Проектирование привода ленточного транспортера

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра технической механики

Расчетно-пояснительная записка

к курсовому проекту по дисциплине «Детали машин»

на тему: «Проектирование и расчет привода ленточного транспортера».

Задание 12

Вариант № 6

Выполнил: студент М-32

гр. Козлов В.А.

Оренбург 2008- 2009 уч.г.

Проектирование и расчет привода ленточного транспортера

привод ленточный транспортер расчет

Назначение привода и его особенности

Привод - это устройство, приводящее в движение машины и механизмы. Состоит из источника энергии, передаточного механизма и аппаратуры управления. Источником энергии в данном курсовом проекте является двигатель 4А100S4УЗ, который преобразует электрическую энергию во вращательное движение. Передаточный механизм состоит из двухступенчатого цилиндрического прямозубого редуктора и цепной передачи.

Редуктор - это механизм, служащий для снижения частоты вращения и повышения крутящего момента.

Определение коэффициента полезного действия привода

Зубчатая передача

?з=0,96

Цепная передача

?_ц=0,95

Коэффициент полезного действия привода

?пр=??з²??_ц=0.96² 0.95?0,87

Выбор электродвигателя

а) Определение мощности цепного транспортера.

кВт

где F-максимальное тяговое усилие транспортера.

V-скорость транспортера.

Р_ц.т.- мощность ленточного транспортера.

б) Определение мощности на электродвигателе.

кВт

в) Выбор электродвигателя.

с

где n-частота вращения двигателя

Марка 4А100S4У3

Р_таб.=3,0 кВт = 1435 об./мин.

Рассчитаем угловую скорость выходного вала

щ₄= ==5,98 с^-1

Определение передаточного числа привода и распределение его между ступенями

а) Определение передаточного числа привода.

б) Распределение

Uпр.=Uц.пеp. Uред.

Uц.пер.=2

в) Определение передаточного числа редуктора

Uред.=

г) Определение передаточного числа быстроходной и тихоходной пары.

Принимаем U_т^ст=4; U_б^ст =3,15 по СТ СЭВ 221-75

д) Определение стандартного передаточного отношения редуктора.

Uц.пер..=

Определение угловой скорости, мощности и крутящего момента на всех валах

а) Определение угловой скорости на всех валах.

б) Определение мощности на всех валах.

кВт

кВт

кВт

кВт

в) Определение крутящего момента на всех валах.

Нм

Нм

Нм

Нм

Расчет быстроходной зубчатой передачи

1. Выбор материала зубчатых колес, его термическую обработку и механические характеристики.

Колесо: Нормализация

Марка стали

Диаметр заготовки, мм

?b, Н/мм

?т

Твердость, HB

45

100-300

570

290

180

Шестерня: Нормализация

Марка стали

Диаметр заготовки, мм

?b, Н/мм

?т

Твердость, HB

45

100-300

570

290

200

2. Определение допустимого контактного напряжения для шестерни и колеса.

=,

где - предел контактной выносливости поверхности зубьев, соответствующий базовому числу циклов напряжений.

Колесо:

=2HB+70=2•180+70=430 МПа

ZR - коэффициент, учитывающий шероховатость поверхностей

ZV - коэффициент, учитывающий окружную скорость передачи

При приближенном расчете коэффициенты можно принимать

ZR ZV=1.

SH - коэффициент безопасности зубчатых колес

SH=1,1(с однородной структурой материала).

KHL - коэффициент долговечности

KHL= 1< KHL2,4

NHE -число циклов нагружения каждого из зубьев рассчитываемого колеса за весь срок службы передачи

NHE=573?c

Tmax - максимальный из моментов, учитываемых при расчете /график нагрузки в задании/

Ti - передаваемые моменты в течение времени ti

t=300 кол.лет кол.смен =300• 8•10•1=24000 ч

????угловая скорость колеса

NHO - базовое число циклов нагружения

NHO=10(HB<200)

с - число одинаковых зубчатых колес, сцепляющихся с рассчитываемым зубчатым колесом; с=1

NHE=573• 47,94• 1 •(1•0.6t + 0.7•0.4t)=4,86•10⁸

Т.к. NHE >NHO, то деталь работает в зоне горизонтальной кривой усталости и

KHL=1

=390,1 МПа

3. Коэффициент KH?? учитывающий неравномерности распределения нагрузки по ширине венца; KH?=1.1

4. Коэффициент ширины =(b - ширина колеса, aw - межосевое расстояние) редукторных зубчатых колес улучшенных сталей =0.4

5. Определение межосевого расстояния, исходя из контактной прочности

Ка=495 для прямозубых колес

aw - округляем по СТ СЭВ 229-75

aw= 90 мм

6. Модуль зубчатых передач для редукторов определяем по формуле

m=(0.01…0.02)aw=(0.01…0.02)•90=0,9…1,8 мм

m - округляем по СТ СЭВ 310-76

m=1,5 мм

7. Число зубьев колес

- шестерня

- колесо.

Для первой ступени редуктора Zmin=20…30, для последующих ступеней Zmin=17…24.

8. Фактическое передаточное число

9. Окружная скорость в зацеплении



10. Рабочая ширина колеса

мм

11. Коэффициент

12. Проверочный расчет на выносливость по контактным напряжениям.

Колесо:

.

где d - диаметр начальной окружности шестерни,

мм

Предварительно определяется окружная сила

Н

Степень точности передачи 9

Для стальных прямозубых передач:

 ; ;

где

13. Основные размеры зубчатой пары.

мм

мм

мм

мм

мм

а_w= мм.

Составляющие силы, действующие в зацеплении

окружная сила

Н

радиальная сила

Н

где

Проверочный расчет по напряжениям изгиба зубьев шестерни и колеса

Шестерня: , где - коэффициент формы зуба,

выполненной без смещения

- допускаемые изгибные напряжения, МПа

,

где МПа - базовый предел выносливости зубьев по излому;

- коэффициент безопасности;

при нереверсивной нагрузке;

Коэффициент долговечности принимается:

При HB350 ,

где

При переменном режиме нагрузки

NFE=573?c

где m=6 - для нормализированных и улучшенных сталей, а также при поверхностном упрочнении;

с=1 - число одинаковых зубчатых колес, сцепляющихся с рассчитываемым зубчатым колесом;

Tmax - максимальный из действующих моментов; /график нагрузки

Ti - передаваемые моменты в течение времени ti; в задании/

t=300•8• кол.лет•кол.смен =300•8•10•1=24000 ч - срок службы привода.

NFE=

Т.к. NFE>NFO, то =1;

,

=1,17 - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по ширине венца;

=1.5 - коэффициент динамической нагрузки.

МПа

Колесо:

,

где - коэффициент формы зуба, выполненный без смещения

- допускаемые изгибные напряжения, МПа

,

где МПа - базовый предел выносливости зубьев

по излому;

- коэффициент безопасности;

при нереверсивной нагрузке;

Коэффициент долговечности принимается:

При HB350 ,

где

При переменном режиме нагрузки

NFE=573•?•c•

где m=6 - для нормализированных и улучшенных сталей, а также при поверхностном упрочнении;

с=1 - число одинаковых зубчатых колес, сцепляющихся с рассчитываемым зубчатым колесом;

Tmax - максимальный из действующих моментов; /график нагрузки

Ti - передаваемые моменты в течение времени ti; в задании/

t=300 кол.лет кол.смен 8=300 5 2 8=24000 ч - срок службы привода.

NFE=

Т.к. NFE>NFO, то =1;

 Н

,

=1,17 - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по ширине венца;

=1,5 - коэффициент динамической нагрузки.

МПа

Расчет цепной передачи

Расчет производен на ПК с помощью программы APM Winmachine в модуле APM Trans.

9.Предварительный расчет валов из расчета только на кручение.

, принимаем d₁=18 мм.

где

, принимаем d₂=28 мм.

, принимаем d₃=36 мм.

, принимаем d₄=36 мм.

Компоновка редуктора

Принимаем межосевое расстояние для быстроходной ступени 80 мм, тихоходной 120 мм.

Эскиз компоновки выполнен в масштабе 1:2. Зазоры между шестернями и корпусом, между шестернями и между подшипниками, соосные ведущему и ведомому валам, принимаем равным 15 мм. Остальные размеры принимаем из расчетов и конструктивных соображений.

Основной расчет валов и осей с построением эпюр изгибающих крутящих моментов. Проверочный расчет валов и осей

Расчет производен на ПК с помощью программы APM Winmachine в модуле APM Trans.

12. Расчет тихоходного вала на жёсткость.

Расчет производится на ПК с помощью программы APM Winmachine в модуле APM Shaft.

==0,0115;

13. Определение суммарных опорных реакций и расчет подшипников 3-го и 4-го валов.

Подшипники качения выбираются из справочника по динамической грузоподъемности и диаметру вала так, чтобы табличное значение динамической грузоподъемности (С_Т) было больше фактической.

Фактическая динамическая грузоподъемность определяется по формуле:

где - показатель степени, равный для шарикоподшипников =3;

L - расчетный ресурс в млн. оборотов;

Р - приведенная нагрузка, Н.

Расчетный ресурс L определяют по формуле:

где n - частота вращения вала об/мин;

- угловая скорость вращения вала, рад/с;

L_n - ресурс подшипника в часах.

Расчетный ресурс подшипников, в машинах работающих с перерывами, составляет: L_n=2500…10000 (часов) в расчетах принимаем 10000 ,час

Приведенную нагрузку Р определяют в зависимости от типа подшипников. Радиальные подшипники воспринимают только радиальную нагрузку. Приведенная нагрузка определяется по формуле:

где F_R - радиальная нагрузка, Н;

К - коэффициент безопасности, учитывающий динамическую нагрузку; К=1,5.

К_Т - температурный коэффициент, К_Т=1;

К_К - коэффициент вращения, равный 1,2 при вращении внутреннего кольца относительно направления нагрузки.

3-й вал, d=25 мм

об/мин

Н

Н

L_h>2500 ч

Выбираем подшипник радиальный однорядный.

Подшипник 4-го вала:

;

;

Выбираем подшипник радиальный однорядный.

4-й вал, d=40 мм

Расчет подшипников остальных валов проводился на ПК с использованием программы АРМ Winmachine в модуле АРМ Trans.

Выбор и проверка расчетом шпоночных соединений

В зависимости от того, какая деталь является ведущей, шпоночные соединения могут передавать крутящий момент от вала к ступице или от ступицы к валу.

Шпонки призматические изготовляются из углеродистых сталей с пределом прочности не менее 600 МПа. Допустимые напряжения на смятие при спокойной нагрузке рекомендуется принимать для стальной ступицы устанавливаемая в пазах двух соприкасающихся деталей, препятствующих относительному повороту или сдвигу этих деталей. [у_см]=80...120 МПа, для чугунной [у_см]=60...80 МПа.

Условие прочности на смятие шпонки:

где Т- крутящий момент на валу, Н· мм

d- диаметр вала, мм

h -высота шпонки, мм

t -глубина паза вала, мм.

l_p -рабочая длина шпонки, мм

l_p=l-b,

l - длина шпонки, мм

b -ширина шпонки, мм

Соединение вал-полумуфта.

МПа

Соединение вал- шестерня быстроходной передачи.

Соединение вал - зубчатое колесо быстроходной передачи.

Соединение вал-шестерня тихоходной передачи.

Соединение вал-зубчатое колесо тихоходной передачи.

Соединение вал-ведущая звездочка.

Соединение вал- ведомая звездочка

15. Выбор конструктивных элементов редуктора по эмпирическим формулам

Размеры основных элементов корпуса определяют в зависимости от значения наибольшего вращающегося момента на тихоходном валу редуктора.

Н•м

Толщина стенки нижней части корпуса

мм

принимаем мм

толщина стенки крышки корпуса мм

принимаем мм.

Толщина ребра у основания д_р.=д=6 мм.

Крышку крепят к корпусу улучшенными винтами с шестигранной головкой.

Диаметр стяжных винтов

; мм принимаем мм

Толщина фланца по разъему

мм

ширина фланца мм

Диаметр фундаментального болта мм

Принимаем мм

Толщина лапы фундаментального болта

мм

Число фундаментальных болтов при принимаем Zф=4

Уклон дна может составлять от 1:100 до 1:200

Элементы корпуса должны сопрягаться одинаковыми радиусами принимаем мм

мм

Высота центров цилиндрических редукторов

Н₀=.

Диаметр цилиндрических штифтов для исключения сдвига крышки относительно корпуса

d_шт.=0,5•10=5 мм, принимаем мм

16. Выбор системы смазки и смазочного вещества для редуктора и опор.

С учетом контактных напряжений определяем кинематическую вязкость при температуре 50С.

Окружная скорость быстроходной передачи:

м/с.

Окружная скорость тихоходной передачи:

м/с.

м/с.

Принимаем способ смазывания - масляным туманом. Этот метод позволяет маслу проникнуть в подшипники, расположенные в труднодоступных местах, хорошо дозировать смазочный материал и создать проточное смазывание при минимальном расходе масла. Смесь воздуха с маслом обеспечивает хорошее охлаждение подшипника, а повышенное давление предохраняет узел от загрязнения. Брызг масляного тумана достаточно для смазывания всех зубчатых колес и подшипников. Для смазывания шестерни быстроходной передачи применим дополнительную смазывающую шестерню, которая входят в зацепление с ведомыми зубчатыми колесами быстроходной ступени редуктора. По кинематической вязкости выберем масло ИГС - 250.

17. Расчет и подбор муфты.

Расчет муфт проводим из условия прочности пальца на изгиб и из условия проверки втулок на смятие.

80…90 МПа.

Т_р- крутящий момент, передаваемый муфтой, Н м.

Н м.

Пальцы:

l_п=19 мм. - длина пальца.

d_п=10 мм. - диаметр пальца.

МПа

=1,8…2 МПа

МПа.

Выбираем 31,5-18-1-У3 ГОСТ 21424-93.

Выбор посадок для деталей привода

В соответствии с техническими условиями выбирают посадки для валов под подшипники ; посадки отверстий в корпусе и крышке редуктора для наружного кольца подшипника ; для валов под сальники h8. Под ступицы зубчатых колес и шестерен

19. Краткое описание конструкции с обоснованием основных конструктивных решений и параметров.

Привод осуществляется следующим образом: от электродвигателя крутящий момент через муфту передается на редуктор, с тихоходного вала редуктора вращение передается через 2 цепные передачи на барабан транспортера. Электродвигатель трехфазный, асинхронный с короткозамкнутым ротором. Он отличается простотой конструкции и обслуживания, надежностью эксплуатации и сравнительно низкой стоимостью. Муфта упругая втулочно-пальцевая получила широкое распространение за простоту конструкции. Применение целесообразно, т.к. соединяемые узлы установлены на плиту.

В задании необходимо рассчитать редуктор с быстроходной и тихоходной парой. Редуктор наиболее компактен, имеет наименьшую массу. Конструкция корпуса обеспечивает увеличение объема масла, что повышает его стабильность во времени, повышается жесткость корпуса, деформация бобышек направлена в благоприятную сторону, что уменьшает взаимный перекос колец подшипников. Смазывание осуществляется способом погружения и разбрызгивания, как наиболее простое и дешевое.

Краткое описание технологического процесса сборки редуктора

Выполнение всего процесса сборки осуществляется на одном месте. Вначале проводятся подготовительные операции: осмотр, подбор и комплектование деталей согласно их спецификации, проводится очистка деталей, окраска корпуса и деталей с внутренней стороны, где нет поверхностей сопряжения с другими деталями. Срезают неровности на ограниченных участках корпуса и крышки.

Сборка должна отвечать следующим требованиям: детали должны пройти контроль; вращение деталей должно быть плавным, без заеданий, резьбовые соединения должны быть затянуты равномерно.

Технологический процесс сборки: на рабочие места подаются детали и сборочные единицы. Установив на подставку корпус, проверяют его качество изготовления и окраски поверхностей. Устанавливают ведущий вал в корпус, проверяют совмещение корпусов подшипников вала с крышками и гнезд корпуса. После этого монтируют промежуточный вал в собранном виде, соблюдая тоже требование. Выходной вал в собранном виде устанавливают в последнюю очередь. Устанавливают крышку редуктора, обеспечив совмещение буртиков и проточек и равномерную затяжку болтов. Заливают редуктор маслом выше уровня на 5…10 мм. После этого редуктор проверяют на стенде под нагрузкой и без нагрузки.

Краткое описание технологического процесса изготовления вала

В качестве исходной заготовки для вала берем горячекатаный прокат. Отрезаем заготовку на фрезерно-отрезном станке.

Осуществляем подготовительные операции, в которые входит закрепление заготовки в центрах. Формы и размеры центровых отверстий регламентируются ГОСТ 14034-74. Первой операцией является отрезание с припуском по торцам для последующей обработки; вторая операция - фрезерно-центровальная; штучные заготовки устанавливают в призмах фрезерно-центровальных станков, на которых одновременно фрезеруются оба торца по размерам чертежа и второй позицией проводится центрирование сверлами. При черновой обработке на универсальных станках токарно-винторезных станках 1К62 заготовки закрепляют в трехкулачковом патроне с поджатием центром. При обработке следует максимально снять припуски с поверхности заготовки. Припуск на дальнейшую обработку по всем поверхностям назначается исходя из сложности размеров детали. Получистовая и чистовая обработка валов производится в центрах при креплении конца вала в быстродействующем поводковом патроне. Необходимо стремится проводить обработку за одну установку с применением всех необходимых инструментов. Чистовая обработка проводится на высокоточном оборудовании, на котором обтачивают обрабатываемые шейки валов, начиная с наибольшего размера. После проводится шлифовка поверхностей шлифовальным кругом на станке 3Б161.

Пазы под шпонки делают шпоночной фрезой на станке 692 D-1. Последней операцией является слесарная обработка, в которую входит зачистка заусенцев и запилов острых кромок. После каждой операции проводится контроль детали. В случае отклонения от размера и невозможности дальнейшего устранения неточности изготовления деталь выбраковывается.

Список использованной литературы

1. Решетов Д.Н. «Детали машин» - Москва: 1980г.

2. Чернавский С.А. «Проектирование механических передач »- Москва: Машиностроение, 1984 г.

3. Колпаков А.П., Карноухов И.П. «Проектирование и расчет механических передач » - Москва: Колос, 2000 г.

4. Иванов М.Н. «Детали машин»- Москва: Высшая школа,2004 г.

Размещено на Allbest