AKADEMIA TECHNICZNO - ROLNICZA
w BYDGOSZCZY
Katedra Podstaw Konstrukcji Maszyn
Projekt
Temat : Zaprojektować reduktor dwustopniowy.
Wykonał :
Konek Krzysztof
semestr IV
studium dzienne inżynierskie
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
moc na wale wyjściowym N = 3 [kW]
przełożenie i = 9
prędkość obrotowa silnika ns = 2895 [obr/min]
ustawienie wałów względem siebie współosiowe
czas pracy 10 godzin x 280 dni x 3 lata
ilość włączeń w ciągu godziny i = 10
korpus spawany
produkcja jednostkowa
1.4. Dane sytuacyjne
przekładnia będzie napędzana silnikiem elektrycznym trójfazowym
miejscem pracy będzie hala produkcyjna i będzie zamontowana stacjonarnie
temperatura otoczenia podczas pracy od -10 do 40 oC
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 :
prostota konstrukcji
koszt wykonania (koła zębate, łożyska)
gabaryty
obciążenia wałów
Tabela oceny koncepcji (1-3)
|
Kryteria oceny |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|
Koncepcje rozwiązań |
pierwsza |
3 |
3 |
2 |
3 |
|
druga |
2 |
2 |
3 |
1 |
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 |
9,5 |
||
|
druga |
8 |
W świetle przyjętych założeń i po przeprowadzeniu analizy koncepcyjnej stwierdzam, iż najbardziej optymalnym rozwiązaniem jest koncepcja pierwsza.
3. Przyjmuję przełożenia:
Całkowite przełożenie i = 9
ic = 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
qz - współczynnik kształtu zęba odpowiadający liczbie zębów
N0 = N . Kp . Kb . Kd
N - moc przenoszona przez koło zębate
Kp - współczynnik przeciążenia
Kb - współczynnik uwzględniający ugięcie wału
Kd - współczynnik dynamiczny
λ - współczynnik szerokości zęba
z - liczba zębów obliczanego koła
n' - najmniejsza prędkość koła
Przyjmuję wstępnie:
Kp = Kb= Kd=1;
λ=6;
materiał kół 45 → zgo= 400 [MPa]
x = 2
kgo=
=
= 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]
qZ3 = 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 da = m . (z + 2)
- średnica podstaw df = m . (z - 2,5)
- szerokość uzębienia b = λ . m
- całkowita wysokość zęba h = ha + hf
- wysokość głowy zęba ha = y . m
- wysokość stopy zęba hf = 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 = nsil = 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 → zsj = 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], Ms2,3 = 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 MiA = 0
RBX . 45 = PO . 25
RBX = PO .
= 470 .
= 261 [N]
Σ MiB = 0
RAX . 45 = PO . 20
RAX = Pr1 .
= 470 .
= 209 [N]
Płaszczyzna Y - Z
25 20
Σ MiA = 0
RBY . 45 = Pr . 25
RBY = Pr .
= 170 .
= 92 [N]
Σ MiB = 0
RAY . 45 = Pr . 20
RAY = Pr .
= 170 .
= 76 [N]
Sumując otrzymujemy:
RA =
RB =
Analogicznie obliczam wał pośredni i otrzymuję wartość reakcji podpór:
RA = 945 [N]
RB = 902 [N]
Analogicznie obliczam wał wyjściowy i otrzymuję wartość reakcji podpór:
RA = 1964 [N]
RB = 2028 [N]
12. Dobieram łożyska toczne
Wszystkie wały będą ułożyskowane łożyskami kulkowymi zwykłymi. Zakładam trwałość łożysk na wszystkich wałach LH = 100000 [h]
12.1 Wał wejściowy
Dla trwałości LH = 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 LH = 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]
Wał wyjściowy
Dla trwałości LH = 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]
Silnik
elektryczny
Sprzęgło
Reduktor
Odbiornik
PO
X
Pr
z
y
RAX
PO
RBX
z
Pr
RB
RA
z