35

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

Пермский государственный технический университет

Березниковский филиал

Кафедра ТМП

Пояснительная записка

по курсу: «Прикладная механика»

Тема: Привод ленточного конвейера с одноступенчатым червячным редуктором и открытой ременной передачей

Выполнил

студент группы ПРМПИ-07(у)

Ахметгареев А.Д.

Проверил

Зав. Кафедрой ТМЦ

Шаклеина С.Э.

2009

СОДЕРЖАНИЕ

• 1. Кинематический и силовой расчеты привода 3
• 1.1 Подбор электродвигателя 3
• 1.2 Разбивка передаточного отношения привода 4
• 1.3 Определение кинематических и силовых параметров на валах привода 5
• 2. Расчет зубчатой передачи 5
• 3. Расчет открытой передачи 5
• 4. Конструирование корпуса редуктора 6
• 5. Расчет валов редуктора 7
• 5.1 Ориентировочный расчет валов 7
• 5.2 Эскизная компановка. 7
• 5.3 Определение усилий в зацеплении, консольной нагрузки 9
• 5.4 Определение реакций в опорах и подбор подшипников 9
• 5.4.1 Определение реакций в опорах на быстроходном валу 10
• 5.4.2 Определение реакций в опорах на тихоходном валу 14
• 5.4.3 Подбор подшипников 18
• 5.5 Расчет валов на прочность 18
• 6. Подбор и проверочный расчет шпоночных соединений 22
• 7. Описание принятой системы смазки и выбор марки масла………………..32
• 8. Подбор муфт 27

1. Кинематический и силовой расчеты привода

Усилие на конвейере F_t = 5,25 кН

Скорость = 0,3 м/с

1.1 Подбор электродвигателя

Двигатель является одним из основных элементов машинного агрегата. От типа двигателя, его мощности, частоты вращения и прочего зависят конструктивные и эксплуатационные характеристики рабочей машины и ее привода. Мощность привода зависит от требуемой мощности рабочей машины, а его частота вращения - от частоты вращения приводного вала рабочей машины. Для проектируемых машинных агрегатов рекомендуются короткозамкнутые трехфазные асинхронные двигатели серии 4А. Эти двигатели наиболее универсальны.

Определение требуемой мощности

N_вых - требуемая мощность

_общ - общий КПД привода

F_t - усилие на конвейере, кН

- скорость ленты, м/с

N_{вых =5,25*0,3=1,575} кВт

Принимаем N_вых=1,3 кВт

Определение общего КПД

_оп - КПД открытой передачи (ременная)

_зп - КПД закрытой передачи (червячная)

_п - КПД подшипников (n - количество пар подшипников)

_М - КПД муфты (m - количество муфт)

?общ- 0,96*0,8*0,99^3*0,99=0,737

Тогда требуемая мощность электродвигателя

Nдв=1,575/0,737=2,137 кВт

Выбираем тип электродвигателя и его мощность по табл. К9 1.

Каждому значению номинальной мощности N_ном соответствует, в большинстве, не один, а несколько типов двигателей с различными синхронными частотами вращения (3000, 1500, 1000, 750 об/мин). Двигатели с большой частотой вращения (3000) имеют низкий рабочий ресурс, а двигатели с низкими частотами (750) весьма металлоемки.

Номинальная мощность Nном, кВт	Синхронная частота вращения, об/мин
	1500	1000	750
	Тип двигателя/частота вращения асинхронная
2,2	90L4/1395	100L6/945	112МA8/709
Диаметр вала двигателя, мм	24	28	32

1.2 Разбивка передаточного отношения привода

Передаточное число привода определяется отношением номинальном частоты вращения приводного вала n_вых.

1.2.1 Определение частоты вращения приводного вала

n=60*v/П*D

 - скорость ленты, м/с

D- диаметр барабана, мм

n=60*0,3/3,14*250=22,929

1.2.2 Определение общего передаточного числа

Iобщ=nдв/nвых

Iобщ=1500/22,929=65,419

Iобщ=1000/22,929=43,612

Iобщ=750/22,929=32,709

1.2.3 Разбивка передаточного числа

Разбивка передаточного числа должна обеспечивать компактность каждой ступени передачи и соразмерность ее элементов.

Для того, чтобы габариты передач не были очень большими, нужно придерживаться средних значений передаточных чисел, и доводя их до максимальных.

Iоп=43,6/20=2,18

Принимаем равным 2,18

1.3 Определение кинематических и силовых параметров на валах привода

Делал на компьютере

2. Расчет червячной передачи

Делал на компьютере

3. Расчет открытой передачи

Делал на компьютере

4. Конструирование корпуса редуктора

Корпус редуктора служит для размещения и координации деталей передачи, защиты их от загрязнения, организации системы смазки, а также восприятия сил, возникающих в зацеплении редукторной пары, подшипниках, открытой передачи.

4.1 Определим толщину стенки корпуса

д = 1,8* ⁴vТ2 ? 6 мм

допустимые значения (6;8;10;12)

д = 1,8* ⁴v264 ? 7,25 = 8 мм

4.2 Фланцевые соединения

По таблице 10.17 из Шейнблита выбираем болты для фланцевых соединений

d1=M16

d2=M14

d3=M12

d4=M8 по таблице 10.20 из Шейнблита

d5=M6

Параметры болтов и винтов

	М6	М12	М14	М16	М8
К	16	32	38	43	18
С	7	14	17	16	9
D0	12	22	24	28	15
b0	0,5	0,8	1,0	1,0	11
d0	7	14	16	18	9

а) Фундаментный фланец основания корпуса

Предназначен для крепления редуктора к фундаменту

Для начала определим длину опорной поверхности

L=L1+b1

Где ширина b1=2,4*d1+ д

b1=2,4*16+ 8=46,4 мм ширина ножки.

А высота ножки h1=1,5*d1

h1=1,5*16=24 мм

Крепление производим четырьмя болтами

Теперь надобы найти высоту ниш (h01) согласно Шейнблита рисунка 10.48

h01 =2,5*(d1+ д)- для болтов

h01 =2,5*(16+ 8)=60 мм

б) Фланец подшипниковой бобышки крышки и основания корпуса

Согласно рисунка 10.51 а) по Шейнблиту

Так как редуктор червячный то n2=2 (на одну сторону корпуса)

в) Соединительный фланец крышки и основания корпуса

Согласно рисунка 10.52 а) по Шейнблиту

г) Фланец для крышки подшипникового узла. Для нашей крышки, исходя из диаметра наружного кольца подшипника равного 85 мм по таблице 10.20 на стр. 239 принимаем винт М8, количество 6 штук.

д) Фланец для крышки смотрового окна

Высота фланца h5 должна быть в пределах 3-5 мм.

4.3 Детали и элементы корпуса редуктора

а) смотровой люк

Служит для контроля сборки и осмотра редуктора при эксплуатации. Для удобства осмотра его располагают на верхней крышке корпуса, что позволяет его также использовать для заливки масла.

б) проушина

Служит для подъема и транспортировки крышки корпуса и собранного редуктора.

в) штифты установочные

Расточку отверстий под подшипники в крышке и основании корпуса производят в сборе. Перед расточкой отверстий в этом соединении устанавливают два фиксирующих штифта на возможно большем расстоянии друг от друга.

г) винт отжимной

Служит для того, чтобы обеспечить разъединение крышки и основания корпуса.

д) отверстия под маслоуказатель и сливную пробку

Располагают обычно их рядом и на одной стороне основания корпуса, в легкодоступном месте.

5. Расчет валов редуктора

5.1 Ориентировочный расчет валов

Определение размеров ступеней валов на быстроходном валу. Диаметр под полумуфту

Т₁ - крутящий момент на быстроходном валу (Нм);

- пониженное касательное напряжение (15-25 МПа).

Согласование диаметра d₁ с диаметром вала двигателя.

d_дв= 28мм d₁=(0,81,2)d_дв =1*28=28 мм;

по ГОСТу 6636-69 принимаем значение d₁=28 мм.

l₁=1,5d₁=1,5·28=42 мм; принимаем l₁=42 мм.

Диаметр под подшипниковую крышку и подшипник

t- высота буртика и равна 2,2 мм

Округляем в большую сторону до 0 или 5. Принимаем d₂=35 мм.

Принимаем l₂=70 мм. Учитывая, что межосевое расстояние равно 160 мм по табл. 7.2 1 выбираем шариковый радиально - упорный подшипник типа 36000.

Подшипник 36307

Обозначение	Размеры, мм
=12	d	D	B
36307	35	80	21

Диаметр под шестерню

r=2,5 по таблице

d₃=43 мм и округляем до 44 мм

l₃- (определяется графически по эскизной компоновке)

Диаметр под подшипник

d₄=d₂=35 мм

l₄=В+с=21+1,6=22,6 мм

Определение размеров ступеней валов на тихоходном валу

Диаметр под элемент открытой передачи

Т₂ - крутящий момент на быстроходном валу (Нм);

- пониженное касательное напряжение (15-25 МПа).

Принимаем d₁=40 мм.

l₁=1,5d₁=1,5·40=60 мм; принимаем l₁=60 мм.

Диаметр под подшипник

Принимаем d₂=45 мм

Принимаем l₂=57 мм

На основании рекомендаций (табл. 7.2 1) выбираем подшипник роликовый конический однорядный типа 7209. Последние цифры в номере подшипника равны 9 (45: 5=9).

Подшипник роликовый конический однорядный

№	Размеры, мм
	d	D	T	c
7209	45	85	21	1,6

Диаметр под колесо

r - координата фаски подшипника

Принимаем d₃=53 мм

l₃=lст+2*x

Диаметр под подшипник

d₄=d₂=45 мм

l₄=Т+с=21+1,6=22,6 мм

В конструкции червячного колеса предусмотреть ступицу, наружный диаметр и длина которой:

d_ст=1,55d

l_ст=1,5d

d - внутренний диаметр ступицы, равный диаметру третьей ступени вала d₃

d_ст=1,5553=82 мм

l_ст=1,5d₃=77 мм

l₃=77+2*10=97 мм

На основании эскизной компоновки получаем, что l_б=248 мм; l_М=116 мм; l_T=100 мм; l_оп=84 мм.

5.2 Эскизная компоновка

5.3 Определение усилий в зацеплении, консольной нагрузки

Колесо:

Радиальная сила

Червяк и колесо:

Осевая сила

Червяк:

Колесо:

tgб-стандартный угол зацепления колес

5.4 Определение реакций в опорах и подбор подшипников

5.4.1 Определение реакций в опорах на быстроходном валу

F_t1=524,126 H

F_r1=762,6 H

F_a1=2095,24 H

l_б=248 мм=0,248 м

l_М=116 мм=0, 116 м

Консольная нагрузка от муфты на ведущем валу

при 25Т250 нм.

Проверка:

Эпюра Мх

Горизонтальная плоскость



Проверка:

Эпюра Му

Суммарная эпюра

М_?2=v 0-(23,57)²=23,57 Н*м

М_?3= v20,8 ²-23,57 ² =89 Н*м

М_?3= v20,8 ²-14,26 ²=25,2 Н*м

5.4.2 Определение реакций в опорах на тихоходном валу

F_t2=2095 н

F_r2=762,6 н

F_a2=524,126 н

F_k2=3100,41 н

l_Т=100 мм=0,1 м

l_оп=85 мм=0,085 м

Проверка:



Горизонтальная плоскость

Проверка:

Эпюра Му



5.4.3 Подбор подшипников

Расчет подшипника на динамическую грузоподъемность

Подшипники, предварительно назначенные по диаметру вала, проверяют на долговечность. Долговечность должна быть не менее 8000 часов и не более 40000 часов.

Шариковый радиально-упорный подшипник № 36307

R_A=R₂=856,15 H

R_B=R₁=202,7 H

F_а=2095 H

C_r=35 кH

=26⁰

1. Определение осевых составляющих

2. Определение эквивалентной нагрузки в каждой опоре

V - коэффициент, который зависит от того, какое кольцо вращается у подшипника

V=1 - если вращается внутреннее кольцо

x, y - коэффициенты радиальной и осевой нагрузки, которые зависят от

x=1, y=0

e x, y по табл. 9.1 1

К_б - коэффициент безопасности, зависит от режима работы (1,3-1,5)

К_t - температурный коэффициент, К_t=1 при t100⁰С



е

3. Определение долговечности в часах

к - зависит от типа подшипника

к=3 для шариковых подшипников

к=10/3 для роликоподшипников

n - обороты вращения вала, об/мин

а₁ - коэффициент надежности. При безотказной работе подшипников =90%, а₁=1

а₂₃-коэффициент, учитывающий особые свойства металла

а₂₃=0,7-0,8 для шариковых подшипников

а₂₃ =0,6-0,7 для роликовых конических подшипников

8000L_h=30290,240000 часов

Долговечность приемлема.

Роликовый конический подшипник №7209

R_A=R₁=1612 Н

R_B=R₂=6862,71H

F_а=524,126H

C_r=42,7 кH

n=47,5 об/мин

е=0,41

=15⁰

1. Определение осевых составляющих

2. Определение эквивалентной нагрузки в каждой опоре

e=0,41

e=0,41

3. Определение долговечности в часах

8000L_h=4502746000 часов

Долговечность приемлема.

5.5 Расчет валов на прочность

Прочность вала проверяем в опасных сечениях, которое определяется по суммарной эпюре изгибающего момента.

Кп - коэффициент перенагрузки =2,2



ут= 650 МПа;

6. Подбор и проверочный расчет шпоночных соединений

Призматические шпонки, применяемые в редукторе, проверяют на смятие и срез. Проверке подлежат две шпонки тихоходного вала - под колесом и элементом открытой передачи и одна шпонка на быстроходном валу - под полумуфту.

Длина шпонки должна быть на 5-10 мм меньше длины насадочной части и выбирается из стандартизованного ряда.

Расчет шпонки на выходной конец быстроходного вала:

d₁=28 мм

l₁=42 мм

Т₁=16,51 нм

Размеры шпонки определяются по табл. К42 1:

b=7 мм

h=7 мм

t₁=4,0 мм

t₂=3,3 мм

l_ш=32 мм

Рабочая длина шпонки:

Расчет на смятие:

Т - крутящий момент на валу, Нмм

d_в - диаметр вала в месте установки шпонки, мм

- рабочая длина шпонки, мм

t₂ - глубина паза втулки, мм

Расчет на срез:

Расчет шпонки на тихоходном валу под элемент открытой передачи

d₁=40 мм

l₁=60 мм

Т₂=264 нм

Размеры шпонки:

b=12 мм

h=8 мм

t₁=5,0 мм

t₂=3,3 мм

l_ш=50 мм

Рабочая длина шпонки:

Расчет на смятие:

Расчет на срез:

Расчет шпонки на тихоходном валу под колесом:

d₃=53 мм

l₃=97 мм

Т₂=264 нм

Размеры шпонки:

b=16 мм

h=10 мм

t₁=6,0 мм

t₂=4,3 мм

l_ш=90 мм

Рабочая длина шпонки:

Расчет на смятие:

Расчет на срез:

На основании расчета назначаются следующие шпонки:

на быстроходный вал:	шпонка 7732	ГОСТ 23360-78
на тихоходный вал под колесом:	шпонка 12850	ГОСТ 23360-78
на тихоходный вал под элемент открытой передачи:	шпонка 161090	ГОСТ 23360-78

7. Описание принятой системы смазки и выбор марки масла

Смазывание червячных зацеплений и подшипников применяют в целях защиты от коррозии, снижения коэффициента трения, уменьшения износа, отвода тепла и продуктов износа от трущихся поверхностей, снижения шума и вибраций.

1. Смазывание червячного зацепления

а) способ смазывания

Для редукторов общего назначения применяют непрерывное смазывание жидким маслом картерным непроточным способом (окунанием). Для червячных передач с цилиндрическим червяком смазывание окунанием допустимо до скорости скольжения 10 м/с.

Окружная скорость:

₂ - угловая скорость ведомого вала, рад/с

T₂ - крутящий момент ведомого вала, Нм

i_ред - передаточное число редуктора

б) выбор сорта масла

Выбор сорта масла зависит от значения расчетного контактного напряжения в зубьях _н и фактической окружной скорости колес _S. Сорт масла выбирается по табл. 10.29 1.

Контактное напряжение _S=2,76 м/с сорт смазочного масла И-Т-Д-100.

И - индустриальное,

Т - для тяжело нагруженных узлов,

Д - масло с антиокислительными, антикоррозионными, противоизносными и противозадирными присадками.

100 - класс кинематической вязкости (кинематическая вязкость при 40⁰С равна 90…100 мм²/с.

в) определение количества масла

При нижнем расположении червяка h_M=(0,1…0,5)d₁, при h_min=2,2m

m-модуль зацепления

h_M =0,363=18,9 мм

h_min=2,26,3=13,86 мм

д) контроль уровня масла

Для наблюдения за уровнем масла в корпусе устанавливаем жезловой маслоуказатель.

Указатель жезловой

d	d1	d2	D	D1	L1	l	l1	b
M121,25	5	6	18	12	30	12	6	3

е) слив масла

При работе передач масло постепенно загрязняется продуктами износа деталей передач. С течением времени оно стареет, свойства его ухудшаются. Поэтому масло, налитое в корпус редуктора, периодически меняют. Для этой цели в корпусе предусматривают сливное отверстие, закрываемое пробкой с конической резьбой.

Пробка с конической резьбой

d	D	L	b	a	S
	20,9	15	7,5	4	8

ж) отдушины

При длительной работе в связи с нагревом масла и воздуха повышается давление внутри корпуса, что приводит к просачиванию масла. Чтобы этого избежать устанавливают отдушины.

Ручка-отдушина

d	D	D1	L	l	b
M121,25	20	32	40	12	5,5

2. Смазывание подшипников

Так как _S=2,76 м/с, то смазывание осуществляется в результате разбрызгивания масла и образования масляного тумана.

8. Подбор муфт

Для соединения выходных концов двигателя и быстроходного вала редуктора, установленных, как правило, на общей раме, применяются упругая втулочно-пальцевая муфта. Она обладает достаточно упругими свойствами и малым моментом инерции для уменьшения пусковых нагрузок.

Выбор муфты производится по допускаемому крутящему моменту и диаметру вала.

К - коэффициент режима нагрузки зависит от типа конвейера и редуктора.

Т₁ _ вращающий момент на быстроходном валу редуктора, Нм

Т_таб - номинальный момент (по табл. К21 1)

Муфта упругая втулочно-пальцевая ГОСТ 21425-93

Момент Т, Нм	Угловая скорость , с-1 не более	Отверстие	Габаритные размеры
		d,	d1	lцил	lкон	L	D	d0
125	480	28	42	26	89	120	28

Ориентировочное соотношение некоторых размеров муфты: