34 0 790KB
1.Temă proiect Să se proiecteze un reductor cilindric cu dinţi înclinaţi care acţionează un utilaj ţinând cont de următoarele date:
Puterea motorului electric: P=3kw Raportul de transmisie al reductorului: i=4 Turaţia arborelui de intrare în reductor: ni=750 rot./min
1
2. Introducere
Ridicarea indicilor de calitate şi exploatare ,limitarea timpului de producere şi introducerea maşinilor noi,ridicarea nivelului de siguranţă şi duratei lungi de funcţionare - problemele de bază a constructorilor de maşini. Cerinţele de bază către o maşină sunt : productivitate înaltă siguranţa tehnologie gabarite şi masa redusă economicitate esteticul tehnic Mari posibillităţi pentru perfecţionarea muncii constructurilor dă întrebuinţarea largă a maşinilor electronice de calcul, care automatizează partea proiectării. Una din scopurile de bază industriei constructoare de maşini este ridicarea calităţii şi permitivităţii uneltelor construcţii de maşini.
3.Memoriu tehnic 3.1.Consideratii teoretice
3.1.1. Definitie: Reductoarele servesc la micsorarea numarului de turatii si la cresterea momentelor de torsiune. Reductoarele de uz general sunt nominalizate în STAS 6055 – 68 iar STAS 6848 – 68 prevede caracteristicile si simbolurile. Reductoarele fac parte din marea categorie a transmisiilor mecanice si servesc la reducerea (micsorarea)numarului de turatii si la marirea (cresterea) momentului de torsiune.
2
3.2. Elemente componente: 3.2.1. Elemente componente principale: • carcasa; • angrenajele; • arborii si lagarele; 3.2.1.1.Carcasa se executa în general din fonta rin turnare. Este prevazuta cu nervuri care au urmatoarele scopuri: mareste rigiditatea ansamblului, reduc zgomotul si vibratiile, mareste suprafata de racire a reductorului. Aspectul estetic este la fel de importanta ca si conditia de functionare. De aceea se recomanda ca forma carcasei sa fie corespunzator atât din punct de vedere tehnologic cât si functional. La carcasele executate prin turnare se impune respectarea conditiilor legate de tehnologia turnarii si de economia prelucrarii: - respectarea unei grosimi cât mai uniforme a peretilor, asigurarea unei grosimi minime impuse de fluiditatea materialului turnat si de precizia de realizare - evitarea aglomerarii de material si utilizarea în schimb a nervurilor de rigiditate a carcaselor - trecerea treptata de la o sectiune de grosime mai mare la alta cu grosimi mai reduse pentru diminuarea tensiunilor interne - asigurarea de raze de racordare suficient de mari - la adoptarea formei constructive a carcasei trebuie sa se aiba în vedere usurinta montajului si întretinerii în timpul exploatarii La carcasele executate prin sudare se impun de asemenea o serie de conditii legate de particularitatea tehnologiei de sudare: - utilizarea de materiale cu sudabilitate buna - forma constructiva a carcasei sa permita posibilitatea de automatizare a sudurii si accesibilitatii pentru executia cordoanelor de sudura. Se vor mai asigura: - un orificiu de vizitare care sa permita observare danturii tuturor rotilor - un dop de aerisire care are rolul de a nu se forma suprapresiuni datorita încalzirii în interiorul reductorului - tija de control a nivelului uleiului - un orificiu cu dop filetat pentru evacuarea uleiului - inele pentru manipularea reductorului. 3.2.1.2. Angrenajele constituie partea functionala principala a unui reductor. Angrenajul este mecanismul format din două roţi dinţate, care transmite – prin intermediul dinţilor aflaţi succesiv şi continuu în contact (angrenare) – mişcarea de rotaţie şi momentul de torsiune între cei doi arbori. Angrenajele au o largă utilizare în transmisiile mecanice, datorită avantajelor pe care le prezintă: raport de transmitere constant; siguranţă în exploatare; durabilitate 3
ridicată; randament ridicat; gabarit redus; posibilitatea utilizării pentru un domeniu larg de puteri, viteze şi rapoarte de transmitere. Ca dezavantaje, se pot menţiona: precizii mari de execuţie şi montaj; tehnologie complicată; zgomot şi vibraţii în funcţionare. Clasificarea angrenajelor se realizează după cum urmează:
după poziţia relativă a axelor de rotaţie: angrenaje cu axe paralele; angrenaje cu axe concurente; angrenaje cu axe încrucişate; după forma roţilor componente: angrenaje cilindrice; angrenaje conice; angrenaje hiperboloidale (elicoidale; melcate; hipoide); după tipul angrenării: angrenaje exterioare; angrenaje interiorare; după direcţia dinţilor: angrenaje cu dantură dreaptă; angrenaje cu dantură înclinată; angrenaje cu dantură curbă; angrenaje cu dantură în V; după forma profilului dinţilor: profil evolventic; profil cicloidal; profil în arc de cerc; după posibilităţile de mişcare a axelor roţilor: cu axe fixe; cu axe mobile (planetare).
3.2.1.3. Arborii pe care sunt fixate angrenajele sunt arbori dreptii. Ei sunt proiectatii cât mai scurt pentru a avea o rigiditate cât mai mare care este foarte importanta în functionare si a asigura o constructie compacta a reductoarelor. Orice reductor are un arbore de intrare si un arbore de iesire. La reductoarele cu mai multe trepte exista si arbori intermediarii. Arborii pot fii verticali sau orizontali în functie de tipul si pozitia relativa a angrenajelor, locul de utilizare a reductorului. Exista constructii de reductoare cu doua capete de cuplare la iesire sau cu iesire pe arbori intermediari. 3.2.1.4. Lagarele sunt în marea majoritate a cazurilor cu rulmentii. Tipul si marimea rulmentilor vor fi în functie de valoarea si sensul fortelor ce solicita arborii, tipul constructiei alese. 3.2.1.5.Roţile dinţate cilindrice, conice şi roata melcată sunt montate pe arbore pe baza unor recomandări, prin intermediul unor pene paralele şi fixate axial cu ajutorul umerilor executaţi pe arbori, cu bucşe distanţiere. În cazul când se execută din materiale deficitare se recomandă executarea roţii din două materiale. 3.2.2 Elemente auxiliare strict necesare pentru o bună funcţionare şi anume: Elementele de etanşare Dispozitivele de ungere Capacele Indicatorul nivelului de ulei 3.2.2.1.Elementele de etanşare utilizate mai frecvent în cazul reductoarelor sunt manşetele de rotaţie cu buză de etanşare şi inelele de pâslă.
4
3.2.2.2.Dispozitivele de ungere sunt necesare pentru asigurarea ungerii cu ulei sau unsoare consistentă a rulmenţilor, uneori chiar a angrenajelor când nici una din roţile dinţate nu ajunge în baia de ulei. Conducerea lubrifiantului la locul de ungere se realizează folosind diverse construcţii de dispozitive de ungere( canale de ungere, ungătoare, roţi de ungere, inele de ungere, lanţ de ungere). 3.2.2.3.Capacele servesc la fixarea şi reglarea jocurilor din rulmenţi, la asigurarea etanşării, fiind prinse în peretele reductorului cu ajutorul unor şuruburi. 3.2.2.4. Indicatorul nivelului de ulei din reductor, în cele mai multe cazuri, este executat sub forma unei tije pe care sunt marcate nivelul maxim, respectiv minim al uleiului, sau sub forma unor vizoare montate pe corpul reductorului. Există şi indicatoare care funcţionează pe principiul vaselor comunicante, realizate pe baza unui tub transparent care comunică cu baia de ulei.
3.3.Materiale utilizate pentru execuţia roţilor dinţate 3.3.1.Oţeluri .Roţile dinţate se pot executa dintr-o gamă foarte largă de materiale.În primul rînd se folosesc oţelurile de înbunatăţire dinte care oţelurile carbon cu 0,4 – 0,6% C şi oţelurile cu 0,35 – 0,45% C slab aliate cu Mn , Cr , Cr-Mo , Cr-Ni sau Cr-Ni-Mo. Oţelurile nealiate şi cele aliate cu Cr , Cr-Mo , Cr-Ni , se utilizează simplu îmbunătăţite, uneori , aplicîndu-se o călire superficială, iar la cele aliate cu Cr-Mo , CrNi , o eventuală ceanurare.Oţelurile Cr-Ni-Mo se pretează ,cu deosebire la roţi dinţate cu modul mare.O situaţie specială ocupă oţelurile de nitrurare destinate fabricaţiei de roţi dinţate cu regim de lucru deosebit de greu ( funcţionare la temperaturi pana la 200 -250 ºC ). 3.3.2.Fonte. Fontele sunt folosite la angrenaje cu funcţionare lentă, roţi de schimb care funcţionează rar etc. Cînd se cer condiţii de silenţiozitate severe se pot folosii fontele cenuşii obişnuite cu grafit lamelar. 3.3.3.Materialele neferoase. Materialele neferoase se folosesc la angenajele melcilor în special pentru roata melcată . Se folosesc în general bronzuri care au proprietăţi antifricţiune superioare, rezistenţă mare la coroziune şi se prelucrează uşor. 3.3.4.Materiale nemetalice.Pentru înlocuirea metalelor se folosesc în ultimul timp materialele plastice de tipul textolitului , lignofolului, poliesterilor, poliamidei.Acestea pot fi utilizate la temperature de 80-100º C şi în condiţii în care lipseşte umiditatea , deoarece sunt higroscopice şi îşi modifică dimensiunile în urma absorţiei de apă sau ulei.
5
3.4 Norme de protectie a muncii. Pentru siguranţa desfăşurării procesului de lucru cu acest dispozitiv trebuie să se respecte urătoarele reguli de protectie a muncii : • trebuie respectate regulile de protecţie a muncii din atelierul de producţie; • la apariţia unei defecţiuni se va retrage dispozitivul din lucru şi se va înlocui piesa defectă; • trebuie respectate întocmai regulile de întreţinere a dispozitivului; • de este de preferat ca muchile şi colţurile să fie teşite pentru a diminua riscul unor accidente; • este preferat ca elementele mecanisului să se vopsească pentru a nu ruginii.
6
4.Variante constructive 4.1.Descrierea variantelor Varianta 1: Este prezentat un reductor cu dinti inclinati, cu o singura treapta de reducere. Este o varianta simpla usor de realizat avand un gabarit redus. Pentru aceasta varianta se pot folosi si roti cu dinti drepti.
Reductor cilindric cu dinţi înclinaţi cu o treaptă [1] Varianta 2: Este tot un reductor cu putere de transmitere mare cu gabarit mare. Rezemarea arborilor se face pe o pereche de rulmenti radiali-axiali cu role conice pentru roata condusa
Reductor cilindric cu dinţi drepţi cu o treaptă [1] Varianta 3: Varianta prezentata in fig. 5 este o varianta mai robusta, cu un gabarit mai mare fiind un reductor pentru puteri de transmitere mare. Sprijinirea arborilor se face pe rulmenti radial-axiali cu role conice, deci se pot monta si roti dintate cu dinti drepti
7
.
Reductor cilindric cu dinţi înclinaţi cu o treaptă [1]
4.2. Alegerea variantei alese Se alege varianta 3 Varianta 3 prezentată se caracterizează prin următoarele aspecte constructive: • arborele de intrare se sprijină pe lagăre cu rulmenţi radiali • arborele de intrare 1 şi arborele de ieşire 2 sunt etanşaţi prin montarea manşetelor de rotaţie în capace; • ungerea roţilor dinţate şi a lagărelor se asigură cu ulei prin barbotare • asamblarea carcasei se realizează şuruburi, centrarea lor fiind asigurata cu ştifturi de centrare; • controlul uleiului se face cu ajutorul unei joje.
5.Memoriul justificativ de calcul 5.1.Alegerea valorii medii ale randamentelor
8
η m = ηl2 ⋅η a ⋅ ηc
ηm = 0.899
ηl = 0.993 randamentul lagarelor [1] η a = 0.97 randamentul angranajului [1] ηc = 0.94 randamentul transimisiei prin curele [1]
5.2.Calculul momentelor de torsiune pe arbori. 30 ⋅ 106 P T1 = ⋅ T1 = 38197 .16 momentul de torsiune pe arborele de intrare π n T2 = T1 ⋅ η m ⋅ i12 T2 = 137494 .497 momentul de torsiune pe arborele de iesire 5.3. Calculul puterilor pe arbori. P2 = P ⋅ η
P2 = 2.735 [ KW ]
puterea arborelui de iesire
5.4. Calculul turatie arborilor reductorului. n n2 = n2 = 250 [rot / min] turatie arborelui 2 i12 5.5.Factori. 5.5.1.Factorul b/m b m n =15 [4] tab.2.8 5.5.2.Factorul zonei de contact ZH=2.45 [4] fig.2.57 5.5.3.Factorul de material N Z H = 190 [4] tab.2.9 mm 2 Se aleg aceste valori deoarece am ales ca material 40 Cr10
5.6.Factorul înclinării dinţilor. Z β = cos β
Z β =0,46384
cos β =200
9
5.7.Presiunea de contact admisibilă. σ H lim ⋅ Z NT ⋅ Z L ⋅ ZV ⋅ Z R ⋅ Z W ⋅ Z X S H lim SHlim=1,15 [4] σ H lim =900 N/mm2 [4] tab.2.4 Z L = 1; ZV = 1; Z R = 1; ZW = 1; Z X = 1; Z NT = 1; [4] σ HP =782,602
σ HP =
5.8.Alegerea numarului de dinţi. Se alege z1=17 pentru ca sa nu apara interferenta z2= z1 ⋅ i12 =68 5.9.Modulul angrenajului. T ⋅ cos 2 β u + 1 Z H ⋅ Z E ⋅ Z β 3 .6 ⋅ 1 ⋅ ⋅ mn= 3 σ HP b 2 u ⋅ z1 mn
2
mn=2.13869 se alege din STAS 822-82 m=2 5.10.Distanţa între axe. mSTAS z1 + z 2 ⋅ cos β 2 awSTAS=90
a=
a=90.455 mm
5.11.Modulul în secţiune frontală. mt=
mn cos β
mt=2,1283
5.12.Unghiul normal al cremalierei din secţiune frontală. tg αot=
tgα on =0,3773 cos β
αon=20˚ 5.13.Diametrele de divizare.
10
mn ⋅ z1 cos β mn ⋅ z2 d2= cos β d1=
d1=36,1821 mm d2=102,1613
5.14.Raportul de angrenare. U=
z2 z1
u=4
5.15.Unghiul de angrenare frontal. a
⋅ cos α t aSTAS cos αwt=0,9444 cos αwt=
tan αt=
αwt=21,17138˚
tan α
cos β tan αt=0,38732
αt=19,18891˚
inv αwt=tan αwt- αwt=0,017789 inv αt=tan αt- αt=0,01391 5.16.Suma deplasarii specifice. x1+x2=( inv αwt- inv αt) x1+x2=0.45294
z1 + z 2 2 ⋅ tan α
5.17.Coeficientul de deplasare a profilului in sectiune frontala. xt1 = x1 ⋅ cos β xt 2 =x2 ⋅ cos β
xt1=0.730 xt2=1.64
5.18.Numerele de dinti ale rotilor dintate cilindrice cu dinti drepti echivalente. zn1=
z1 cos 3 β
zn1=20.48785
11
zn2=
z2 cos 3 β
zn2=81.9514
5.19.Deplasarea specifica la roata motoare 1. z lg n 2 x +x x +x zn1 x1= 1 2 + 0.5 − 1 2 ⋅ 2 2 z n1 ⋅ z n 2 lg 100 x1=0.24574 5.20.Deplasarea specifica la roata condusa 2. x2 = ( x1 + x2 ) − x1
x2=0.207195
5.21.Coeficientul de scurtare a inaltimii dintelui. k = ( x1 + x2 ) −
z1 + z2 cos α − cos α wt ⋅ 2 cos β cos α wt
k=0.104506 5.22.Verificarea rotilor dintate la interferenta de subtaiere.
(
)
zmin1 =
2 ⋅ cos β ∗ ha − x1 sin 2 α
zmin 2 =
2 ⋅ cos β ∗ ha − x2 sin 2 α
(
z min1 = 12.1188 z1 > zmin1 conditie indeplinita
)
z min 2 = 12.7381 z 2 > zmin 2 conditie indeplinita
5.23.Diametre. 5.23.1.Diametrele cercurilor de cap z d a1 = mn 1 + 2 ⋅ x1 + 2 ⋅ ha∗ − 2 ⋅ k cos β
d a1 = 40 mm
z d a 2 = mn 2 + 2 ⋅ x2 + 2 ⋅ ha∗ − 2 ⋅ k cos β
d a 2 = 149 mm
12
5.23.2. Diametrele cercurilor de picior. z d f 1 = mn 1 + 2 ⋅ x1 − 2 ⋅ ha∗ − 2 ⋅ c ∗ cos β
d f 1 = 32.16 mm
z d f 2 = mn 2 + 2 ⋅ x2 − 2 ⋅ ha∗ − 2 ⋅ c ∗ cos β
d f 2 = 140 mm
5.23.3 Diametrele cercurilor de rostogolire.
d w1 =
cos α mn ⋅ z1 ⋅ cos β cos α wt
d w2 =
cos α mn ⋅ z2 ⋅ cos β cos α wt
d w1 = 36.49 mm d w 2 = 145.84 mm
5.23.4. Diametrele cercurilor de baza. d b1 = d w1 ⋅ cos α wt
d b1 = 33.99 mm
d b 2 = d w 2 ⋅ cos α wt
d b 2 = 146.99 mm
5.24.Inaltimea dintelui.
(
h = mn 2 ⋅ ha∗ + c ∗ − k
)
5.25. Latimea rotilor b2 = ψ a ⋅ awSTAS = 0.35 ⋅ 90 b1 = b2 + 1 ⋅ m = 31.5 + 2
h=4.79 mm b2 = 31.5 [ mm]
b1 = 33.5 [ mm]
ψ a = factorul latimii danturii [4] ψ a = 0.35 [4]
5.26.Arcele dintilor pe cercurile de divizare
13
π ⋅m ⋅ 2 ⋅ m ⋅ x1 ⋅ tgα S1 = 4.247 mm 2 π ⋅m S2 = ⋅ 2 ⋅ m ⋅ x2 ⋅ tgα S 2 = 9.542 mm 2 S1 =
5.27.Gradul de acoperire ra22 − rb22 + ra21 − rb21 − a ⋅ sin α ε= ε = 1.325 ε > 1 conditie indeplinita π ⋅ m ⋅ cos α 5.28.Pasul pe cercul de divizare p = m ⋅π
p = 6.283 [mm]
5.29. Lungimea peste dinti WN1 = m ⋅ [ ( N1 − 0.5) ⋅ π + 2 ⋅ x1 ⋅ tgα 0 + z1 ⋅ invα 0 ] ⋅ cos α 0 WN1 = 11.874 z1 + 0.5 9 WN 2 = m ⋅ [ ( N 2 − 0.5) ⋅ π + 2 ⋅ x2 ⋅ tgα 0 + z2 ⋅ invα 0 ] ⋅ cos α 0 WN 2 = 46.615 N1 =
z2 + 0.5 9 5.30.Verificarea gradului de acoperire a profilului N2 =
ε1 =
d a21 − d b21 2 ⋅ π ⋅ m ⋅ cos 20 0
ε 1 = 2.37
ε2 =
d a21 − d b21 2 ⋅ π ⋅ m ⋅ cos 20 0
ε 2 = 5.188
εa =
2 ⋅ a ⋅ sin 20 0 2 ⋅ π ⋅ m ⋅ cos 20 0
ε a = 6.233
ε α = ε1 + ε 2 − ε a
ε α = 1.325 ε α > 1 conditie verificata
5.31. Calculul fortelor care actioneaza in angrenaj .
14
5.31.1. Forta normala. 5.31.1.1. Pentru arborele 1. 2 ⋅ T1 Fn1 = Fn1 = 23.72 daN d w1 ⋅ cos α 0 ⋅ cos β 5.31.1.2. Pentru arborele 2. Fn 2 =
2 ⋅ T2 d w 2 ⋅ cos α 0 ⋅ cos β
Fn 2 = 21.35 daN
5.31.2. Forta tangentiala. 5.31.2.1. Pentru arborele 1. Ftn1 = Fn1 ⋅ cos α 0
Ftn1 = 22.28 daN
Fa1 = Fn1 ⋅ cos β ⋅ tgβ
Fa1 = 8.11 daN
Ft1 =
2 ⋅ T1 d w1
Ft1 = 20.95 daN 5.31.2.2. Pentru arborele 2.
Ftn 2 = Fn 2 ⋅ cos α 0
Ftn 2 = 20.06 daN
Fa 2 = Fn 2 ⋅ cos β ⋅ tgβ
Fa 2 = 7.30 daN
Ft 2 =
2 ⋅ T2 d w2
Ft 2 = 18.85 daN
5.31.3.Forta radiala. 5.31.3.1. Pentru arborele 1. Fr1 = Ft1 ⋅ tgα 0
Fr1 = 7.62 daN
5.31.3.2. Pentru arborele 2. Fr 2 = Ft 2 ⋅ tgα 0
Fr 2 = 6.86 daN
5.32.Calculul reactiunilor pe arbori. 5.32.1 Reactiunile pe verticala pentru arborele 1
15
Fr1 Fa1 ⋅ r1 − V1 = 13.271 daN ⋅ mm 2 b Fr F ⋅ r V2 = 1 + a1 1 V2 = 19.831 daN ⋅ mm 2 b V1 =
5.32.2 Reactiunile pe orizontala pentru arborele 1 b Ft1 ⋅ 2 H = 18.474 daN ⋅ mm H1 = − 1 b b Ft1 ⋅ 2 H = 18.474 daN ⋅ mm H2 = − − 2 b R1 = V12 + H 12
R1 = 13.984 daN ⋅ mm
R2 = V22 + H 22
R2 = 17.346 [daN ⋅ mm]
5.32.3 Determinarea momentelor incovoietoare pentru arborele 1 b M iV 1 = 356.895 daN ⋅ mm 2 b M iV 2 = V2 ⋅ M iV 2 = 532.455 daN ⋅ mm 2 b M iH 1 = H1 ⋅ M iH1 = 711.095 daN ⋅ mm 2 b M iH 2 = H 2 ⋅ M iH 2 = 711.095 daN ⋅ mm 2 M iV max = 532.455 daN ⋅ mm M iV 1 = V1 ⋅
M iO max = 711.095 daN ⋅ mm 2
M i max = M iV max + M iO max
2
M i max = 888.349 daN ⋅ mm
16
5. 32.4 Reactiunile pe verticala pentru arborele 2 Fr ⋅ 2 F ⋅ r V1 = 1 + a 2 1 V1 = 15.817 daN ⋅ mm 2 b Fr2 Fa 2 ⋅ r1 V2 = + V2 = 4.983 daN ⋅ mm 2 b
5.32.5 Reactiunile pe orizontala pentru arborele 2 b − Ft1 ⋅ 2 H = 17.39 daN ⋅ mm H1 = − 1 b b Ft1 ⋅ 2 H = 17.39 daN ⋅ mm H2 = − 2 b R1 = V12 + H12
R1 = 22.064 daN ⋅ mm
R2 = V22 + H 22
R2 = 16.174 daN ⋅ mm
17
5.32.6 Determinarea momentelor incovoietoare pentru arborele 2 b M iV 1 = 632.70 daN ⋅ mm 2 b M iV 2 = V2 ⋅ M iV 2 = 199.32 daN ⋅ mm 2 b M iH 1 = H1 ⋅ M iH 1 = 695.61 daN ⋅ mm 2 b M iH 2 = H1 ⋅ M iH 2 = 695.61 daN ⋅ mm 2 M iV max = 632.70 daN ⋅ mm M iV 1 = V1 ⋅
M iO max = 695.61 daN ⋅ mm 2
M i max = M iV max + M iO max
2
M i max = 940.30 daN ⋅ mm
18
6.Bibliografie
[1] A.Antal, P.Dumitru, F.Sucala, A.Cazima-„Reductoare” [2]I.Stefănescu, I.Crudu, D.Panţuru, L.Palaghian − “Atlas de Reductoare cu Roţi Dinţate”, Ed. Didactică şi Pedagogică”, Bucureşti 1981. [3]I.Draghici si alţii − “Organe de masini probleme”, Ed Tehnică, Bucureşti 1983 [4] A.Adalbert, O.Tataru, − “Elemente privind proiectarea angrenajelor”, Editura ICPIAF, 1998. [5]I.Draghici şi alţii − “Îndrumător de proiectare în construcţii de masini”, Ed. Tehnică. [6]V.Handra-Luca, I.Stoica − “Introducerea în teoria mecanismelor vol I”, Ed. Dacia, Cluj Napoca 1982. [7]A.Chişiu si alţii − “ Organe de maşini”, Bucureşti 1981
19