB8У3 (мощность Р_эд=1,1 кВт, частота вращения ротора n_эд=705 мин^-1) [5, табл. 16.7.1].

Фактическое передаточное число  .

Принимаем передаточное число редуктора  .

Тогда передаточное число открытой передачи

2.2 Кинематический и силовой анализ

 

Мощности  на валах привода:

 

Частоты вращения валов:

Крутящие моменты на валах привода

Угловые скорости на валах

 

Таблица 1 – Результаты кинематического  расчета 

    3 Расчет передач  привода

3.1 Расчет зубчатой конической передачи с круговым зубом

3.1.1 Выбор материала зубчатых колес

Выбираем  для шестерни и колеса материал сталь 45ХН. Механические характеристики сердцевины – σ_В=950МПа, σ_Т=750МПа (3, табл.8.8). Термообработка шестерни – улучшение, твердость примерно 240НВ, термообработка колеса – улучшение, твердость примерно 200НВ.

3.1.2 Определение эквивалентного числа циклов перемены напряжений

Срок  службы передачи:

.

Эквивалентное число циклов перемены напряжений при  расчете на контактную прочность:

, где

с=1 – число колес, находящихся в зацеплении с рассчитываемым,

- для  шестерни:

.

-для  колеса:

.

3.1.3 Определение допускаемых контактных напряжений

.

Предел  контактной выносливости:

(3, табл. 8.9);

,

.

S_H=1,1 – коэффициент безопасности (3, табл. 8.9).

Коэффициент долговечности:

.

Базовое число циклов N_HO:

(3, рис. 8.40),

(3, рис. 8.40),

Так как  , то m=20.

Так как  , то m=20.

Таким образом, допускаемые контактные напряжения для шестерни и колеса:

;

.

Расчетные допускаемые контактное напряжение:

.

3.1.4 Определение допускаемых изгибных напряжений

,

где - предел изгибной выносливости (3, табл. 8.9):

;

.

S_F=1,75 – коэффициент безопасности (3, табл. 8.9).

Y_a – коэффициент, учитывающий реверсивность нагрузки (для нереверсивной передачи Y_a=1).

Коэффициент долговечности:

,

q_F=6 – показатель степени при твердости шестерни и колеса меньше 350НВ

 – базовое число циклов для всех сталей:

Таким образом, допускаемые изгибные напряжения для шестерни и колеса:

;

.

3.1.5 Расчет геометрических параметров передачи

Ориентировочное значение делительного диаметра шестерни:

,

где для косозубых передач.

- коэффициент ширины шестерни  относительно её диаметра,

- коэффициент, учитывающий неравномерность  распределения нагрузки по ширине  венца. Определяется по рис.4.2.2 [5, стр.50].

.

- коэффициент внешней динамической  нагрузки. Определяется по 

табл. 4.2.9 [5, стр.51]:

- передаточное отношение,  .

- крутящий момент на шестерне, .

Тогда:

  .

Ширина  зубчатого венца:

.

Принимаем .

Углы  делительных конусов

Рисунок 3.1 – Геометрические параметры конической передачи 

Внешнее конусное расстояние

 
 

Внешний делительный  диаметр 

По рекомендациям  [5, с.51] принимаем

Модуль зацепления:

.

По ГОСТ 9563-60 принимаем  .

Число зубьев шестерни

Принимаем .

Число зубьев колеса

.

Внешний делительный диаметр:

;

,

, 

Внешние диаметры вершин зубьев

;

,

. 

Диаметры  впадин зубьев

;