РЕФЕРАТЫ ПО ТРАНСПОРТУ

Реферат: Расчет коробки скоростей

Оглавление

Выбор задания
Выбор и обоснование кинематической схемы станка
Определение частот вращения выходного вала (шпинделя)
Построение кинематической схемы сложной коробки скоростей…7
Построение структурной сетки12
Анализ структурной сетки…13
Построение структурного графика ( графика частот вращения)…..16
Анализ структурного графика (графика частот вращения)…...18
Определение передаточных отношений….24
Расчет чисел зубьев…...25
Расчет энергосиловых параметров коробки скоростей и выбор
электродвигателя…29

030501.080602.041.000 ПЗ Лис
т

ИзмЛис№ ПодпиДат
т документась а

1. Выбор задания

Таблица 1
Исходные данные для проектирования

Тип станка
Основные размеры
мм
(
Число ступеней
Z
n min
обмин
Мощность, P
кВт

Токарный
Н=160; L=600
1.26
7
125
4.8

030501.080602.041.000 ПЗ Лис
т

ИзмЛис№ ПодпиДат
т документась а

2. Разработка кинематической схемы

Основой для проектирования коробки скоростей является разработка полной
кинематической схемы и графика частот вращения, обеспечивающей наиболее простую
структуру коробки. Общие требования к коробкам скоростей: минимальная масса,
минимальное число валов и число передач, высокий КПД, низкий уровень шума,
технологичность, надежность в эксплуатации.
2.1. Структурная формула
Z = Zх1 Ч Zх2 Ч Zх3,
где Zх1 – числа передач в первой, второй, третьей и т.д ступенях;
Х1, Х2, Х3 – характеристики группы, обусловленные вариантом включения передач
при переходе с одной частоты вращения шпинделя на другую.
На графиках частот вращения и структурной сетке характеристика показывает на
сколько интервалов (полей) должны расходиться соседние лучи скоростей в одной
коробке. В нашем примере:
Z = 7 = 21 Ч 22 Ч 23
(Основная группа имеет 2 передачи, с характеристикой х0=1.Первая переборная
группа – имеет 2 передачи и характеристику х1=2, вторая переборная х2=3)

030501.080602.041.000 ПЗ Лис
т

ИзмЛис№ ПодпиДат
т документась а

Количество возможных конструктивных вариантов (K kc) одной и той же структуры
равно числу перестановок m групп и определяется по формуле:

К кс = ,

где q - количество групп с одинаковым числом передач, m – количество
элементарных коробок.
(Z = 7) m = 3, q = 3, число конструктивных вариантов K kc = 1,

К кс = =1 ,

Следовательно, Z = 2 Ч 2Ч 2
3. Количество кинематических вариантов коробки
Кинематические варианты компоновки коробки скоростей указывают на порядок
расположения характеристик групп передач.
Число кинематических вариантов (К кн) определяется по формуле:

К кн = m!
(Z = 7): К кн = 3! = 6,
Возможны варианты: х0 = 1, х1 = 3 или х0 = 2, х1 = 1.

030501.080602.041.000 ПЗ Лис
т

ИзмЛис№ ПодпиДат
т документась а

Общее число всевозможных вариантов (конструктивных и кинематических) (К) для
обычных множительных структур определяется по формуле:

К кс = ,

Для шестиступенчатой коробки передач m =2, q= 1, следовательно

К кс = = 6 ,

Возможно получить шесть вариантов компоновки коробки скоростей для

4. Выбор варианта структуры коробки и обоснование его оптимальности

Z = Z х1 Ч Zх2 Ч Zх3 Ч …Ч.Zхт

Требования, предъявляемые к выбору оптимального варианта коробки представлены в
табл. 2.
Таблица 2
Требования к выбору оптимального варианта компоновки коробки.

Требование
Математическое выражение

Стремиться принимать число передач в группах равно 2 или 3.
Zгр = 2 или 3

Число передач уменьшается при приближении к шпинделю
Z х0 > Zх1 > Zх2 ..> Zхт

Предпочтительно за основную принимать первую группу, а харак- теристики
переборных групп должны возрастать по мере приближения к шпинделю.
Х0 < Х1 < ….. < Хт

030501.080602.041.000 ПЗ Лис
т

ИзмЛис№ ПодпиДат
т документась а

На шпинделе рекомендуется устанавливать минимальное число колес и располагать
их по возможности ближе к передней опоре. Одиночные понижающие передачи
предпочтительно конструировать ближе к шпинделю. Более высокие частоты вращения
уменьшают крутящие моменты, поэтому они должны быть смещены к промежуточным
валам.

5. Разработка кинематической схемы коробки скоростей.

Для нашего примера, в соответствии с приведенными выше требованиями к компоновке
коробки скоростей выбираем следующий
вариант структурной формулы:

Z = 7 = 21 Ч 22 Ч 23
При выборе данного варианта соблюдаются условия:
- Число передач в группе 2.
- Основная и переборная группа имеют одинаковое число ступеней равное 2.
- Характеристики групп возрастают по мере приближения к шпинделю
(Х0 = 1 – основная группа, Х2 = 2 –первая переборная группа, Х3 = 3 – вторая
переборная группа)
Кинематическая схема для выбранного варианта структурной формулы приведена на
рис. 1.
030501.080602.041.000 ПЗ Лис
т

ИзмЛис№ ПодпиДат
т документась а

рис. 1

6. Построение структурной сетки
Структурная сетка дает представление о количестве передач между валами,
знаменателе и диапазоне регулирования элементарных коробок, последовательности
включения передач для обеспечения ряда частот вращения шпинделя. Структурная
сетка характеризует закономерности изменения передаточных отношений в групповых
передачах при изменении частот вращения шпинделя по геометрическому ряду.
Число валов в коробке равно (m+1), соответственно
030501.080602.041.000 ПЗ Лис
т

ИзмЛис№ ПодпиДат
т документась а

Структурная сетка строится в следующем порядке (см. рис. 3):
1). На чертеже в произвольном масштабе построим структурную сетку. Количество
вертикальных прямых, равное (m +1), соответствует числу валов коробки, в нашем
случае, при m = 3, число валов – четыре.
2). На равном расстоянии друг от друга наносим столько горизонтальных прямых,
сколько ступеней частот вращения имеет проектируемая коробка. В нашем случае,
число ступеней равно 7 (рис. 2.).
3). Наносим на линии четвертого вала (без указания величин) точки n1 – n7,-
изображающие частоты вращения шпинделя. Первый вал имеет одну частоту вращения,
следовательно на вертикальной линии первого вала наносим исходную точку 0
симметрично относительно nmin = n1 и nmax = n7, на уровне n4.
4). Первая группа состоит из двух передач, поэтому из точки О проводим два луча,
при этом первому множителю 21 соответствует характеристика х = 1, т.е. на
вертикальной линии вала на структурной сетке расстояние между точками 1 – 2
равно одному интервалу Для следующего множителя 22 характеристика х = 2, а
расстояние между точками 3 – 5 и 4 – 6 равно двум интервалам, для множителя 23
характеристика равна х = 3 и расстояние между n1 – n4, n2 – n5, n3 – n6, n4 – n7
равно трем интервалам.
5). Полученные точки соединяем лучами.

7. Анализ структурной сетки
7.1. Симметричность и веерообразность расположения лучей.
Структурная сетка симметрична в пределах каждой группы.

7.2. Проверка оптимальности выбранного варианта сетки по диапазону
регулирования.

R = (Хпп (Zпп -1),
где Zпп– число передач (ступеней) последней переборной коробки. В примере Zпп
(Z2) равно 2. Хпп – характеристика последней переборной коробки (хпп=3).
Условие оптимальности R ( [R], где [R] = 8
В примере R = 1,26 3(2-1) = 2 ( 8
Все условия соблюдены, следовательно выбранный вариант структуры можно считать
оптимальным.
030501.080602.041.000 ПЗ Лис
т

ИзмЛис№ ПодпиДат
т документась а

I II III
IV

Х = 1 Х = 2 Х = 3
030501.080602.041.000 ПЗ Лис
т

ИзмЛис№ ПодпиДат
т документась а

8. Построение структурного графика (графика частот вращения)

График частот вращения (структурный график) (рис. 4) является видоизмененной
структурной сеткой. Он показывает действительные значения частных передаточных
отношений передач и частот вращения валов.
Для построения графика частот вращения необходимо рассчитать числа оборотов
шпинделя по формуле
ni = n min Ч (n-1
Для нашего примера при ( = 1,26

n1 = nmin = 125 обмин
n2 = nmin Ч (1 = 157,5 обмин n5 = nmin Ч (4 = 315,06 обмин
n3 = nmin Ч (2 = 198,45 обмин n6 = nmin Ч (5 = 396,97 обмин
n4 = nmin Ч (3 = 250,05 обмин n7 = nmin Ч (6 = 500,19 обмин

Принимаем в соответствии с нормальными рядами чисел в станкостроении следующие
значения чисел оборотов шпинделя:

n1 = nmin = 125 обмин
n2 = nmin Ч (1 = 160 обмин n5 = nmin Ч (4 = 315 обмин
n3 = nmin Ч (2 = 200 обмин n6 = nmin Ч (5 = 400 обмин
n4 = nmin Ч (3 = 250 обмин n7 = nmin Ч (6 = 500 обмин

Выполним анализ по отклонению ( n % ( ( 10 ((-1)

В нашем примере ( n % ( ( 10 (1,26-1) = 2,6 %

Сравнивая расчетные и стандартные значения частот вращения шпинделя, можно
увидеть, что наибольшая разность соответствующих частот вращения имеет место для
n6 и составляет 0.76 % что меньше допускаемого отклонения.

030501.080602.041.000 ПЗ Лис
т

ИзмЛис№ ПодпиДат
т документась а

8. Анализ структурного графика (графика частот вращения).

Анализ графика частот вращения производится по показателям:
Частоту вращения первичного вала выбираем наибольшей.
n = n мах = 500 обмин
Так как электродвигатель имеют большую частоту вращения nэд=750 обмин, то
предполагается использовать зубчатую или ременную передачу между валами 0 и 1.
Передаточные отношения должны удовлетворять двум условиям:
1) Передаточное отношение в группах должно постепенно уменьшаться по мере
приближения к шпинделю.
2) Для ограничения размеров зубчатых колес и радиальных габаритов коробок
скоростей нормалями станкостроения установлены пределы передаточных отношений:
I min ( 1/4, I max ( 2
Для Z=7 = 21 ( 22( 23 и ( = 1,26
iнаиб = (0 = 1,260 = 1 iнаим = (-3 = 1,26-3 = 12,

В рассматриваемом случае соблюдаются оба условия, следовательно, данная
структура может быть применена.
030501.080602.041.000 ПЗ Лис
т

ИзмЛис№ ПодпиДат
т документась а

II I II III
IV

Рис. 4. Структурный график или график частот вращения для коробки
Z=7 = 21 ( 22( 23
030501.080602.041.000 ПЗ Лис
т

ИзмЛис№ ПодпиДат
т документась а

9. Определение передаточных отношений

Частные передаточные отношения определяют по графику частот вращения. Их
выражают через знаменатель геометрического ряда (:
i = ( (k
где к - число интервалов между смежными валами, которые пересекает данный луч
на графике частот вращения.
Знак «плюс» принимается для ускоряющей передачи, «минус» - для замедляющей
передачи, для горизонтальных лучей к = 0, i = 1

Используя график частот вращения (рис. 3) определяем передаточные отношения:

i1=(0 = 1,26 0 = 1 i4=(-2 = 1,26
-2 = 7 : 11
i2=(-1 = 1,26 -1 = 4 : 5 i5=(0 = 1,26 0 =
1
i3=(0 = 1,26 0 = 1 i6=(3 = 1,26 -3
= 1 : 2
030501.080602.041.000 ПЗ Лис
т

ИзмЛис№ ПодпиДат
т документась а

10. Расчет чисел зубьев

Числа зубьев рассчитываем отдельно для каждой группы передач, используя частные
передаточные отношения, найденные по графику частот вращения.
При расчете необходимо соблюдать следующие условия:
- минимальные числа зубьев ведущего колеса 18-20, максимальные для ведомого
колеса - 100.
- для обеспечения постоянства межосевого расстояния суммы чисел зубьев
сопряженных колес должны быть равными, т.е.
Z1 + Z2 = Z3 + Z4 = Z5 + Z6 = … = const
где Z1, Z3, Z5, …- числа зубьев ведущих зубчатых колес элементарной двухваловой
передачи; Z2, Z4, Z6, …- соответствующие им числа зубьев ведомых зубчатых колес.

030501.080602.041.000 ПЗ Лис
т

ИзмЛис№ ПодпиДат
т документась а

Определим фиктивные числа зубьев для колес коробки методом наименьшего общего
кратного (НОК)..
Для основной группы они определяются исходя из равенства:
A : B = Z1 : Z2 =( 0 = i1 ; C : D = Z3 : Z4 =( -1 = i2 ;
Для первой переборной группы исходя из равенства:
E : F = Z5 :Z6 =( 0 = i3; G : H = Z7 : Z8 =( -2 = i4 ;
Для второй переборной группы исходя из равенства:
K : L = Z9 : Z10 =( 0 = i5; M : N = Z11 : Z12 =( -3 = i6,,
где А, В, C, D, E, F, G, H, K, L, M, N – простые целые числа, которые являются
фиктивными числами зубьев.

Для основной группы передач получаем:

А = 1, В = 1, C = 4, D = 5,
Для первой переборной группы передач:

E = 1, F = 1,G = 7, H =11,
Для второй переборной группы передач:
K = 1, L = 1, M = 1, N = 2

030501.080602.041.000 ПЗ Лис
т

ИзмЛис№ ПодпиДат
т документась а

Определим наименьшее общее кратное Sz

Для определения Sz используем правило: «Sz равно наименьшему общему кратному
сумм простых целых чисел для данной группы передач»
Для основной группы передач

A + B = 1+1 = 2
C + D = 4+5 =9 , следовательно Sz = 18

Для первой переборной группы передач

E + F = 1+1 = 2
G + H = 7+11 = 18, следовательно Sz = 18
Для второй переборной группы передач

K + L = 1 + 1 = 2
M + N = 1+2 = 3, следовательно Sz = 6

Вычислим расчетные числа зубьев:

Для основной группы передач:

Z1 = Sz Ч A / (A + B) = 18Ч 1 / (1 + 1) =9
Z2 = SzЧ B / (A + B) = 18 Ч 1/ (1 +1) = 9
Z3 = Sz Ч C / (C + D) = 18Ч 4 / (4 + 5) = 8
Z4 = Sz Ч D / (C + D) = 18 Ч 5/ (4 + 5) = 10

030501.080602.041.000 ПЗ Лис
т

ИзмЛис№ ПодпиДат
т документась а

Для второй переборной группы передач:

Z5 = Sz Ч E / (E + F) = 18Ч 1 / (1+ 1) = 9
Z6 = Sz Ч F / (E + F) = 18Ч 1 / (1 + 1)= 9
Z7 = SzЧ G / (G + H) = 18Ч 7 / (7 + 11) = 7
Z8 = SzЧ H / (G + H) = 18 Ч 11/ (7 + 11) = 11

Для третьей переборной группы передач:

Z9 = SzЧ K / (K + L) = 6Ч 1 / (1 + 1) = 3
Z10 = SzЧ L / (K + L) = 6 Ч 1/ (1 + 1) = 3
Z11 = Sz Ч M / (M + N) = 6 Ч 1 / (1+ 2) = 2
Z12 = Sz Ч N / (M + N) = 6 Ч 2 / (1 + 2)= 4

Определим действительные числа зубьев колес коробки скоростей

Так как минимальное число зубьев колес должно быть не меньше 18, то увеличим
количество рассчитанных чисел зубьев в 2,5 раза для основной и первой переборной
группы, и в 10 раз для второй переборной группы. Таким образом, после умножения
получаем:

Z1 = 22,5 Z3 = 20 Z5 = 22,5 Z7 = 17,5 Z9 =
27 Z11 = 18
Z2 = 22,5 Z4 = 25 Z6 = 22,5 Z8 = 27,5 Z10
=27 Z12 = 36
Подачи (Z1 : Z2 ) ; (Z5 : Z6 ) ; (Z7 : Z8 ) необходимо корригировать

Произведем проверку на равенство сумм чисел зубьев, с целью обеспечения
одинакового межосевого расстояния для всех передач в одной группе.

Для основной группы:
Z1 + Z2 = Z3 + Z4 = 22 + 23 = 20 + 25 = 45
Для первой переборной группы:
Z5 + Z6 = Z7 + Z8 = 27+ 27 = 21+ 33= 54
Для второй переборной группы:
Z9 + Z10 = Z11 + Z12 = 27+ 27 = 18 + 36 = 54

Условие постоянства суммы SZ соблюдается.
030501.080602.041.000 ПЗ Лис
т

ИзмЛис№ ПодпиДат
т документась а

11. Расчет энергосиловых параметров коробки скоростей и выбор электродвигателя

Выбор электродвигателя. Принимаем электродвигатель по ближайшей частоте
вращения.
n = 750 обмин

Определим, что подача от электродвигателя на первый вал коробки скоростей
ременная. При выборе ременной передачи общий КПД коробки скоростей определяется
по формуле:
(о = (рп Ч (пк, Ч (зк
где к – количество пар подшипников качения в коробке скоростей.

(о = (рп Ч (пк Ч (зк = 0,96Ч0,994Ч0,973 = 0,84
Рассчитаем потребляемую мощность на электродвигателе станка:
Рэд = Рст / (о = 4,8 / 0,84 = 5,71 кВт,
где Рст - мощность станка, кВт; (о - общий КПД коробки скоростей.

Принимаем электродвигатель. 4А160S8
Мощность Рэд = 7,5 кВт, асинхронная частота вращения ротора

nа = 730 обмин

030501.080602.041.000 ПЗ Лис
т

ИзмЛис№ ПодпиДат
т документась а

Рассчитаем передаточное число ременной передачи с учетом коэффициента
скольжения по формуле:

i рем = n1 / (na ( 0,985) = 500 / (730 х 0,985) = 0,695

Рассчитаем диаметр ведущего шкива по формуле:

d1= k ( T0
где T0 - крутящий момент на валу электродвигателя, Н ( м;
к = 40 для клиноременной передачи
T0 = 9550 Рэд / na
Для нашего примера T0 = 9550 ( 7,5 / 730 = 98,12 Н ( м
Диаметр ведущего шкива равен
d1= k ( T0 = 40 ( 98,12 = 184,5 мм
Расчетный диаметр шкива округляем до ближайшего стандартного значения по ГОСТ
17383 - 73.
d1= 180 мм.

3.8.6 Рассчитаем диаметр ведомого шкива:

d2 = d1 / iрем = 180 / 0,695 = 258,99 мм

Округлим d2 до стандартного значения из ряда по ГОСТ 17383 - 73
d2 = 250 мм.
030501.080602.041.000 ПЗ Лис
т

ИзмЛис№ ПодпиДат
т документась а

3.8.7 Рассчитаем фактическое передаточное отношение ременной передачи:

iф рем = d1 ( (1 - () / d2 = 180 ( (1 – 0,015) / 250 = 0,71.

где ( - коэффициент скольжения, для ременных передач ( = 0,015

В нашем случае погрешность составляет менее 1%, поэтому значения диаметров
шкивов принимаем d1. = 160 мм, d2.= 230 мм.

3,8,8 Рассчитаем передаваемую мощность для каждого вала коробки скоростей по
формуле:
Рi = Рэд п ( (, кВт
где Рэд п - мощность электродвигателя, кВт;( - общий КПД, учитывающий потери
мощности от двигателя до рассчитываемого вала.
Расчетные значения передаваемой мощности для нашего примера приведены в табл.7.

Р1 = Рэд п ( (рп ( (пк = 4,8 х 0.96 х 0,99 = 4,56 кВт
Р2 = Р1 ( (зп ( (пк = Р1 х 0.96 х 0,99 = 4,38 кВт
Р3 = Р2 ( (зп ( (пк = Р2 х 0.96 х 0,99 = 4,2 кВт
Р4 = Р3 ( (зп ( (пк = Р3 х 0.96 х 0,99 = 4 кВт

3.8.9 Рассчитаем крутящие моменты на валах коробки скоростей по формуле:

Тi = 9550 ( Р i / n i min , Н(мм

где n i min - - минимальная частота вращения вала, обмин.

В качестве расчетной частоты вращения шпинделя принимаем частоту вращения
верхней ступени второй трети диапазона, т.е. n i min равную n3 = 200 об/мин.
030501.080602.041.000 ПЗ Лис
т

ИзмЛис№ ПодпиДат
т документась а

Т1 = 975 ( 104 ( 4,56 / 200 = 222,3 Н(мм
Т2 = 975 ( 104 ( 4,38 / 200 = 213,5 Н(мм
Т3 = 975 ( 104 ( 4,2 / 200 = 204,75 Н(мм
Т4 = 975 ( 104 ( 4 / 200 = 195 Н(мм

3,8,9 Произведем предварительный (ориентировочный) расчет валов коробки
скоростей.
Предварительный расчет диаметров валов выполняют из расчета на кручение, так как
нет данных о расстоянии между опорами, необходимых для учета изгибных
напряжений.
Предварительных расчет диаметров валов производится по формуле:

di = 5(Тi / [(]
где Тi – максимальный крутящий момент для рассчитываемого вала, Н*мм; d -
диаметр рассчитываемого вала, мм;
[(] - допускаемое значение напряжений кручения, МПа.
Для валов из конструкционных среднеуглеродистых марок сталей 45, 50 принимают
[(] = 20 МПа
Диаметр промежуточных валов округлим до ближайших больших стандартных значений
по ряду Ra 40.
Диаметр шпинделя в переднем подшипнике принимаем в зависимости от мощности
электродвигателя (табл. 6).
030501.080602.041.000 ПЗ Лис
т

ИзмЛис№ ПодпиДат
т документась а

d1 = 5(222300 / 20 = 38 мм, принимаем d1 = 38 мм

d2 = 5(213500 / 20 = 37,6 мм, принимаем d2 = 38 мм

d3 = 5(204750 / 20 = 37 мм, принимаем d3 = 38 мм

d4 = 5(195000 / 20 = 36,5 мм, принимаем d4 = 38 мм
030501.080602.041.000 ПЗ Лис
т

ИзмЛис№ ПодпиДат
т документась а

Литература

1. Анурьев В.И. Справочник конструктора – машиностроителя: в 3т.
М.: Машиностроение, 1985. Т.2, 559 с.
2. Проектирование металлорежущих станков и станочных систем:
проектирование металлорежущих станков; Справочник –
учебник/под ред. А. С. Проникова._ М, Машиностроение,1995.-448 с.
4. Проников А. С. Расчет и конструирование металлорежущих станков.
Учеб. для ВУЗов.- М.: Высш. Школа,- 2000.-
5. Тарзиманов Г. А. Проектирование металлорежущих станков. М.:
Машиностроение,- 1980, - 280 с.
6. Шейнблит А. Е. Курсовое проектирование деталей машин: учебник
для техн..- М Высшая школа. – ФГИПП.- 1999.- 432 с..
7. Дунаев Леликов Курсовое проектирование деталей машин: учебник для ВУЗов.-
М Высшая школа. 1999.- 420 с.
8. Кочергин А. А, Конструирование и расчет металлорежущих станков
и станочних комплексов: Учеб. пособие для ВТУЗов.- Минск. –
Вышейш. школа. – 1991, 382 с.
9. Левятов Д.С. Расчеты и конструирование деталей машин: Учеб. для
Вузов.- М.: Высш. шк. 1985. 380 с.
030501.080602.041.000 ПЗ Лис
т

ИзмЛис№ ПодпиДат
т документась а
-- q!
m!
3!
3!
(m!)2
q!
(3!)2
3!
n3

n2

n1

I3 = (0
=Z5:Z6

I1 = (0
=Z1 : Z2

n4

n5

n6

n7

6
5
4
3
2
1
0
обмин
125
160
200
250
315
400
500
6
7
4
5
0
1
2
3
Вал двигателя
n = 750 об/мин
i4= 1( 2 =Z7 : Z8
I6 = 1(3 =Z11:Z12
i2 = 1(1
=Z3 : Z4

I5 = (0
=Z9:Z10

3
3

3
3
3
3
3

Все рефераты по транспорту