TRD-A. TRANSMISII CU ROŢI DINŢATE
TRD-A.1
REDUCTOARE DE TURAŢIE CU AXE FIXE
TRD-A.1.2 REDUCTOARE DE TURAŢIE CONICO-CILINDRICE
|
CUPRINS |
|
TRD-A.1.2.1 DATE DE PROIECTARE TRD-A.1.2.2 ALEGEREA MATERIALELOR, TRATAMENTELOR
TERMICE ŞI TEHNOLOGIILOR TRD-A.1.2.3 ALEGEREA PARAMETRILOR FUNCŢIONALI
ŞI CONSTRUCTIVI TRD-A.1.2.4 PREDIMENSIONAREA ANGRENAJELOR ŞI ARBORILOR. SCHEMA CINEMATICĂ TRD-A.1.2.4.1 PREDIMENSIONAREA ANGRENAJULUI CONIC TRD-A.1.2.4.2 PREDIMENSIONAREA ANGRENAJULUI CILINDRIC TRD-A.1.2.4.3 SCHEMA CINEMATICĂ TRD-A.1.2.5 VERIFICAREA (DIMENSIONAREA) ANGRENAJELOR TRD-A.1.2.5.1 VERIFICAREA (DIMENSIONAREA) ANGRENAJULUI CONIC TRD-A.1.2.5.2 VERIFICAREA (DIMENSIONAREA) ANGRENAJULUI CILINDRIC TRD-A.1.2.6 PROIECTAREA DE ANSAMBLU. SECŢIUNEA PRINCIPALĂ TRD-A.1.2.6.1 PROIECTAREA FORMELOR ROŢILOR TRD-A.1.2.6.2 PRECONFIGURAREA ARBORILOR ŞI ALEGEREA RULMENŢILOR ŞI MONTAJELOR ACESTORA TRD-A.1.2.6.3 ÎNTOCMIREA DESENULUI DE ANSAMBLU TRD-A.1.2.7 CALCULUL ARBORILOR TRD-A.1.2.7.1 SCHEMELE DE CALCUL ALE ARBORILOR TRD-A.1.2.7.2 VERIFICAREA (DIMENSIONAREA) ARBORILOR TRD-A.1.2.8 CALCULUL RULMENŢILOR TRD-A.1.2.9 CALCULUL ASAMBLĂRILOR ARBORE-BUTUC TRD-A.1.2.10 PROIECTAREA SUBSISTEMELOR DE UNGERE ŞI ETANŞARE TRD-A.1.2.11 PROIECTAREA CARCASELOR |
TRD-A.1.2.1 DATE DE PROIECTARE
Tab.
TRD-A.1.2.1.1 Definirea problemei de proiectare
|
|
a.
Turaţia la intrare, ni
=
1200 [rot/min] b.
Puterea la intrare, Pi = 12 [kW] şi din
c.
Raportul
de transmitere total, iR = 17 d.
Tipurile şi numerele de angrenaje pe trepte: conic ortogonal cu dantură curbă;
cilindric cu dantură înclinată e.
Durata
de funcţionare, Lh = 10000 ore f.
Parametri
geometrici de poziţionare a intrării şi ieşirii (raportaţi la sistemul de coordonate H1H2V
cu centrul asociat intrării şi cu axele H1,2 în plan
orizontal şi V direcţia verticală): poziţionare
unghiulară: θ = 90 – unghiul direcţiei de intrare în
raport cu axa V, φ – unghiul
proiecţiei direcţiei de intrare în raport axa H1;
Σ = 90o – unghiul dintre direcţiile de intrare şi
ieşire; poziţionare spaţială (opţional): dH1
> 0, dH2 > 0, dV
> 0 – coordonatele ieşirii în raport cu intrarea (sistemul H1H2V)
g.
Condiţii de funcţionare: tipul maşinii (utilajului) în care se
integrează: transportor industrial;
tipul încărcării exterioare (constantă, alternativă, cu
şocuri etc.): alternativă;
tipul motorului de acţionare: motor
electric asincron; caracteristicile mediului în care funcţioneză:
domeniul temperturilor de lucru, - 20… + 80 oC; mediul de lucru cu praf. h. Condiţii ecologice (utilizarea de materiale şi tehnologii eco, reciclarea materialelor, protecţia vieţii); volum minim; greutate minimă |
|
Fig. TRD-P.1.2.1.2 Schema reductorului conico-cilinrice
ortogonal orizontal (Σ =90o,
φ=0o, θ =90o,
dV =0) |
TRD-A.1.2.2 ALEGEREA MATERIALELOR, TRATAMENTELOR
TERMICE ŞI TEHNOLOGIILOR
Materiale pentru execuţia roţilor dinţate:
Materiale pentru execuţia arborilor:
Materiale pentru execuţia carcaselor: oţel turnat OT45.
TRD-A.1.2.3 CALCULUL PARAMETRILOR FUNCŢIONALI
ŞI CONSTRUCTIVI
|
Fig. TRD-A.1.2.1.2 Schema structurală a reductorului conico-cilindric
|
Elemente
şi subansamble constructive |
|
Angrenaje: treapta I – angrenaj conic
cu dantură curbă cu raportul de transmitere iI
: 1I – pinion conic, 2I – roată conică; treapta a-II a – angrenaj cilindic cu
dantură înclinată cu raportul de transmitere iII
: 1II – pinion cilindric, 2II
– roată cilindrică; Arbori: A1 – arborele de intrare, A2
– arborele intermediar, A3 – arborele de ieşire Lagăre:
Subansamble:
SC
– subasamblul carcasă; |
|
|
Tipurile
angrenajelor |
|
|
Treapta
I: angrenaj conic ortogonal cu dantură curbă Treapta
a II a: angrenaj cilindric ortogonal cu dantură înclinată |
|
|
Raportele de transmitere pe trepte |
|
|
Raportul
de transmitere al treptei I (angrenajul conic) iI = 0,25 iR = 4 Raportul de transmitere al treptei a II-a (angrenajul cilindric), iII = iR/ iI = 4,25 |
|
|
Turaţiile,
puterile şi momentele de torsiune ale arborilor |
|
|
Arborele A1: n1 = ni = 1200 rot/min;
P1 = Pi = 12 kW, Mt1 = Mti [Nmm]; Arborele A2: n2 = n1/iI = 266, 66 rot/min; P2 = P1 ηI = 11,52 kW (ηI =0,96); Mt2 = Mt1 iI ηI = 412529,8 Nmm. Arborele A3: n3 = n2/iII = n1/(iI iII) = n1/iR = 70,59 rot/min; P3 = P2 ηII = P1 ηI ηII = P1 ηR = 11,1744 [kW] (ηII =0,97); Mt3 = Mt2 iII ηII = Mt1 iI iII ηI ηII = Mt1 iR ηR = 1511692,4Nmm |
|
TRD-A.1.2.4 PREDIMENSIONAREA ANGRENAJELOR ŞI
ARBORILOR. SCHEMA CINEMATICĂ
TRD-A.1.2.4.1 PREDIMENSIONAREA ANGRENAJULUI CONIC
Tab.
AEV-P.2.1.1 Definirea problemei de proiectare angrenajului conic ortogonal ( I)
|
Fig. AEV-P.2.1 Schema funcţională a angrenajului conic ortogonal |
Date iniţiale |
|
a.
Turaţia la intrare (pinion), n1
= 1200 rot/min. b. Momentul de torsiune la intrare (pinion), Mt1 (T1) = Mt1 = 95493 Nmm. c.
Raportul
de angrenare, u = iI = 4,5. d.
Unghiul dintre axele roţilor, Σ = 90o şi se determină semiunghiurile, e.
Numărul
de angrenaje identice în paralel,
χ =1. f.
Durata
de funcţionare, Lh 10000 ore. g.
Tipul danturii: curbă i.
Condiţii
de funcţionare: tipul
maşinii (utilajului) în care se integrează: transportor industrial; tipul încărcării exterioare
(constantă, alternativă, cu şocuri etc.): alternativă; tipul motorului de acţionare: motor electric asincron;
caracteristicile mediului în care funcţioneză:
domeniul temperturilor de lucru, - 20… + 80 oC; mediul de lucru cu praf. h.
Condiţii ecologice: utilizarea de materiale şi tehnologii eco, reciclarea materialelor, protecţia vieţii. |
Obs. Roţile dinţate se vor executa din oţel de cementare 18CrNi20.
Tab.
AEV-A.1.2.4.2
|
|
a |
b |
Date despre materilal: - marca, oţel de cementare 18CrNi20; - caracteristici mecanice, rezistenţele la rupere şi la curgere σr = 1175…1420 MPa, σ02 = 1780 MPa; - tratament termic, cementare (carburare +călire+revenire joasă); durităţile flancurilor HRC1= HRC2= 58; durităţile miezului HB1= HB2 = 350; Date despre angrenaj: - tipul danturii, curbă în arc de cerc (Gleason) - unghiul de înclinare al danturii βm = 35 o
- numerele de dinţi z1 = 14, z2 = 63 - factorii deplasărilor frontale xsm1 = - xsm2 = 0,182, şi radiale xhm1 = - xhm2 = 0,38 - modulul frontal exterior me = 4,5 mm; - diametrele cercurilor de divizare exterioare de1 = 63 mm, de2 = 283,5 mm; - lungimea generatoarei conului exterior Re= 145,2 mm; - lăţimea danturii bI = 38 mm Date despre formele roţilor: - pinionul, de obicei la reductoare conice, are gabaritul radial redus şi este corp comun cu arborele; - roata are dimensiuni radiale mari şi, de obicei, are trei zone: coroană dinţată, disc (cu sau fără găuri de uşurare) şi butuc cu lungimea L2 = 54 mm (aproximativ). Date despre arbori: - diametrul arborelui pinionului din predimensionare,
- diametrul arborelui roţii din predimensionare 
= 44 mm.
|
|||
|
Fig. AEV-A.1.2.4.1
Schema cinematică a
angrenajului conic |
Fig. AEV-A.1.2.4.2 Formele
roţilor dinţate conice: a
– pinion corp comun cu arborele; b – roată |
|||||
Tab.
AEV-P.1.1 Definirea problemei de proiectare a unui
angrenajului cilindric (II)
|
Fig. AEV-P.1.1 Schemă funcţională a angrenajului
cilindric |
Date iniţiale |
|
a.
Turaţia la intrare (pinion), n1
= n2 = 266,66 rot/min. b. Momentul de torsiune la intrare (pinion), Mt1 (T1) = Mt2 = 412529,8 Nmm c.
Raportul
de angrenare, u = iII = 4,25. d.
Durata
de funcţionare, Lh = 10000 [ore]. e.
Numărul
de angrenaje identice în paralel,
χ = 1. f.
Tipul
danturii: înclinată. g.
Parametrii
geometrici impuşi
(opţional): standardizarea distanţei dintre axe; h.
Condiţii
de funcţionare: tipul
maşinii (utilajului) în care se integrează: transportor industrial; tipul încărcării exterioare
(constantă, alternativă, cu şocuri etc.): alternativă; tipul motorului de acţionare: motor electric asincron;
caracteristicile mediului în care funcţioneză:
domeniul temperturilor de lucru, - 20… + 50 oC; mediul de lucru cu praf şi
umezeală ridicată. i.
Condiţii
ecologice: utilizarea de materiale
şi tehnologii eco, reciclarea materialelor,
protecţia vieţii. |
Tab. AEV-A.1.3.3 Schema cinematică. Formele pinionului şi roţii cilindrice
|
|
|
|
Date despre materilal: - marca, oţel de cementare 18CrNi20; - caracteristici mecanice, rezistenţele la rupere şi la curgere σr = 1175…1420 MPa, σ02 = 1780 MPa; - tratament termic, cementare (carburare +călire+revenire joasă); durităţile flancurilor HRC1= HRC2= 58; durităţile miezului HB1= HB2 = 350; Date despre angrenaj: - tipul danturii, înclinată - unghiul de înclinare a danturii β = 12o; - numerele de dinţi z1 = 17, z2 = 71; - factorii deplasărilor xn1 = 0,017, xn2 = 0; - modulul normal mn = 4 mm; - diametrele cercurilor de rostogolire exterioare dw1 = 69,5455 mm, dw2 = 290,4545 mm (aw = 180 mm); - lăţimea danturii bII = 72 mm Date despre formele roţilor: - pinionul, de obicei la reductoare conice, are gabaritulradial redus şi este corp comun cu arborele intermediar; - roata are dimensiuni radiale mari şi, de obicei, are trei zone: coroană dinţată, disc (cu sau fără găuri de uşurare) şi butuc cu lungimea L2 = 82 mm (aproximativ) Date despre arbori: - diametrul arborelui pinionului din predimensionare,
- diametrul arborelui roţii din predimensionare 
= 70,5 mm |
|
a |
b |
||
|
Fig. AEV-A.1.3.1 Schemă cinematică a angrenajului cilindric
|
Fig. AEV-A.1.3.2 Formele roţilor dinţate cilindrice: a – pinionul, corp comun cu arborele intermediar; b – roata |
||
TRD-A.1.2.4.3 SCHEMA CINEMATICĂ
Schema cinematică a reductorului la scara 1:1 (fig. TRD-A.1.2.4.3.1) nu conţine situaţii iraţionale şi imposibile tehnic şi are o configuraţie proporţională judicioasă care conduce la un volum minim al reductorului.
|
|
|
Fig. TRD-A.1.2.4.3.1 Schema cinematică a reductorului conico-cilindric |
TRD-A.1.2.5 VERIFICAREA (DIMENSIONAREA) ANGRENAJELOR
TRD-A.1.2.5.1 VERIFICAREA (DIMENSIONAREA) ANGRENAJULUI CONIC
Verificarea angrenajului conic predimensionat mai
sus şi, eventual, dimensionarea acestuia (în cazul în care calculul de
verificare nu este îndeplinit) se va face prin continarea parcurgerii
algoritmului din cap. AEV-P.2 cu etapele AEV-P.2.4
- elementele geometrice de proiectare constructivă şi tehnologică (fig. TRD-A.1.2.5.1.1); s-a modificat coeficientul deplasării danturii vhm1 = 0,28 pentru a se îndeplini gradul de acoperire al angrenajului echivalent εvα < 2.
- viteza periferică în polul angrenării din secţiunea mediană, vm = 3,443 m/s;
- treapta de precizie asociată procedeului de prelucrare: se adoptă treapta de precizie 9 asociată cu prelucrarea prin frezare îngrijită;
- rugozităţile flancurilor active şi suprafeţelor de racordare: se adoptă rugozitatea floancurilor active Ra = 1,6 µm şi suprafeţelor de racordare Ra = 1,6 µm.
- tipul lubrifiantului şi vâscozitatea : se adoptă ulei pentru transmisii industriale TIN 125 EP cu vâscozitatea la temperatura de 50o C 125 cSt;
- durităţile flancurilor şi miezului dinţilor, factorii de siguranţă la cele două solicitări (contact şi încovoiere): durităţile flancurilor HRC1= HRC2= 58, durităţile miezului HB1= HB2 = 350 (aceleaşi ca la predimensionare); SF = 1,1 şi SF = 1,3 (calculul de verificare a fost îndeplinit şi nu s-a făcut calculul de dimensionare);
- forţele din angrenaj (fig. TRD-A.1.2.5.1.2).
|
|
|
a |
|
|
|
b |
|
Fig. TRD-A.1.2.5.1.1 Elemente geometrice ale angrenajului conic şi roţilor acestuia pentru proiectare: a – date de intrare; b – rezultate |
|
|
|
|
a |
b |
|
Fig. TRD-A.1.2.5.1.2 Date de intrare şi rezultatele calculului forţelor din angrenajul conic cu dantură curbă înclinată spre dreapta: a – pentru sensul de rotaţie spre dreapta; b – pentru sensul de rotaţie spre stânga |
|
În final se va face verificarea angrenajului conic cu pachetul MDESIGN (v. subcap. AEV-A.2.1.6, pentru un angrenaj conic cu dantură dreaptă).
TRD-A.1.2.5.2 VERIFICAREA (DIMENSIONAREA) ŞI ANGRENAJULUI CILINDRIC
Verificarea angrenajului cilindric predimensionat mai
sus şi, eventual, dimensionarea acestuia (în cazul în care calculul de
verificare nu este îndeplinit) se va face prin continarea parcurgerii
algoritmului din cap. AEV-P.1, subcap. AEV-P.1.4
- elementele geometrice de proiectare constructivă şi tehnologică (fig. TRD-A.1.2.5.2.1);
- viteza periferică în polul angrenării din secţiunea mediană, vm = 0,971 m/s;
- treapta de precizie asociată procedeului de prelucrare: se adoptă treapta de precizie 9 asociată cu prelucrarea prin frezare şi rectificare după cementare;
- rugozităţile flancurilor active şi suprafeţelor de racordare: se adoptă rugozitatea floancurilor active Ra = 1,6 µm şi suprafeţelor de racordare Ra = 1,6 µm.
- tipul lubrifiantului şi vâscozitatea: ulei pentru transmisii industriale TIN 125 EP cu vâscozitatea la temperatura de 50o C 125 cSt, adoptat pentru angrenajul conic care are viteza mai mare;
- durităţile flancurilor şi miezului dinţilor, factorii de siguranţă la cele două solicitări (contact şi încovoiere): durităţile flancurilor HRC1= HRC2= 58, durităţile miezului HB1= HB2 = 350 (aceleaşi ca la predimensionare); SF = 1,22 şi SF = 1,42 (calculul de verificare a fost îndeplinit şi nu s-a făcut calculul de dimensionare);
- forţele din angrenaj (fig. TRD-A.1.2.5.2.2).
|
|
|
a |
|
|
|
b |
|
Fig. TRD-A.1.2.5.2.1 Elemente geometrice ale angrenajului cilindric şi roţilor acestuia pentru proiectare: a – date de intrare; b – rezultate |
|
|
|
Fig. TRD-A.1.2.5.2.2 Date de intrare şi rezultate pentru calculul forţelor din angrenajul cilindric |
În final, se va face verificarea angrenajului conic cu pachetul MDESIGN (v. subcap. AEV-A.1.1.6, pentru angrenaje cilindrice cu distanţa dintre axe neimpusă).
TRD-A.1.2.6 PROIECTAREA DE ANSAMBLU
TRD-A.1.2.6.1 PROIECTAREA FORMELOR ROŢILOR.
Aspecte generale privind proiectarea formelor roţilor dinţate cilindrice şi conice sunt prezentate în cap. AEV-P.1 (sucap. AEV-P.1.3.2, tab. AEV-P.1.3.2.2) şi sucap. AEV-P.1.5) şi, respectiv, AEV-P.2 (sucap. AEV-P.2.3.2 tab. AEV-P.2.3.2.2 şi sucap. AEV-P.2.5).
TRD-A.1.2.6.2 PRECONFIGURAREA ARBORILOR ŞI ALEGEREA RULMENŢILOR ŞI MONTAJELOR ACESTORA
Deoarece reductorul este de uz general dimensiunile capetelor arborilor de intrare şi de ieşire trebuie să asigure interschimbabilitatea elementelor (roţi de curea, roţi dinţate etc.) şi subansamblelor (cuplaje) care se montează pe acestea se impune considerarea paramatrilor acestora (diametrul şi lungimea) conform STAS8724/2 (v. fer. AED-P.5) se adoptă capete de arbore serie scurtă cu dimensiunile din fig. TRD-P.1.2.6.2.1,a,c.
Arborii reductoarelor de turaţie au diametre mari şi lungimi între reazeme mici (raportul l/d < 10) şi deci, deoarece au rigiditate flexională (la încovoiere) mărită au şi deformaţii elastice (rotiri) în reazeme (lagăre) reduse se adoptă, rulmenţi cu bile.
Deşi încărcările (forţele radiale şi axiale) sunt diferite din considerente de tehnologicitate se adoptă pentru lagărele arborilor rulmenţi identici care conduc la alezaje identice în carcasă mai uşor de executat decât dacă s-ar fi considert cu diametre diferite.
|
|
|
|
|
a |
b |
c |
|
Fig. TRD-A.1.2.6.2.1 Preconfigurarea arborilor: a – de intrare; b – intermediar; c – de ieşire |
||
Pentru lagărele arborelui de ieşire pe care este montată o roată cu dantură cilindrică înclinată cu unghiul β = 12o având în vedere că forţele axiale sunt reduse se adoptă rulmenţi radiali cu bile (fig. TRD-P.1.2.6.2.1,c; fer. RUL-P.1.1).
În cazul lagărelor arborilor de intrare/ieşire pe care se montează roţi dinţate conice se adoptă, ţinând cont de încărcarea axială mărită, rumenţi radial-axiali cu bile (fer. RUL-P.1.2). Aceşti rulmenţi preiau forţele axiale mari în ambele sensuri fiind montaţi câte unul în fiecare lagăr (fig. TRD-A.1.2.6.3.1), formând montaje în X (v. cap. RUL-T, tab. RUL-T.4.10)
care realizează fixarea radială şi axială în ambele sensuri fără a induce forţe suplimentare în rulmenţi, permit dilataţiile termice în cazul variaţiilor mari de temperatură şi permit reglarea cu uşurinţă a jocurilor din rulmenţi şi a angrenajului conic.
Ţinând cont de diametrele standard ale capetelor arborilor de intrare şi de ieşire (28 mm şi respectiv 75 mm) şi de recomandarea, dR1,3 > dA1,3 + (8...12) mm, se adoptă rulmenţi cu diametrele alezajelor 40 mm şi respectiv 90 mm (tab. TRD-A.1.2.6.3.1); pentru arborele intermediar cu diametrul din predimensionare 44 mm, ţinând cont de recomandarea dR2 ≤ dA2, se adoptă rulment cu diametrul alezajului 40 mm.
Din considerente de optimizare constructivă se adoptă rulmenţi din seria mijlocie de dimensiuni: 6218 şi 7208 (fer. RUL-P.1.1; fer. RUL-P.1.2)
= 1722918 Nmm