PODSTWY KONSTRUKCJI MASZYN
Projekt semestralny – Reduktor jednostopniowy, walcowy |
---|
ROK AKAD. 2013/14 |
DATA: |
Dane projektu:
N = 20, 5[KW]
$$n = 1850\left\lbrack \frac{\text{obr}}{\min} \right\rbrack$$
i = 3, 9[−]
τ = 15000[h]
β = 20[]
Cc = 1
CCH = 1
C0 = 1
Cmα = 478, 2
βp = 1, 04
εα = 1
ψ = 22
Dobór liczby zębów:
Podana moc mieści się w przedziale od 5 do 25 KW, zatem jest to „ moc mała”
$$V = 0,0140 \bullet \sqrt[3]{\left( N \bullet n \right)^{2}}$$
$$\mathbf{V} = 0,0140 \bullet \sqrt[3]{\left( 20,5 \bullet 1850 \right)^{2}} = \mathbf{5,77}$$
Liczbę zębów Z1 dla mniejszego koła przyjmujemy według tabeli
Z1 = 22
Z2 = Z1 • i
Z2 = 22 • 3, 9 = 86
Obliczenie błędu przełożenia:
$$i_{\text{rzecz}} = \frac{Z_{2}}{Z_{1}}$$
$$i_{\text{rzecz}} = \frac{86}{22} = 3,91$$
$\delta = \left| \frac{i - i_{\text{rzecz}}}{i} \right| \bullet 100\% = 0,26\% < 1\%$
Obliczenie mocy, obrotów, momentów i średnic poszczególnych wałków:
N1=N • nl
N2=N • nl2 • np
nl = 0, 96 np = 0, 95
N1=20, 5 • 0, 96 = 19, 68
N2=20, 5 • 0, 962 • 0, 95 = 17, 95
n1 = n = 1850
$$\mathbf{n}_{\mathbf{2}} = \frac{Z_{1}}{Z_{2}} \bullet n = \frac{22}{86} \bullet 1850 = \mathbf{473,26}$$
$$\mathbf{M}_{\mathbf{1}} = 9550 \bullet \frac{N_{1}}{n_{1}} = \mathbf{101591}$$
$$\mathbf{M}_{\mathbf{2}} = 9550 \bullet \frac{N_{2}}{n_{2}} = \mathbf{362216}$$
$$\mathbf{D}_{\mathbf{w}\mathbf{1}} = 134 \bullet \sqrt[3]{\frac{N_{1}}{n_{1}}} = \mathbf{30}$$
$\mathbf{D}_{\mathbf{w}\mathbf{2}} = 134 \bullet \sqrt[3]{\frac{N_{2}}{n_{2}}} = \mathbf{45}$
Dobór materiałów na koła zębate i wyznaczenie naprężeń dopuszczalnych na zginanie i nacisk kgj , KH.
Przyjmujemy stal na pierwsze koło – Stal Węglowa 10
kg0 = 67 Zgj = 320 ZH0 = 1520
ksj = 75 xzj = 1, 69
ks = 94 HB0 = 600
Rm = 500 HB = 620
$$\mathbf{k}_{\mathbf{\text{gj}}} = \frac{Z_{\text{gj}}}{x_{\text{zj}}} \bullet C_{c} = \mathbf{189,35}$$
$$\mathbf{Z}_{\mathbf{H}} = \frac{\text{HB}}{\text{HB}_{0}} \bullet Z_{H0} = \mathbf{1570,66}$$
xzc = 1, 1 • βp = 1, 14
$$\mathbf{k}_{\mathbf{H}} = \frac{Z_{H} \bullet C_{0} \bullet C_{\text{CH}}}{x_{\text{zc}}} = \mathbf{1372,38}$$
Przyjmujemy stal na drugie koło – Stal chromowo-molibdenowa 40HM ulepszana cieplnie
kg0 = 114 Zgj = 640 ZH0 = 800
ksj = 145 xzj = 1, 93
ks = 213 HB0 = 340
Rm = 1050 HB = 350
$$\mathbf{k}_{\mathbf{\text{gj}}} = \frac{Z_{\text{gj}}}{x_{\text{zj}}} \bullet C_{c} = \mathbf{331,60}$$
$$\mathbf{Z}_{\mathbf{H}} = \frac{\text{HB}}{\text{HB}_{0}} \bullet Z_{H0} = \mathbf{823,53}$$
xzc = 1, 1 • βp = 1, 14
$$\mathbf{k}_{\mathbf{H}} = \frac{Z_{H} \bullet C_{0} \bullet C_{\text{CH}}}{x_{\text{zc}}} = \mathbf{719,87}$$
Wyznaczenie modułów dla obydwu kół zębatych z warunku na zginania i naciski
Obliczenie modułu normalnego z warunku na naciski Hertza:
- dla pierwszego koła:
$$\mathbf{m}_{\mathbf{\text{nH}}\mathbf{1}} = 267 \bullet \sqrt[3]{\frac{C_{\text{mα}}^{2} \bullet N_{1} \bullet \text{Cos}^{2}\beta \bullet \left( 1 + \frac{z_{1}}{z_{2}} \right)}{\psi \bullet z_{1}^{2} \bullet k_{H}^{2} \bullet n_{1} \bullet \varepsilon_{\alpha}}} = \mathbf{1,368}$$
-dla drugiego koła:
$$\mathbf{m}_{\mathbf{\text{nH}}\mathbf{2}} = 267 \bullet \sqrt[3]{\frac{C_{\text{mα}}^{2} \bullet N_{2} \bullet \text{Cos}^{2}\beta \bullet \left( 1 + \frac{z_{1}}{z_{2}} \right)}{\psi \bullet z_{2}^{2} \bullet k_{H}^{2} \bullet n_{1} \bullet \varepsilon_{\alpha}}} = \mathbf{1,295}$$
Obliczenie modułu normalnego z warunku na wytrzymałość zęba u podstawy:
∖nCβ = 1, 1
- dla pierwszego koła:
$$z_{\text{zast}} = \frac{z_{1}}{\text{Cos}^{3}\beta} = 26,5$$
λzast = 0, 43
$$\mathbf{m}_{\mathbf{n}\mathbf{1}} = 267 \bullet \sqrt[3]{\frac{N_{1} \bullet Cos\left( \beta \right)}{\psi \bullet \lambda_{\text{zast}} \bullet z_{1} \bullet n_{1} \bullet k_{\text{gj}} \bullet C_{\beta}}} = \mathbf{1,637}$$
-dla drugiego koła:
$$z_{\text{zast}} = \frac{z_{2}}{\text{Cos}^{3}\beta} = 103,61$$
λzast = 0, 51
$$\mathbf{m}_{\mathbf{n}\mathbf{2}} = 267 \bullet \sqrt[3]{\frac{N_{2} \bullet Cos\left( \beta \right)}{\psi \bullet \lambda_{\text{zast}} \bullet z_{2} \bullet n_{2} \bullet k_{\text{gj}} \bullet C_{\beta}}} = \mathbf{1,242}$$
Przyjmują moduł znormalizowany:
mn=2
Sprawdzenie kół na obciążenie dynamiczne:
$\mathbf{m}_{\mathbf{\text{tm}}} = \frac{m_{n}}{cos(\beta)} =$2,13
Naprężenia gnące:
- Dla pierwszego koła:
dm1 = z1 • mtm = 46, 86
$$V_{1} = \frac{\pi \bullet d_{m1} \bullet n_{1}}{60000} = 4,54$$
$$P_{\text{stat}} = \frac{1000 \bullet N_{1}}{V_{1}} = 4334,80$$
Pzast = Pstat • cp • cd = 6077, 50 gdzie: cp = 1, 25 cd = 1, 12
b = mn • ψ = 44
$$\mathbf{\delta}_{\mathbf{\text{g\ max}}\mathbf{1}} = \frac{P_{\text{zast}}}{b \bullet \lambda_{\text{zast}} \bullet m_{n} \bullet C_{\beta}} = \mathbf{146,001}\ \ \ \ < \text{\ \ \ \ k}_{\text{gj}}\left( 189,35 \right) \rightarrow Warunek\ spelniony\backslash n$$
- Dla drugiego koła:
dm2 = z2 • mtm = 183, 18
$$V_{2} = \frac{\pi \bullet d_{m2} \bullet n_{2}}{60000} = 4,54$$
$$P_{\text{stat}} = \frac{1000 \bullet N_{2}}{V_{2}} = 3953,74$$
Pzast = Pstat • cp • cd = 5535, 12 gdzie: cp = 1, 25 cd = 1, 12
b = mn • ψ = 44
$$\mathbf{\delta}_{\mathbf{\text{g\ max}}\mathbf{2}} = \frac{P_{\text{zast}}}{b \bullet \lambda_{\text{zast}} \bullet m_{n} \bullet C_{\beta}} = \mathbf{111,46}\ \ \ \ < \text{\ \ \ \ k}_{\text{gj}}\left( 331,60 \right) \rightarrow Warunek\ spelniony\backslash n$$
Naprężenia na dociski:
- dla pierwszego koła:
$$d_{vmn1} = \frac{d_{m1}}{\cos^{2}\beta} = 54,18$$
Cm = 271
Cp = 0, 21
$$\mathbf{\delta}_{\mathbf{\text{c\ max}}\mathbf{1}} = C_{m} \bullet \sqrt{\frac{P_{\text{zast}}}{b \bullet d_{vmn1} \bullet C_{p}}} = \mathbf{943,87}\ \ < \ \ K_{H}\left( 1372,96 \right) \rightarrow Warunek\ spelniony$$
- dla drugiego koła:
$$d_{vmn2} = \frac{d_{m2}}{\cos^{2}\beta} = 211,79$$
Cm = 271
Cp = 0, 21
$$\mathbf{\delta}_{\mathbf{\text{c\ max}}\mathbf{2}} = C_{m} \bullet \sqrt{\frac{P_{\text{zast}}}{b \bullet d_{vmn2} \bullet C_{p}}} = \mathbf{455,93}\ \ < \ \ K_{H}\left( 719,87 \right) \rightarrow Warunek\ spelniony$$
Sprawdzenie przekładni na grzanie:
$\mathbf{z}_{\mathbf{v}} = \frac{z_{1}}{\cos^{3}\beta} = \mathbf{27,35}$
$$\mathbf{N}_{\mathbf{t}} = \frac{N_{1} \bullet \left\lbrack 1 + \left( \frac{z_{1}}{z_{2}} \right)^{2} \right\rbrack}{7 \bullet z_{v}} = \mathbf{0,11}$$
$$\mathbf{x}_{\mathbf{t}} = \frac{d_{vmn1} \bullet b}{1836 \bullet N_{t}} = \mathbf{11,85\ \ \ } > \ 1 \rightarrow Warunek\ spelniony$$
Obliczenia podstawowych wymiarów geometrycznych kół:
Średnice podziałowe:
d1 = z1 • mtm = 47, 31
d2 = z2 • mtm = 184, 95
Odległość osi kół:
$$\mathbf{a}_{\mathbf{0}} = \frac{1}{2}\left( d_{1} + d_{2} \right) = \mathbf{116,13}$$
Materiał na wałek: Stal: St6
kg0 = 66 [N/mm2]
ksj = 75 [N/mm2]
a = b = 66[mm]
β = 20 ∖ nα = 20 ∖ n
$$P_{1} = \frac{2M_{1}}{d_{1}} = \mathbf{4294,54}$$
P = 4294, 54
Po = P • tgβ = 1546, 04
$$\mathbf{P}_{\mathbf{r}} = P \bullet \frac{\text{tgα}}{\text{cosβ}} = \mathbf{1662,40}$$
Obciążenia w płaszczyźnie „V”
Reakcje w podporach:
X : RAX − Po = 0
V : RAV + RCV − Pr = 0
$$M:\ \ \ P_{o} \bullet \frac{d_{1}}{2} - P_{r} \bullet a + R_{\text{CV}} \bullet \left( a + b \right) = 0$$
RAX = Po = 1546, 04
$$\mathbf{R}_{\mathbf{\text{CV}}} = \frac{P_{r} \bullet a - P_{0} \bullet \frac{d_{1}}{2}}{a + b} = \mathbf{554,13}$$
RAV = Pr − RCV = 1108, 27
Momenty gnące:
MVAB = RAV • x
$$M_{\text{VBC}} = R_{\text{AV}} \bullet x - P_{r}\left( x - a \right) - P_{0} \bullet \frac{d_{1}}{2}$$
Obciążenia w płaszczyźnie “H”
Reakcje w podporach:
X : RAX = 0
H : RAH + RCH − P1 = 0
M : − P1 • a + RCH • (a+b) = 0
$$\mathbf{R}_{\mathbf{\text{CH}}} = \frac{P_{1} \bullet a}{a + b} = \mathbf{2147,27}$$
RAH = P1 − RCH = 2147, 27
Momenty gnące:
MHAB = RAH • x
MHBC = RAH • x − P1 • (x − a)∖n
Wyznaczenie całkowitego momentu zginającego:
$$M_{G} = \sqrt{{M_{\text{GV}}}^{2} + {M_{\text{GH}}}^{2}}$$
Moment skręcający:
$$M_{s} = P_{1} \bullet \frac{d_{1}}{2} = 101591,4$$
Skręcanie pierwszego wałka występuje tylko na odcinku A - B
Moment zredukowany:
MS red = α0MS
$$\text{\ \ \ \ \ α}_{0} = \frac{k_{g0}}{{2k}_{\text{sj}}} = \frac{66\left\lbrack \frac{N}{\text{mm}^{2}} \right\rbrack}{2 \bullet 75\left\lbrack \frac{N}{\text{mm}^{2}} \right\rbrack} = 0,44$$
MS red = 44700, 19 ∖ n
Moment zastępczy:
$$M_{Z} = \sqrt{M_{G}^{2} + M_{\text{S\ red}}^{2}}\backslash n$$
Średnica wałka :
$d = \sqrt[3]{\frac{32M_{Z}}{\pi k_{g0}}}$
Wałek drugi:
P1′ = P1 = 4294, 54
P0′ = P0 = 1546, 04
Pr′ = Pr = 1662, 40
Obciążenia w płaszczyźnie „V”
X : RAX + P0′ = 0
V : RAV + RCV + Pr′ = 0
$$M:\ \ \ P_{r}^{'} \bullet a + P_{0}^{'} \bullet \frac{d_{2}}{2} + R_{\text{CV}} \bullet \left( a + b \right) = 0$$
RAX = −P0′ = −1546, 04
$$\mathbf{R}_{\mathbf{\text{CV}}} = \frac{- P_{r}^{'} \bullet a - P_{0}^{'} \bullet \frac{d_{2}}{2}}{a + b} = - \mathbf{1914,28}$$
RAV = −Pr′ − RCV = 251, 88
Momenty gnące:
MVAB = RAV • x
$$M_{\text{VBC}} = R_{\text{AV}} \bullet x + P_{r}^{'} \bullet \left( x - a \right) - P_{0}^{'} \bullet \frac{d_{2}}{2}$$
Obciążenia w płaszczyźnie „H”
X : RAX = 0
H : RAH + RCH + P1′ = 0
M : P1′ • a + RCH • (a+b) = 0
$$\mathbf{R}_{\mathbf{\text{CH}}} = \frac{- P_{1}^{'} \bullet a}{a + b} = \mathbf{- 2147,27}$$
RAH = −P1′ − RCH = −2147, 27
Momenty gnące:
MHAB = RAH • x
MHBC = RAH • x + P1 • (x − a)∖n ∖ n
Wyznaczenie całkowitego momentu zginającego:
$$M_{G} = \sqrt{{M_{\text{GV}}}^{2} + {M_{\text{GH}}}^{2}}$$
Moment skręcający:
$$M_{s} = P_{1}^{'} \bullet \frac{d_{2}}{2} = 397129,8$$
Skręcanie drugiego wałka występuje tylko na odcinku B - C
MS red = α0MS
$$\text{\ \ \ \ \ α}_{0} = \frac{k_{g0}}{{2k}_{\text{sj}}} = \frac{66\left\lbrack \frac{N}{\text{mm}^{2}} \right\rbrack}{2 \bullet 75\left\lbrack \frac{N}{\text{mm}^{2}} \right\rbrack} = 0,44$$
MS red = 174737, 1
Moment zastępczy:
$$M_{Z} = \sqrt{M_{G}^{2} + M_{\text{S\ red}}^{2}}\backslash n$$
Średnica wałka :
$d = \sqrt[3]{\frac{32M_{Z}}{\pi k_{g0}}}$
Dobór łożysk tocznych:
Wałek I
RAH = 2147, 27 ∖ nRAV = 1108, 27 ∖ nRCH = 2147, 27 ∖ nRCV = 554, 13 ∖ nFw = Po = 1546, 04
$$\mathbf{R}_{\mathbf{A}} = \sqrt{{R_{\text{AH}}}^{2} + {R_{\text{AV}}}^{2}} = \mathbf{2416,41}$$
$$\mathbf{R}_{\mathbf{C}} = \sqrt{{R_{\text{CH}}}^{2} + {R_{\text{CV}}}^{2}} = \mathbf{2217,62}$$
Przyjmuję łożyskowanie typu „ O”, oraz łożysko o numerze 32305, C kat 67,5 KN
Y = 2 ∖ ne = 0, 31 ∖ nX = 0, 4 ∖ nd = 25
Fr1 = 2217, 62 ∖ nFr2 = 2416, 41
$${\mathbf{F}_{\mathbf{a}\mathbf{1}} = \frac{F_{r2}}{2y} + F_{w} = \mathbf{2150,14}\backslash n}{\mathbf{F}_{\mathbf{a}\mathbf{2}} = \frac{F_{r2}}{2y} = \mathbf{604,10}}$$
Dla punktu A
$$\frac{F_{a2}}{F_{r2}} = 0,25\ \ < e$$
Pzast = Fr2 = 2416, 41
$$N = \frac{\tau \bullet 60 \bullet n}{1000000} = 1665$$
$\mathbf{C} = {P_{\text{zast}}*\left( N \right)}^{\frac{3}{10}} = \mathbf{22366,34}$[N]
C < C kat Możemy przyjąć sprawdzane łożysko
Dla punktu C
$$\frac{F_{a1}}{F_{r1}} = 0,97\ \ > e$$
Pzast = X • Fr1 + Y • Fa1 = 5187, 32
$$N = \frac{\tau \bullet 60 \bullet n}{1000000} = 1665$$
$\mathbf{C} = {P_{\text{zast}}*\left( N \right)}^{\frac{3}{10}}\mathbf{= 48013,98\lbrack}$N]
C < C kat Możemy przyjąć sprawdzane łożysko
Dla pierwszego wałka możemy przyjąć łożysko 32305 o następujących wymiarach: d = 25, D=62, T=25,25, Bw=24, Bz=20
Wałek II
RAH = −2147, 27 ∖ nRAV = 251, 88 ∖ nRCH = −2147, 27 ∖ nRCV = −1914, 28 ∖ nFw = Po = 1546, 04
$$\mathbf{R}_{\mathbf{A}} = \sqrt{{R_{\text{AH}}}^{2} + {R_{\text{AV}}}^{2}} = \mathbf{2161,99}$$
$$\mathbf{R}_{\mathbf{C}} = \sqrt{{R_{\text{CH}}}^{2} + {R_{\text{CV}}}^{2}} = \mathbf{2876,67}$$
Przyjmuję łożyskowanie typu „ O”, oraz łożysko o numerze 32032, C kat 28,0 KN
Y = 1, 3 ∖ ne = 0, 45 ∖ nX = 0, 4 ∖ nd = 32
Fr1 = 2876, 67 ∖ nFr2 = 2161, 99
$${\mathbf{F}_{\mathbf{a}\mathbf{1}} = \frac{F_{r1}}{2y} = \mathbf{1106,41}\backslash n}{\mathbf{F}_{\mathbf{a}\mathbf{2}} = \frac{F_{r1}}{2y} + F_{w} = \mathbf{2652,45}}$$
Dla punktu A
$$\frac{F_{a2}}{F_{r2}} = 1,23\ \ > e$$
Pzast = X • Fr2 + Y • Fa2 = 4312, 98
$$N = \frac{\tau \bullet 60 \bullet n}{1000000} = 425,93$$
$\mathbf{C} = {P_{\text{zast}}*\left( N \right)}^{\frac{3}{10}}\mathbf{= 26520,41}$ [N]
C < C kat Możemy przyjąć sprawdzane łożysko
Dla punktu C
$$\frac{F_{a1}}{F_{r1}} = 0,38\ < e$$
Pzast = Fr1 = 2876, 675
$$N = \frac{\tau \bullet 60 \bullet n}{1000000} = 425,93$$
$\mathbf{C} = {P_{\text{zast}}*\left( N \right)}^{\frac{3}{10}}\mathbf{= 17688,60}$[N]
C < C kat Możemy przyjąć sprawdzane łożysko
Dla drugiego wałka możemy przyjąć łożysko 32032 o następujących wymiarach: d = 32, D=58, T=17, Bw=17, Bz=13
Dobór znormalizowanych wpustów.
Dla wałka pierwszego
$$P = \ \frac{2M_{s}}{d_{0}} = 6349,46$$
$${\frac{P}{\text{sl}} \leq p_{\text{dop}}\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ = > \ \ \ \ \ \ \ \ \ \frac{P}{sp_{\text{dop}}} \leq l\backslash n}\backslash n{\frac{P}{\left( h - s \right)l} \leq p_{\text{dop}}\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ = > \ \ \ \ \ \ \ \ \ \frac{P}{\left( h - s \right)p_{\text{dop}}} \leq l\backslash n}\backslash n{{dla\ wpustu\ (stal\ st7) \rightarrow \ p}_{\text{dop}} = 120\lbrack\frac{N}{mm^{2}}\rbrack\backslash n}{{dla\ walka\ (stal\ st6)\ \ \ \rightarrow \ p}_{\text{dop}} = 90\lbrack\frac{N}{mm^{2}}\rbrack\backslash n}\backslash n{d_{walka} = 32\backslash n}$$
Sprawdzam wpust o wymiarach: b=10, h=8, s=4,5, dwałka max = 40 i wyznaczam długość wpustu.
$$\frac{P}{sp_{\text{dop}}} = 15,67\ \ \ \rightarrow zgadza\ sie,\ dlugosc\ mniejsza\ od\ 44mm\ \ $$
$$\frac{P}{\left( h - s \right)p_{\text{dop}}} = 15,11\ \ \ \ \rightarrow zgadza\ sie,\ dlugosc\ mniejsza\ od\ 44mm\backslash n$$
Sprawdzony wpust jest odpowiedni do tego przypadku i za długość wpustu dla wałka pierwszego przyjmę 18 mm.
Dla wałka drugiego
$$P = \ \frac{2M_{s}}{d_{0}} = 17650,21$$
$${\frac{P}{\text{sl}} \leq p_{\text{dop}}\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ \ = > \ \ \ \ \ \ \ \ \ \frac{P}{sp_{\text{dop}}} \leq l\backslash n}\backslash n{\frac{P}{\left( h - s \right)l} \leq p_{\text{dop}}\ \ \ \ \ \ \ \ \ \ = > \ \ \ \ \ \ \ \ \ \frac{P}{\left( h - s \right)p_{\text{dop}}} \leq l\backslash n}\backslash n{{dla\ wpustu\ (stal\ st7) \rightarrow \ p}_{\text{dop}} = 120\lbrack\frac{N}{mm^{2}}\rbrack\backslash n}{{dla\ walka\ (stal\ st6)\ \ \ \rightarrow \ p}_{\text{dop}} = 90\lbrack\frac{N}{mm^{2}}\rbrack\backslash n}\backslash n{d_{walka} = 45\backslash n}$$
Sprawdzam wpust o wymiarach: b=14, h=9, s=5, dwałka max = 50 i wyznaczam długość wpustu.
$$\frac{P}{sp_{\text{dop}}} = 39,22\ \ \ \rightarrow zgadza\ sie,\ dlugosc\ mniejsza\ od\ 44mm\ \ $$
$$\frac{P}{\left( h - s \right)p_{\text{dop}}} = 36,77\ \ \ \ \rightarrow zgadza\ sie,\ dlugosc\ mniejsza\ od\ 44mm\backslash n$$
Sprawdzony wpust jest odpowiedni do tego przypadku i za długość wpustu przyjmę 40 mm.