AKADEMIA TECHNICZNO - ROLNICZA

w BYDGOSZCZY

Katedra Podstaw Konstrukcji Maszyn

Projekt

Temat : Zaprojektować reduktor dwustopniowy.

Wykonał :

Konek Krzysztof

semestr IV

studium dzienne inżynierskie

1. Założenia projektowo-konstrukcyjne

1.1.Opis potrzeby

Zadaniem przekładni mechanicznej jest zmiana prędkości obrotowej na wale wejściowym wynoszącej n₁ = 2895 [obr/min] na prędkości obrotową na wale wyjściowym n₂ = gdzie przełożenie i = 9. Wały: wejściowy i wyjściowy mają być położone względem siebie współosiowo.

1.2. Założenia konstrukcyjne

Poprawne działanie układu napędowego polega na przenoszeniu momentu obrotowego z silnika na wciągarkę linową. Moment obrotowy z silnika elektrycznego trójfazowego przenoszony będzie poprzez sprzęgło przeciążeniowe i przekładnię zębatą na bęben wciągarki. Przekładnie będzie pracowała w oleju . Łożyska smarowane będą olejem metodą rozbryzgową.

1.3.Dane ilościowe

1. moc na wale wyjściowym N = 3 [kW]

2. przełożenie i = 9

3. prędkość obrotowa silnika n_s = 2895 [obr/min]

4. ustawienie wałów względem siebie współosiowe

5. czas pracy 10 godzin x 280 dni x 3 lata

6. ilość włączeń w ciągu godziny i = 10

7. korpus spawany

8. produkcja jednostkowa

1.4. Dane sytuacyjne

1. przekładnia będzie napędzana silnikiem elektrycznym trójfazowym

2. miejscem pracy będzie hala produkcyjna i będzie zamontowana stacjonarnie

3. temperatura otoczenia podczas pracy od -10 do 40 ^oC

4. przekładnia będzie służyła do przeciągania elementów

2.Wybór koncepcji optymalnej

2.1. Koncepcje rozwiązań konstrukcyjnych

2.1.1. Koncepcja pierwsza

2.1.2. Koncepcja druga

2.2.Kryterium oceny

Określamy kryteria oceny koncepcji optymalnej :

1. prostota konstrukcji

2. koszt wykonania (koła zębate, łożyska)

3. gabaryty

4. obciążenia wałów

Tabela oceny koncepcji (1-3)

	Kryteria oceny
	1
Koncepcje rozwiązań	pierwsza
	druga

Współczynniki ważności kryteriów podstawowych ( 0 - 1 )

Kryterium	1	2	3	4
Współczynnik ważności	1	1	1	0,5

Wyniki metody podwójnego punktowania

	Wyniki punktacji
Koncepcje rozwiązań	pierwsza
	druga

W świetle przyjętych założeń i po przeprowadzeniu analizy koncepcyjnej stwierdzam, iż najbardziej optymalnym rozwiązaniem jest koncepcja pierwsza.

3. Przyjmuję przełożenia:

Całkowite przełożenie i = 9

i_c = i₁ ^. i₂

Przełożenie pojedynczej pary kół zębatych:

i₁ = i₂ = 3

4. Obliczam liczby zębów na kołach zębatych

z₁ = s / i+1

z₂ = s - z₁

- dla każdej pary kół i = 3 ; Przyjmuję sumę zębów na parze kół zębatych s = 56

z₁ = 56/3+1 = 14

z₂ = 56 – 14 = 42

5. Obliczam rzeczywistą prędkość na wyjściu

n = = 321,66 [obr/min]

6. Obliczam wartość modułu kół zębatych

6.1 Obliczam wartość modułu kół zębatych z warunku na zginanie

m≥10

q_z - współczynnik kształtu zęba odpowiadający liczbie zębów

N₀ = N ^. K_p ^. K_b ^. K_d

N - moc przenoszona przez koło zębate

K_p - współczynnik przeciążenia

K_b - współczynnik uwzględniający ugięcie wału

K_d - współczynnik dynamiczny

λ - współczynnik szerokości zęba

z - liczba zębów obliczanego koła

n’ - najmniejsza prędkość koła

Przyjmuję wstępnie:

K_p = K_b= K_d=1;

λ=6;

materiał kół 45 → z_go= 400 [MPa]

x = 2

k_go= = = 200 [MPa]

Z wzoru wnioskuję, iż moduł zębów będzie największy w tym kole w którym wyrażenie z ^. n’ będzie najmniejsze. Zachodzi to w kole 3 i 4 (wyniki są identyczne)

- koło 3

z₃ = 14

n₃ = = 321,66 [obr/min]

q_Z3 = 2,38

m₄ ≥ 10 ^. = 2,95 [mm]

6.2 Obliczam wartość modułu ze względu na wytrzymałość powierzchniową

m ≥ 10 ^.

y₁ - wskaźnik jednoparowego punktu zazębienia β₁ wstawiany do wzoru przy obliczaniu koła

o mniejszej liczbie zębów

k₀ = 90 [MPa]

- koło 3

z₃ = 14

n₃ = = 321,66 [obr/min]

i = 3

y₃ = 3,85

m₃ ≥ 10 ^. = 2,74 [mm]

Dla wszystkich kół przyjmuję znormalizowany moduł m = 3 [mm]

7. Obliczam wymiary kół zębatych

- średnica podziałowa d = m ^. z

- średnica wierzchołkowa d_a = m ^. (z + 2)

- średnica podstaw d_f = m ^. (z - 2,5)

- szerokość uzębienia b = λ ^. m

- całkowita wysokość zęba h = h_a + h_f

- wysokość głowy zęba h_a = y ^. m

- wysokość stopy zęba h_f = y ^. m + c

L.p.	z	dp [mm]	da [mm]	df [mm]	b [mm]	h [mm]	ha [mm]	hf [mm]
1	14	42	48	34,5	18	6,25	3	3,25
2	42	126	132	118,5	18	6,25	3	3,25

8. Obliczam momenty skręcające występujące na poszczególnych wałach

Ms = 9550

N - moc przenoszona przez koło

n - obroty na wale

Wał wejściowy

n = n_sil = 2895 [obr/min]

Ms = 9550 ^. = 9,9 [Nm]

Wał pośredni

n = = = 965 [obr/min]

Ms = 9550 ^. = 29,8 [Nm]

Wał wyjściowy

n = = = 322 [obr/min]

Ms = 9550 ^. = 88,9 [Nm]

9. Obliczenia wstępne wałów (ze względu na moment skręcający)

- materiał wałów St4 → z_sj = 120 [MPa]

• współczynnik bezpieczeństwa x = 2

[MPa]

- wał wejściowy

Ms = 9900 [Nmm]

= 9,3 [mm]

- wał pośredni

Ms = 29800 [Nmm]

= 13,5 [mm]

- wał wyjściowy

Ms = 88900 [Nmm]

= 19,5 [mm]

10. Obliczam siły na kołach zębatych

Po = 2Ms / d

Pn = Po ^. tgα

α = 20°, d₁ = d₃ = 42 [mm], d₂ = d₄ = 126 [mm]

Ms₁ = 9900 [Nmm], Ms_2,3 = 29800 [Nmm], Ms₄ = 88900 [Nmm]

L.p.	Po [N]	Pn [N]
1	470	170
2	470	170
3	1420	515
4	1420	515

11. Obliczam reakcje podór

11.1. Wał wejściowy

25 20

Płaszczyzna X – Z

25 20

Σ M_iA = 0

R_BX ^. 45 = P_O ^. 25

R_BX = P_O ^.  = 470 ^. = 261 [N]

Σ M_iB = 0

R_AX ^. 45 = P_O ^. 20

R_AX = P_r1 ^.  = 470 ^. = 209 [N]

Płaszczyzna Y – Z

25 20

Σ M_iA = 0

R_BY ^. 45 = P_r ^. 25

R_BY = P_r ^.  = 170 ^. = 92 [N]

Σ M_iB = 0

R_AY ^. 45 = P_r ^. 20

R_AY = P_r ^.  = 170 ^. = 76 [N]

Sumując otrzymujemy:

R_A =

R_B =

Analogicznie obliczam wał pośredni i otrzymuję wartość reakcji podpór:

R_A = 945 [N]

R_B = 902 [N]

Analogicznie obliczam wał wyjściowy i otrzymuję wartość reakcji podpór:

R_A = 1964 [N]

R_B = 2028 [N]

12. Dobieram łożyska toczne

Wszystkie wały będą ułożyskowane łożyskami kulkowymi zwykłymi. Zakładam trwałość łożysk na wszystkich wałach L_H = 100000 [h]

12.1 Wał wejściowy

Dla trwałości L_H = 25000 [h] oraz prędkości obrotowej n = 2895 [obr/min] przyjmuję

C/P = 16,8

Podpora A

C = 16,8 ^. P = 16,8 ^. 222 = 3729 [N]

Przyjmuję łożysko kulkowe zwykłe 6001

d = 12 [mm]

D = 28 [mm]

B = 8 [mm]

C = 5100 [N]

Podpora B

C = 16,8 ^. P = 16,8 ^. 276 = 4636 [N]

Przyjmuję łożysko kulkowe zwykłe 6001

d = 12 [mm]

D = 28 [mm]

B = 8 [mm]

C = 5100 [N]

12.2 Wał pośredni

Dla trwałości L_H = 25000 [h] oraz prędkości obrotowej n = 965 [obr/min] przyjmuję

C/P = 11,5

Podpora A

C = 11,5 ^. P = 11,5 ^. 945 = 10867 [N]

Przyjmuję łożysko kulkowe zwykłe 6302

d = 15 [mm]

D = 35 [mm]

B = 11 [mm]

C = 11400 [N]

Podpora B

C = 11,5 ^. P = 11,5 ^. 902 = 10373 [N]

Przyjmuję łożysko kulkowe zwykłe 6302

d = 15 [mm]

D = 35 [mm]

B = 11 [mm]

C = 11400 [N]

3. Wał wyjściowy

Dla trwałości L_H = 25000 [h] oraz prędkości obrotowej n = 88,9 [obr/min] przyjmuję

C/P = 5,32

Podpora A

C = 5,32 ^. P = 5,32 ^. 1964 = 10448 [N]

Przyjmuję łożysko kulkowe zwykłe 6004

d = 20 [mm]

D = 42 [mm]

B = 13 [mm]

C = 12700 [N]

Podpora B

C = 5,32 ^. P = 5,32 ^. 2028 = 10788 [N]

Przyjmuję łożysko kulkowe zwykłe 6004

d = 20 [mm]

D = 42 [mm]

B = 13 [mm]

C = 12700 [N]

Przyjmuję przełożenia:

Całkowite przełożenie i = 12

i_c = i₁ ^. i₂

Przyjmuję wartości poszczególnych przełożeń:

i₁ = i₂ = 3,46

i_c = 3,46 ^. 3,46 = 11,97 ≈ 12

Obliczam liczby zębów na kołach zębatych

Przyjmuję ilości zębów:

- dla pierwszego koła zębatego z₁ = 17

z_2­ = z₁ ^. i = 17 ^. 3,46 ≈ 59

Obliczam prędkości na poszczególnych wałach

Wał wejściowy

n = = = 840 [obr/min]

Wał wyjściowy

n = = = 242 [obr/min]

Obliczam wartość modułu kół zębatych

Obliczam wartość modułu kół zębatych

m ≥ 10

q - współczynnik kształtu zęba odpowiadający liczbie zębów

N - moc przenoszona przez koło zębate

λ - współczynnik szerokości zęba

z - liczba zębów obliczanego koła

n - prędkość koła

Przyjmuję:

λ=10; q_Z = 2,42 oraz materiał kół St0S → k_gj = 85 [MPa]

Najbardziej obciążonym kołem jest koło wyjściowe (4) i dla niego przeprowadzam obliczenia

m₄ ≥ 10 ^. = 2,43 [mm]

Przyjmuję moduł m = 2,5 [mm]

Obliczam wymiary kół zębatych

- średnica podziałowa d = m ^. z

- średnica wierzchołkowa d_f = m ^. (z + 2)

- średnica podstaw d_a = m ^. (z - 2,5)

- szerokość uzębienia b = λ ^. m

- całkowita wysokość zęba h = h_a + h_f

- wysokość głowy zęba h_f = y ^. m

- wysokość stopy zęba h_a = y ^. m + c

L.p.	Z	dp [mm]	da [mm]	df [mm]	b [mm]	h [mm]	ha [mm]	hf [mm]
1, 3	17	42,5	36,25	47,5	25	5,25	2,25	2,5
2, 4	59	147,5	141,25	152,5	25	5,25	2,25	2,5

Obliczam momenty skręcające występujące na poszczególnych wałach

Ms = 9550

N - moc przenoszona przez koło

n - obroty na wale

Wał wejściowy

n = n_sil = 2915 [obr/min]

Ms = 9550 ^. = 13,1 [Nm]

Wał pośredni

n = = = 840 [obr/min]

Ms = 9550 ^. = 45,5 [Nm]

Wał wyjściowy

n = = = 242 [obr/min]

Ms = 9550 ^. = 157 [Nm]

Obliczenia wałów ze względu na moment skręcający

materiał wałów St0S → k_sj = 50 [MPa]

- wał wejściowy

Ms = 13100 [Nmm]

= 10,9 [mm]

- wał pośredni

Ms = 45500 [Nmm]

= 14,5 [mm]

- wał wyjściowy

Ms = 157000 [Nmm]

= 18,9 [mm]

Obliczam siły działające na kołach zębatych

Po = 2Ms / d

Pn = Po ^. tgα

α = 20°, d₁ = d₃ = 42,5 [mm], d₂ = d₄ = 147,5 [mm]

Ms₁ = 13100 [Nmm], Ms_2,3 = 45500 [Nmm], Ms₄ = 157000 [Nmm]

L.p.	Po [N]	Pn [N]
1	615	225
2	615	225
3	2140	780
4	2140	780

Obliczam reakcje podór

11.1. Wał wejściowy

Płaszczyzna X – Z

20 60

R_BX = P_O ^.  = 615 ^. = 153 [N]

R_AX = P_O ^.  = 615 ^. = 460 [N]

Płaszczyzna Y – Z

20 60

R_BY = P_n ^.  = 225 ^. = 56 [N]

R_AY = P_n ^.  = 225 ^. = 168 [N]

Reakcje wypadkowe

R_A =

R_B =

W sposób podobny obliczam reakcje na pozostałych wałach i otrzymuję wyniki:

- na wale pośrednim

R_A = 658 [N]

R_B = 587 [N]

- na wale wyjściowym

R_A = 1254 [N]

R_B = 1435 [N]

Dobieram łożyska toczne

Wszystkie wały będą ułożyskowane łożyskami kulkowymi zwykłymi. Zakładam trwałość łożysk na wszystkich wałach L_H = 10000 [h]

Wał wejściowy

Dla trwałości L_H = 10000 [h] oraz prędkości obrotowej n = 2915 [obr/min] przyjmuję

C/P = 10,4

Podpora A

C = 10,4 ^. R = 10,4 ^. 490 = 5096 [N]

Przyjmuję łożysko kulkowe zwykłe 6002

d = 15 [mm]

D = 32 [mm]

B = 9 [mm]

C = 5600 [N]

Podpora B

C = 10,4 ^. R = 10,4 ^. 172 = 1788 [N]

Przyjmuję łożysko kulkowe zwykłe 6002

d = 15 [mm]

D = 32 [mm]

B = 9 [mm]

C = 5600 [N]

W podobny sposób dobieram łożyska na pozostałych wałach.

Wał pośredni

Podpora A oraz podpora B → łożysko 6003

Wał wyjściowy

Podpora A oraz podpora B → łożysko 6004

Założenia konstrukcyjne

Układ napędowy ma za zadanie przenosić moment obrotowy z silnika na wał odbiornika którym jest betoniarka. Moment obrotowy z silnika elektrycznego trójfazowego przenoszony będzie poprzez sprzęgło podatne i przekładnię zębatą na bęben wciągarki. Przekładnie będzie pracowała w oleju.

Dane ilościowe

• moc na wale wyjściowym N = 4 [kW]

• przełożenie i = 12

• prędkość obrotowa silnika n_s = 2915 [obr/min]

• ustawienie wałów względem siebie równoległe

• czas pracy 16 h/dobę

• ilość włączeń w ciągu godziny i = 10

• korpus spawany

• produkcja jednostkowa

Dane sytuacyjne

• miejscem pracy będzie hala produkcyjna

• przekładnia będzie zamontowana stacjonarnie

• temperatura otoczenia podczas pracy od -10 do 40 ^oC

• przekładnia będzie służyła do przeciągania elementów

Wybór koncepcji optymalnej

Koncepcja pierwsza

Koncepcja druga

Kryterium oceny

Określamy kryteria oceny koncepcji optymalnej :

1. wymiary gabarytowe

2. koszt wykonania

3. złożoność konstrukcji

4. obciążenia wałów

Koncepcje rozwiązań	Kryteria oceny/ współczynniki ważności
	1/3
pierwsza	3
druga	2

	Wyniki punktacji
Koncepcje rozwiązań	pierwsza
	druga

W świetle przyjętych założeń i po przeprowadzeniu analizy koncepcyjnej stwierdzam, iż najbardziej optymalnym rozwiązaniem jest koncepcja pierwsza.