Помощь студентам в учебе
Разработка планетарного бортового редуктора трактора класса 10 тонн
|
ВВЕДЕНИЕ 6
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 8
1.1 Трактор. Назначение, классификация, конструкция 8
1.2 Конструкция силовой передачи (трансмиссии) трактора 10
1.3 Конструкция конечной передачи 12
1.3.1 Устройство цилиндрической конечной передачи 12
1.3.2 Устройство планетарной конечной передачи 15
1.3.3 Преимущества и недостатки 17
1.4 Производители конечных передач 18
2 КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ 27
2.1 Разработка планетарного редуктора для мотор-колеса
электроболида 27
2.1.1 Разработка кинематической схемы 28
2.1.2 Уравнение кинематической связи 28
2.1.3 Определение чисел зубьев зубчатых колёс 29
2.1.4 Определение геометрических параметров зубчатых колёс .... 31
2.1.5 Построение 3D модели 31
2.2 Анализ схемы бортового редуктора трактора 36
2.2.1 Разработка кинематической схемы бортового редуктора 36
2.2.2 Определение ВПЧ и кинематической характеристики 37
2.2.3 Выбор числа зубьев 38
2.2.4 Проверка условий существования ПМ 39
2.2.5 Силовой анализ бортового редуктора 41
2.2.6 Кинематический анализ бортового редуктора 43
2.2.7 Мощностной анализ бортового редуктора 44
2.2.8 Расчет КПД бортового редуктора 46
2.3 Расчет на прочность 49
2.3.1 Расчет на контактную выносливость 53
2.3.2 Расчет на изгибную выносливость 60
2.4 Построение 3D-модели проектируемого редуктора в программе
NX 65
2.5 Особенности, выявленные при проектировании 3D-модели 68
2.6 Расчеты деталей бортового редуктора в программе ANSYS
Workbench 73
2.7 Внешняя скоростная характеристика двигателя ЯМЗ-236 80
2.8 Тяговый расчет трактора D10 84
3 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 92
3.1 Описание детали и ее назначения 92
3.2 Технологический процесс изготовления детали 93
3.3 Расчет режимов резания и норм времени 98
4 ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 102
4.1 Организационная часть 102
4.2 Экономическая часть 104
4.2.1 Предпроизводственные затраты 104
4.2.2 Показатели экономической эффективности 107
5 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 112
5.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов 112
5.2 Производственная вибрация 113
5.3 Производственный шум 114
5.4 Пожарная безопасность 115
5.5 Производственное освещение 117
5.6 Микроклиматические условия производственной среды 118
5.7 Длительная работа с ПЭВМ 121
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 123
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 124
ПРИЛОЖЕНИЯ
1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 8
1.1 Трактор. Назначение, классификация, конструкция 8
1.2 Конструкция силовой передачи (трансмиссии) трактора 10
1.3 Конструкция конечной передачи 12
1.3.1 Устройство цилиндрической конечной передачи 12
1.3.2 Устройство планетарной конечной передачи 15
1.3.3 Преимущества и недостатки 17
1.4 Производители конечных передач 18
2 КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ 27
2.1 Разработка планетарного редуктора для мотор-колеса
электроболида 27
2.1.1 Разработка кинематической схемы 28
2.1.2 Уравнение кинематической связи 28
2.1.3 Определение чисел зубьев зубчатых колёс 29
2.1.4 Определение геометрических параметров зубчатых колёс .... 31
2.1.5 Построение 3D модели 31
2.2 Анализ схемы бортового редуктора трактора 36
2.2.1 Разработка кинематической схемы бортового редуктора 36
2.2.2 Определение ВПЧ и кинематической характеристики 37
2.2.3 Выбор числа зубьев 38
2.2.4 Проверка условий существования ПМ 39
2.2.5 Силовой анализ бортового редуктора 41
2.2.6 Кинематический анализ бортового редуктора 43
2.2.7 Мощностной анализ бортового редуктора 44
2.2.8 Расчет КПД бортового редуктора 46
2.3 Расчет на прочность 49
2.3.1 Расчет на контактную выносливость 53
2.3.2 Расчет на изгибную выносливость 60
2.4 Построение 3D-модели проектируемого редуктора в программе
NX 65
2.5 Особенности, выявленные при проектировании 3D-модели 68
2.6 Расчеты деталей бортового редуктора в программе ANSYS
Workbench 73
2.7 Внешняя скоростная характеристика двигателя ЯМЗ-236 80
2.8 Тяговый расчет трактора D10 84
3 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 92
3.1 Описание детали и ее назначения 92
3.2 Технологический процесс изготовления детали 93
3.3 Расчет режимов резания и норм времени 98
4 ОРГАНИЗАЦИОННО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ 102
4.1 Организационная часть 102
4.2 Экономическая часть 104
4.2.1 Предпроизводственные затраты 104
4.2.2 Показатели экономической эффективности 107
5 БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ 112
5.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов 112
5.2 Производственная вибрация 113
5.3 Производственный шум 114
5.4 Пожарная безопасность 115
5.5 Производственное освещение 117
5.6 Микроклиматические условия производственной среды 118
5.7 Длительная работа с ПЭВМ 121
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 123
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 124
ПРИЛОЖЕНИЯ
Одной из важнейших задач машиностроения является улучшение качества продукции, экономное расходование материалов, изыскание путей снижения веса и габаритов машин.
Из всех видов передач этому требованию наиболее полно удовлетворяют планетарные передачи, отличающиеся существенно меньшими габаритами и весом по сравнению с другими передачами. Отмеченное преимущество объясняется распределением нагрузки среди нескольких сателлитов и рациональным использованием внутреннего зацепления. Следовательно, в самой схеме планетарной передачи заложены возможности получения значительно меньших габаритов и веса, чем в обычных передачах при одинаковых материалах, их механических характеристиках и точности изготовления. Отмеченные возможности к снижению габаритов и веса обуславливают появление других условий, которые, в свою очередь, также способствуют повышению нагрузочной способности зацеплений и, следовательно, приводят к дальнейшему снижению габаритов и веса. И действительно, с переходом от обычных передач к планетарным намного уменьшаются диаметры зубчатых колес и, следовательно, при одной и той же степени притупления инструмента можно значительно увеличить твердость рабочих поверхностей зубьев и этим повысить нагрузочную способность зацепления. Помимо этого, уменьшение размеров зубчатых колес во многих случаях может послужить причиной вполне оправданного перехода к более качественным материалам, более совершенной технологии, использованию поверхностных упрочнений, переходу к более высокой степени точности и т. д. Все это, в свою очередь, способствует существенному снижению габаритов и веса.
Переход от обычных передач к планетарным обеспечивает снижение веса в 1,55 раз. Большие значения относятся к тем случаям, когда при этом оказывается возможным использование мер повышения нагрузочной способности зацепления, применение которых в обычных передачах (из-за сравнительно больших размеров зубчатых колес) нерационально или даже невозможно.
Наряду с малыми габаритами и весом планетарные передачи отличаются высокой надежностью, малыми потерями на трение, составляющими в авиационных и судовых приводах примерно 1% при одной ступени, 1,5-2% при двух ступенях, и существенно лучшими, чем в простых передачах, виброакустическими свойствами.
Эти достоинства обеспечили широкое внедрение планетарных передач не только в транспортных, но и в стационарных машинах.
Диапазон их использования очень широк, начиная с высокоответственных быстроходных приводов, мощность которых доходит до 100 000 л. с., и кончая тихоходными передачами грузоподъемных машин и механизмов с ручным приводом.
Надежность планетарных передач обеспечила применение их в таких высокоответственных и труднодоступных для ремонта и осмотра местах, как в приводе гидроагрегатов между турбиной и генератором. Приводы эти отличаются высокой надежностью и благоприятными шумовыми характеристиками.
Достоинства планетарных передач не ограничиваются малыми габаритами, весом, потерями на трение и благоприятными виброакустическими свойствами. С помощью планетарных передач от одного двигателя можно передать энергию нескольким ведомым элементам с независимым движением (например, в автомобильной трансмиссии).
Планетарные передачи позволяют осуществлять сложение движений, что обеспечило им широкое применение в металлорежущих станках, в
приборостроении, в приводах с регулируемой скоростью при разветвленных мощностях.
Из всех видов передач этому требованию наиболее полно удовлетворяют планетарные передачи, отличающиеся существенно меньшими габаритами и весом по сравнению с другими передачами. Отмеченное преимущество объясняется распределением нагрузки среди нескольких сателлитов и рациональным использованием внутреннего зацепления. Следовательно, в самой схеме планетарной передачи заложены возможности получения значительно меньших габаритов и веса, чем в обычных передачах при одинаковых материалах, их механических характеристиках и точности изготовления. Отмеченные возможности к снижению габаритов и веса обуславливают появление других условий, которые, в свою очередь, также способствуют повышению нагрузочной способности зацеплений и, следовательно, приводят к дальнейшему снижению габаритов и веса. И действительно, с переходом от обычных передач к планетарным намного уменьшаются диаметры зубчатых колес и, следовательно, при одной и той же степени притупления инструмента можно значительно увеличить твердость рабочих поверхностей зубьев и этим повысить нагрузочную способность зацепления. Помимо этого, уменьшение размеров зубчатых колес во многих случаях может послужить причиной вполне оправданного перехода к более качественным материалам, более совершенной технологии, использованию поверхностных упрочнений, переходу к более высокой степени точности и т. д. Все это, в свою очередь, способствует существенному снижению габаритов и веса.
Переход от обычных передач к планетарным обеспечивает снижение веса в 1,55 раз. Большие значения относятся к тем случаям, когда при этом оказывается возможным использование мер повышения нагрузочной способности зацепления, применение которых в обычных передачах (из-за сравнительно больших размеров зубчатых колес) нерационально или даже невозможно.
Наряду с малыми габаритами и весом планетарные передачи отличаются высокой надежностью, малыми потерями на трение, составляющими в авиационных и судовых приводах примерно 1% при одной ступени, 1,5-2% при двух ступенях, и существенно лучшими, чем в простых передачах, виброакустическими свойствами.
Эти достоинства обеспечили широкое внедрение планетарных передач не только в транспортных, но и в стационарных машинах.
Диапазон их использования очень широк, начиная с высокоответственных быстроходных приводов, мощность которых доходит до 100 000 л. с., и кончая тихоходными передачами грузоподъемных машин и механизмов с ручным приводом.
Надежность планетарных передач обеспечила применение их в таких высокоответственных и труднодоступных для ремонта и осмотра местах, как в приводе гидроагрегатов между турбиной и генератором. Приводы эти отличаются высокой надежностью и благоприятными шумовыми характеристиками.
Достоинства планетарных передач не ограничиваются малыми габаритами, весом, потерями на трение и благоприятными виброакустическими свойствами. С помощью планетарных передач от одного двигателя можно передать энергию нескольким ведомым элементам с независимым движением (например, в автомобильной трансмиссии).
Планетарные передачи позволяют осуществлять сложение движений, что обеспечило им широкое применение в металлорежущих станках, в
приборостроении, в приводах с регулируемой скоростью при разветвленных мощностях.
В данной выпускной квалификационной работе был разработан бортовой редуктор для трактора класса тяги 10 тонн. Основой для кинематической схемы послужил редуктор, разработанный автором [7] для мотор-колеса элеткроболида.
1) Анализ бортовых редукторов пяти ведущих производителей специальной техники показал, что в их основе лежит планетарный ряд, состоящий из солнца, эпицикла и одновенцового сателлита (рисунок 1.7 а). Меняется лишь число рядов, в зависимости от требуемого передаточного числа.
2) При расчете бортового редуктора были выявлены некоторые особенности при использовании планетарного механизма с двухвенцовыми сателлитами и двумя солнцами:
- При расчете КПД нельзя принимать общепринятое допущение о КПД внешнего зацепления в 98%, так как при ВПЧ ПМ близком к единице это играет решающую роль. В таком случае для каждого зацепления необходимо рассчитывать свое внутренне КПД, зависящее от коэффициента трения зубьев.
- Общее условие сборки такого механизма, приведенное в [5] не дает верную «картину» о его существовании. Необходимо применение условия выведенного для данного механизма [14]. Решением в случае невозможности сборки механизма с двухвенцовыми сателлитами является применение составной конструкции.
Тяговый расчет трактора D10, который подтвердил правильность выбора передаточного числа бортового редуктора.
3) Для написания маршрутно-технологического процесса была выбрана деталь «Вал-шестерня», обоснован выбор исходной заготовки для ее изготовления - круглый прокат. Представленная схема технологического процесса обеспечивает выполнение всех требований конструкторской документации за счет выполнения принципов совмещения баз и определенности базирования.
Были рассчитано время, требуемое для изготовления выбранной детали, которое составляет около 63 минут.
4) В организационно-экономическом разделе ВКР представлена оценка рынка сбыта данного изделии. Выполнен расчет затрат на изготовление и определена себестоимость бортового редуктора трактор. Рассчитана себестоимость изделия. Дана оценка коммерческой состоятельности и эффективности инвестиций. Построены графические зависимости анализа безубыточности производства и график денежных потоков.
5) В разделе БЖД ВКР был проведен анализ опасных и вредных производственных факторов, что позволило определить предельно-допустимые нормы по шуму, вибрации, микроклимату, освещенности для слесаря по ремонту тракторной техники. Кроме этого, были определены возможные опасности для здоровья конструктора-разработчика, проводящего длительное время за ПК.
1) Анализ бортовых редукторов пяти ведущих производителей специальной техники показал, что в их основе лежит планетарный ряд, состоящий из солнца, эпицикла и одновенцового сателлита (рисунок 1.7 а). Меняется лишь число рядов, в зависимости от требуемого передаточного числа.
2) При расчете бортового редуктора были выявлены некоторые особенности при использовании планетарного механизма с двухвенцовыми сателлитами и двумя солнцами:
- При расчете КПД нельзя принимать общепринятое допущение о КПД внешнего зацепления в 98%, так как при ВПЧ ПМ близком к единице это играет решающую роль. В таком случае для каждого зацепления необходимо рассчитывать свое внутренне КПД, зависящее от коэффициента трения зубьев.
- Общее условие сборки такого механизма, приведенное в [5] не дает верную «картину» о его существовании. Необходимо применение условия выведенного для данного механизма [14]. Решением в случае невозможности сборки механизма с двухвенцовыми сателлитами является применение составной конструкции.
Тяговый расчет трактора D10, который подтвердил правильность выбора передаточного числа бортового редуктора.
3) Для написания маршрутно-технологического процесса была выбрана деталь «Вал-шестерня», обоснован выбор исходной заготовки для ее изготовления - круглый прокат. Представленная схема технологического процесса обеспечивает выполнение всех требований конструкторской документации за счет выполнения принципов совмещения баз и определенности базирования.
Были рассчитано время, требуемое для изготовления выбранной детали, которое составляет около 63 минут.
4) В организационно-экономическом разделе ВКР представлена оценка рынка сбыта данного изделии. Выполнен расчет затрат на изготовление и определена себестоимость бортового редуктора трактор. Рассчитана себестоимость изделия. Дана оценка коммерческой состоятельности и эффективности инвестиций. Построены графические зависимости анализа безубыточности производства и график денежных потоков.
5) В разделе БЖД ВКР был проведен анализ опасных и вредных производственных факторов, что позволило определить предельно-допустимые нормы по шуму, вибрации, микроклимату, освещенности для слесаря по ремонту тракторной техники. Кроме этого, были определены возможные опасности для здоровья конструктора-разработчика, проводящего длительное время за ПК.
