reductor melcat cu o treapta
TRANSCRIPT
1. Memoriu tehnic1.1. Reductoare - consideratii generale
Reductoarele cu o singură treaptă de reducere sunt cele mai simple si se pot
împărţi în următoarele tipuri de bază, în funcţie de tipul angrenajului:
- cu roţi dinţate cilindrice cu dinţi drepţi sau înclinaţi;
- cu roţi conice;
- angrenaje melc-roată melcată.
Componentele principale ale reductoarelor cu o singură treaptã de reducere sunt
următoarele:
- cei doi arbori respectiv arborele de intrare şi cel de ieşire;
- roţile dinţate;
- lagărele;
- elementele de etanşare;
- dispozitivele de ungere;
- carcasa reductorului;
- capacele;
- indicatorul de nivel al uleiului;
- aerisitorul;
- elementele pentru ridicarea reductorului;
- dopul de golire, organele de asamblare.
Arborii sunt realizaţi de obicei cu secţiune variabilă, având capetele cu diametrul
şi lungimea standardizată, prevăzute cu pene pentru transmiterea momentelor de torsiune.
Arborele pe care se introduce mişcarea în reductor se poate executa împreuna cu pinionul
cilindric, cu pinionul conic sau cu melcul motive de reducere a gabaritului şi creşterii
rezistenţei pinionului.
Roţile dinţate cilindrice, conice şi roata melcatã sunt montate pe arbori, prin
intermediul unor pene paralele fixate axial cu ajutorul umerilor executaţi pe arbori, cu
bucşe distanţiere etc. În cazul când dantura se execută din materiale deficitare se
recomandă executarea roţii din două materiale.
Lagărele, în general, sunt cu rostogolire, folosind rulmenţi cu bile sau cu role.
Uneori, la turaţii mici, reductoarele se pot executa şi cu lagăre de alunecare. Ungerea
rulmenţilor se poate realiza cu ajutorul uleiului din reductor sau cu vaselină destinată în
acest scop. Reglarea jocului din rulment se face prin intermediul capacelor sau piuliţelor
speciale pentru rulmenţi, tinând seama de sistemul de montare în O sau in X.
Elementele de etanşare utilizate mai frecvent în cazul reductoarelor sunt
manşetele de rotaţie cu buza de etanşare şi inelele de pislă.
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 etc.).
Carcasa reductorului se compune în general din douã părti, corp şi capac,
asamblate între ele prin ştifturi de centrare şi prin suruburi de fixare. ştifturile de centrare
sunt necesare pentru asigurarea unei poziţii precise a capacului în raport cu corpul
reductorului. De cele mai multe ori carcasa este realizatã prin turnare având prevăzute
nervuri de rigidizare şi rãcire. În cazul unor unicate sau serii mici de fabricatie carcasa se
poate realiza şi prin sudură. La construcţiile sudate cresc cheltuielile legate de manoperă,
dar se reduc cheltuielile legate de pregătirea fabricaţiei, comparativ cu varianta de carcasa
turnată. Pentru fixarea reductorului pe fundaţie sau pe utilajul unde urmează să
funcţioneze, în corp sunt prevăzute găuri în care intră suruburile de prindere.
Capacele servesc la fixarea şi reglarea jocurilor din rulmenţi, la asigurarea
etanşării, fiind prinse în peretele reductorului cu ajutorul unor şuruburi.
Indicatorul nivelului de ulei din reductor 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.
Elementele pentru ridicarea reductorului şi manipularea lui sunt realizate sub
forma unor inele de ridicare cu dimensiuni standardizate şi fixate în carcasa prin
asamblare filetată. Uneori, tot în scopul posibilităţii de ridicare şi transportare a
reductorului, pe carcasă se execută nişte umeri de ridicare (inelari sau tip cârlig). La
reductoarele de dimensiuni mari întâlnim ambele forme, inele de ridicare în capacul
reductorului şi umeri de prindere pe corp.
1.2. Reductoare melcate :
Angrenajul melcat s-a obţinut din angrenajul elicoidal urmărindu-se eliminarea
dezavantajului de contact punctiform care combinat cu viteza mare de alunecare
favorizează tendinţa de gripare. Unghiul de încrucisare al axelor se ia de 90 de grade şi
pentru obţinerea unui raport de transmitere mare numărul de dinţi al roţii motoare este
cuprins în intervalul (1...4), iar cel al roţii conduse este mai mare sau egal cu 28. Roata cu
numărul mic de dinţi se numeşte melc, iar roata cu numărul mare de dinti se numeşte
roată melcată. Pentru eliminarea contactului punctiform roata melcată cuprinde melcul,
şi astfel între flancurile dinţilor apare contact liniar, datorită căruia capacitatea portantă
creşte, condiţiile de ungere şi frecere a peliculei de lubrifiant sunt mai favorabile şi
pierderile prin frecare se reduc.
Angrenajele melcate pot fi:
- cu melc cilindric şi roată globoidală;
- cu melc globoidal şi roată cilindrică cu dinţi înclinaţi;
- cu melc globoidal şi roată globoidală.
În practicã, cel mai des utilizat este cel cu melc cilindric şi roată globoidală.
Pentru angrenare corectă, roata trebuie să fie pozitionată precis pe direcţia axială,
iar melcul axial poate fi deplasat puţin.
În funcţie de procedeul de prelucrare flancurile dinţilor la melcii cilindrici sunt
suprafeţe elicoidale de diferite tipuri prezentate în STAS 6845-81: ZA, ZN, ZK, ZI si ZT.
2. Memoriu justificativ de calcul
2.1. Date initiale
Reductor melcat cu o singura treapta
Puterea la motorul electric;Pm 1.5 KW
Turatia arborelui de iesire al motorului;nm 2850
rot
min
itot 11.4 Raportul de transmitere total.
2.2. Calculul rapoartelor de transmisie
iSTAS 12 raportul de transmisie al treptei melcate STAS 6012 - 82
uteoretic 11.5 raportul de transmisie teoretic al treptei melcate;
z1 4 numarul de iceputuri al melcului;
z2 z1 iSTAS
z2 48 numarul de dinti ai rotii melcate;
z2 48
Observatie STAS 13024 - 91 : se recomanda ca z2 sa nu fie multiplu intreg al lui
z1 .
uz2
z1
u46
4 u 11.5
Eroarea relativa al raportului de transmisie:
u 100u uteoretic
uteoretic %
u 0 % se afla in intervalul + - 2,5;
Raportul de transmisie real al angrenajului melcat:
i u i 11.5
iSTAS 12
2.3. Calculul turatiilor
Turatia arborelui de intrare in reductor:
n1 nm
n1 2.85 103
rot
min
Raportul de transmisie standardizat al angrenajului:
Turatia arborelui de iesire:
n2
nm
itot
n2 250rot
min
2.3 Calculul puterilor
m 0.82 randamentul angrenajului melcat conform [Anexa 1]
rul 0.99 randamentul unei perechi de rulmenti;
Puterea pe arborele de intrare in reductor(la melcul z1):
P1 Pm rul P1 1.485 kW
Puterea pe arborele de iesire(la roata melcata):
P2 Pm m rul rul P2 1.206 kW
2.4. Calculul momentelor de torsiune
Momentul de torsiune pe arborele de intrare:
T1 9550000P1
n1 T1 4.976 10
3 N mm
N mmT2 9550000
P2
n2 T2 4.605 10
4
2.5. Calculul angrenajului melcat
Puterea nominala de transmis : P1 1.485 [kW]
Turatia melcului : n1 2.85 103 [rot/min]
Raportul de angrenare : udat 12
Durata minima de functionare a angrenajului : Lh 10000 [ore]
Conditiile de functionare ale angrenajului :
- sursa de putere motor electric
- masina antrenata transportor
- caracterul sarcinii sarcina uniforma
- marimea socurilor socuri moderate
Profilul melcului de referinta in sectiune axiala:
20o - unghiul de presiune de referinta;ha = 1 - coeficientul inaltimii capului de referinta;
c* = 0.25 - coeficientul jocului la capul dintelui de referinta.
Alegerea materialului melcului si rotii melcate si al tratamentului termic
materialul rotii melcate se alege in functie de viteza de alunecare, care se estimeaza cu relatia:
al 4 n1 3T2
10
5 al 4.086m
s
materialul melcului : 15Cr08 [anexa 33]
material pentru roata: CuSn12T
Tensiunile limita pentru solicitarea de contact
Hlim2 160 Mpa
[anexa 25]Flim2 70 Mpa
2.6. Calculul de dimensionare si verificare
numarul de inceputuri ale melcului si numarul de dinti ai rotii melcate:
z1 4
z2 48
Raportul de angranare real:
u 11.5
Coeficientul diametral al melcului:
q 12 Pm 4
Unghiul de inclinare al elicei directoare pe cilindrul de referinta:
atanz1
q
180
18.435 grade
Factorul de elasticitate al materialelor rotii melcate:
Factorul regimului de functionare:
[anexa 20]KA 1.25
Factorul dinamic:
KV se alege functie de viteza de alunecare si treapta de precizieal
Pentru treapta de precizie 7 si viteza de alunecare mai mica decat 1,5 m/s :
KV 1.1
Factorul de repartizare a sarcinii pe latimea danturii, pentru solicitarea de contact:
pentru sarcina constanta, KH 1
Numarul de cicluri de solicitare:
NL2 60 n2 10000 NL2 1.5 108
Factorul de influenta a durabilitatii asupra rezistentei materialului la oboseala in solicitarile de contact:
ZN2
810
7
NL2 pentru NL2 25 10
7
NL2 25 107
ZN2 0.67 pentru
deoarece NL2 25 107 rezulta ca:
ZN2 0.67ZN2
810
7
NL2
Factorul de influenta a variatiei razei de curbura echivalente in procesul angrenarii asupra solicitarilor de contact (se considera x=0):
x 0
Zc 0.6 0.01x 0.005z1 0.0014z2 0.008q
Zc 0.609
Tensiunea admisibila pentru solicitarea de contact:
HP2 Hlim2ZN2
HP2 114.053 MPa
Calculul distantei axiale pe baza solicitarilor de contact(se considera x=0):
awnecH 0.6 1q 2 x
z2
3
T2
ZE ZH Zc
HP2
2
KA KV KHz2
q 2 x
awnecH 76.154 mm
Calculul distantei axiale pe baza solicitarilor termice:
k 3 pt. z1=4
m 0.82
Coeficientul de transfer termic:
1 18W
m2
grad C
Coeficientul de transfer prin fundatie:
1 0.15
Puterea corectata la arborele melcului:
K18
1 K1 0.444
Pc P1 K1 Pc 0.66 kWTemperatura de regim trebuie sa fie t ta 70 gradePentru a micsora viteza de oxidare a uleiului, adoptam:t 45 grade C
Temperatura mediului ambiant: t0 20 grade C
Az2 4 k 6 q 3 k 8( ) 11 k 2( )
2
z2 q 2
A 0.455
B 0.01 119 k 2( )
z2 q
B 0.118
C 0.001310
31 m Pc
4 1 1 1 t t0
C 0.056
aw.nec.termic 103 B
24 A C B2 A
aw.nec.termic 144.929 mm
Se adopta: aw.nec 144.929 mm
Rezulta
Modulul axial necesar:
mxnec
2 aw.nec
q z2 mxnec 4.831 mm
Modulul axial standardizat (STAS 6845-82):
mx 5 mm [nanexa 4]
Reglarea coeficientului diametral al melcului in functie de mx:
q 10 [anexa 5]
Calculul distantei axiale elementare:
aw
mx q z2
2 aw 145 mm
Calculul diametrului de referinta al melcului:
mm
d1 mx q d1 50
Diametre medii:
dm1 mx q
dm1 50
dm2 mx z2 2 x
dm2 240
Verificare :
aw 145
-se verificadm2 dm1
2145
Calculul diametrelor de divizare:
dw1 mx q 2 x( ) dw1 50 mm
d2 mx z2 d2 240 mm
Calculul diametrelor cercurilor de picior:
ha 1 c 0.25
df1 mx q 2ha 2 c df1 37.5 mm
df2 mx z2 2 ha 2 c 2 x df2 227.5 mm
Diametrele cercurilor de cap:
da1 mx q 2 ha da1 60 mm
da2 mx z2 2 ha 2 x da2 250 mm
Diametrul exterior al rotii:
km 1 daca z1=4
de2 da2 km mx de2 255 mm
Calculul latimii rotii melcate:
b2 0.75da1 b2 45 mm
Calculul lungimii b1 al melcului (STAS 13023-91):
b1 12.5 0.09z2 mx b1 84.1 mm
Conform STAS 6845-82, notarea melcului de referinta este:
melc de referinta ZK1 (250) 3x2,5x14/dr,
unde 250 este diametrul frezei disc si al discului de rectificat, sensul inclinarii danturii este dreapta.
Pe baza faptului ca melcul este frezat si rectificat, lungimea lui se majoreaza cu 25 mm (pentru mx < 10 mm)
b1 109.1 mm
Viteza periferica a melcului respectiv a rotii melcate:
1
dw1 n1
60000
1 7.461m
s
2
d2 n2
60000 2 3.142
m
s
Recalcularea unghiului de inclinare a elicei directoare pe cilindrul de referinta(pt. q=14):
atanz1
q
180
21.801 grade
Viteza de alunecare:
a1
1
cos deg a1 8.036m
s
Factorul dinamic:
Kv 1.2 [anexa 23]
Recalcularea factorului zonei de contact
w atanz1
q 2 x
180
w 21.801
ZH
2 cos w deg
cos t deg sin t deg ZH 2.356
Recalcularea coeficientului Zc
Zc 0.6 0.01x 0.005z1 0.0014z2 0.008q
Zc 0.593
Tensiunea efectiva de contact:
H 0.45ZE ZH Zc T2 KA KV KH
1q 2 x
z2
aw
3
z2
q 2 x
H 40.862
Numarul de dinti ai rotii echivalente rotii melcate:
zn2
z2
cos w deg 3
zn2 59.969
Factorul de forma al dintelui rotii melcate pentru solicitarea de incovoiere:
YFa2
f zn2 x Y
YFa2 2.34
Factorul inclinarii dintilor pentru solicitarea la incovoiere:
Y 1
120 deoarece 24
Y 0.818
Factorul de repartizare a sarcinii pe latimea danturii, pentru solicitarea de incovoiere:
KF KH KF 1
Tensiunea maxima de incovoiere pentru dintele rotii melcate:
F2
1.5 T2 KA KV KF Y YFa2
dw1 d2 mx
F2 3.031 MPa
Factorul de influenta a durabilitatii asupra rezistentei materialului la solicitarea de incovoiere:
NL2 1.5 108 25 10
7
YN2
910
6
NL2
YN2 0.573
Tensiunea admisibila pentru solicitarea de incovoiere:
FP2 Flim2YN2 FP2 40.115
F2 3.031
F2 FP2 Conditie indeplinita
2.7. Elemente de control
Grosimea spirei melcului pe coarda in sectiune normala, respectiv frontala:
Sn mx 2 x tan deg 2
cos deg
Sn 7.292 mm
St mx 2 x tan deg 2
St 7.854 mm
Alegem o toleranta a jocului dintre flancuri de tip c, care corespunde unui ajustaj al rotilor dintate in angrenare de tip C.
Abaterea minima a grosimii spirei melcului:Abaterea superioara a grosimii spirei melcului Ess pe coarda normala de referinta se adopta
ca suma a 2 termeni I si II. Astfel,
pentru ajustajul de tip C, rezulta: EssI 105 m [anexa 32]
EssII 75 m [anexa 32]pentru treapta de precizie 7, rez:
Deci
Ess EssI EssII Ess 180 m
Toleranta bataii radiale a spirei melcului:
fr 18 m [anexa 32]
Toleranta la grosimea spirei melcului:
pentru o toleranta a jocului dintre flancuri de tip c rezulta:
Ts 45 m [anexa 32]
Valorile reale ale grosimii spirei melcului pe coarda constanta vor fi:
Ess 0.180Sn 7.292 Sn 7.292
Ess Ts 0.135
Ess 0.180St 7.854 St 7.854
Ess Ts 0.135
2.8. Dimensionarea arborilor
Arborele I:
se confectioneaza din 15Cr08
Rm 1000 MPa
T1 4.976 N m
kRm
550 k 1.818
Tc1
T1
k
Din STAS 8734/3-74 rezulta:
d11 14 mm
Din STAS 8724/4-77 rezulta lungimea capatului de arbore:
l11 30 mm
Pe tronsonul 2 se monteaza manseta de rotatie 018030-1 F STAS 7950/2-87 cu dimensiunile:
d12 18 mm
Momentul de torsiune de transmis:
Tc1 2.737 N m
diametrul exterior al mansetei:
D 30 mm
latimea mansetei: b 7 mm
l12 10 mm
Pe tronsonul 3 avem rulmentul.
d13 22 mm
d13STAS 25 mm
Se alege rulmentul radial axial cu role conice seria: 32005 STAS 3920-87
dimensiuni d 25 mm
D1 47 mm
T11 15 mm
C1 20400 N
l13 30 mm
Tronsonul 4 avem melcul
d14 da1d14 60 mm
l14 105 mm
Ultimul tronson va purta rulmentul de pe tronsonul 3, deci:
d15 25 mm
l15 T11 2 mm l15 17 mm
Arborele II:
material 41MoCr11
Rm 1000 k 1.818
T2 46.05 N m
T2c
T2
k T2c 25.328
d21 28 mm
b2 45 l21 b2 2
l21 43 mm
d22 32 mm
Se alege manseta de rotatie 032045 din STAS 7950/2-87
d22 32 mm
D 45 mm
b 8 mm
d23 35 mm
Se alege rulmentul radial axial cu role: 32007 STAS 3920-87
d 35 mm
D2 62 mm
T12 18 mm
C2 33500 N
Pe tronsonul 4 se monteaza roata melcata:
d24 d23 5 mm
d24 40 mm
pe tronsonul 5 vine montat un rulment identic ca cel de pe tronsonul 3
d25 35 mm
2.9. Calculul fortelor :
forta tangentiala
- pe arborele 1
- pe arborele 2
Ft1
2 T1
dm1
Ft1 0.199
Ft2
2 T2
dm2
Ft2 0.384
0.14
Forta radiala
- arborele 1
- arborele 2
atan
cos deg
180
4.99 103 deg
Fr1 Ft2cos tan
cos
Fr1 1.137
Fr2 Fr1
Fr2 1.137
Forte axiale
- pe arborele 1
Fa1 0.384
Fa1 Ft2
N
- pe arborele 2
Fa2 Fa1 tan
Fa2 0.696 N
diagramele de moment încovoietor ale arborelui melcat
2.6.2Calculul arborelui la solicitări compuse: [4.pag.166]
- secţiunea 2 este secţiunea periculoasă ; eforturile unitare au valorile :
2.6.3Verificarea arborelui la solicitări variabile ( la oboseală):[4.pag166]
- verificarea arborelui la oboseală se realizează în secţiunile situate în apropierea zonelor în care eforturile unitare sunt maxime şi în care apare şi o concentrare de eforturi;- în secţiunea 5 concentratorul este degajarea de rectificare;
- coeficientul de
siguranţă la oboseală pentru eforturile unitare normale (încovoiere) (A1-6);
- coeficientul de siguranţă la oboseală pentru eforturile unitare tangenţiale (la torsiune) (A1-6);
Diagrama de momente la arboreal rotii melcate
In plan vertical:
Capacele pentru rulmenti:
e = min 5e2 - depinde de modul de fixare a rulmentului
D - diametrul exterior al rulmentului pe arbore d - diametrul suruburilor de fixare a capacului e3 =2...3 mm
aw 145 mm
D2 =D1 +(2.5...3)*d
D3 =(2.5...3)*D
D4 =D1 - (2.5...3)
D2 D1 2.5 d
D3 2.5 D
d1 d 1
d 0.04aw 12
D4 D1 2.5
e 1.2 d
D1 D 2.5d d 1 =d+1...2
d 17.8
Bibliografie:
Antal A. & colectiv – “ Indrumator de proiectare pentru reductoare”,Institutul Politehnic Cluj-Napoca, 1983
Pop Dumitru & colectiv - “ Reductoare cu 2 trepte “
Gheorghe Kerekes – “ Transmisii cu roti dintate “, UT Press Cluj-Napoca 2004
Reductor Melcat cu o treapta
An IV DI Indrumator de proiect:
Prof. Dr. Ing. Ioan Blebea