Привод ленточного конвейера

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки РФ

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Курсовой проект

по дисциплине: Прикладная механика

на тему: «Привод ленточного конвейера»

Выполнил:

студент группы ФП-10

Морозов И.А.

Проверил:

Нестеров А.А.

вал передача колесо подшипник

Пермь 2012

Оглавление

• Исходные данные
• 1. Расчёт энергокинематических параметров привода
• 1.1 Выбор электродвигателя
• 1.2 Определение передаточных чисел ступеней привода
• 1.3 Определение чисел оборотов валов
• 1.4 Определение вращающих моментов на валах
• 1.5 Определение угловых скоростей валов
• 1.6 Энергокинематические параметры привода
• 2. Расчёт клиноремённой передачи
• 2.1 Проектный расчёт
• 2.2 Проверочный расчёт
• 2.3 Параметры клиноремённрой передачи
• 3. Выбор материала зубчатой передачи. Определение допускаемых напряжений
• 3.1 Выбор твёрдости термообработки и материала колёс
• 3.2 Определение допускаемых контактных напряжений
• 3.3 Определение допускаемых напряжений изгиба
• 3.4 Механические характеристики зубчатой передачи
• 4. Расчёт зубчатой передачи редуктора
• 4.1 Проектный расчёт
• 4.2 Проверочный расчёт
• 4.3 Параметры зубчатой цилиндрической передачи
• 5. Нагрузки валов редуктора
• 5.1 Определение сил в зацеплении закрытой передачи
• 5.2 Определение консольных сил
• 6. Разработка чертежа общего вида редуктора
• 6.1 Выбор материала валов и допускаемых напряжений на кручение
• 6.2 Определение геометрических параметров ступеней валов
• 6.3 Предварительный выбор подшипников качения
• 6.4 Материал валов. Размеры ступеней. Подшипники
• 6.5 Разработка чертежа общего вида редуктора
• 7. Расчётная схема валов редуктора
• 7.1 Определение реакций в опорах подшипников
• 8. Проверочный расчёт подшипников
• 9. Выбор муфты
• 10. Проверочный расчёт валов
• 11. Проверочный расчёт шпонок
• 12. Выбор смазки подшипников и передач
• 12.1 Смазывание зубчатого зацепления
• 12.2 Смазывание подшипников
• Список литературы
• Исходные данные

Окружное усилие на барабане , кН	3,25
Окружная скорость ленты конвейера V, м/с	0,5
Диаметр барабана , м	0,25
Срок службы редуктора ,	12000
Синхронная частота вращения двигателя , об/мин.	750

• 1. Расчёт энергокинематических параметров привода

1.1 Выбор электродвигателя

Необходимая мощность электродвигателя:

,

где - мощность на выходном валу; - КПД всего привода.

КПД привода:

, где

- КПД клиноремённой передачи;

- КПД одноступенчатого редуктора;

- КПД муфты;

- КПД подшипников качения вала.

Согласно и выбираем двигатель 4AM112MA8Y3 c номинальной частотой и номинальной мощностью .

1.2 Определение передаточных чисел ступеней привода

Частота на выходе (на рабочем органе):



Общее передаточное число:

Передаточное число клиноремённой передачи:

Передаточное число редуктора:

1.3 Определение чисел оборотов валов

Вал двигателя:

Вал привода:

Для быстроходного вала редуктора:

Для тихоходного вала редуктора:

1.4 Определение вращающих моментов на валах

Вращающий момент на валу конвейера:

Вращающий момент на тихоходном валу редуктора:

Вращающий момент на быстроходном валу редуктора:

Вращающий момент на валу двигателя:

1.5. Определение угловых скоростей валов

Угловая скорость на валу двигателя:

Угловая скорость на быстроходном валу редуктора:



Угловая скорость на тихоходном валу редуктора:

Угловая скорость на выходе:

1.6. Энергокинематические параметры привода

Вал Параметр	ЭД	Редуктор	Барабан привода
		быстроходный	тихоходный
	700	194,44	38,20	38,22
	73,27	20,35	4,00	4,00
	24,29	83,96	414,54	406,25

Вал Параметр	Клиноремённой передачи	Редуктора	Общее
	3,6	5,09	18,32

2. Расчёт клиноремённой передачи

2.1 Проектный расчёт

Согласно и выбираем клиновый ремень Б.

- минимально допустимый диаметр ведущего шкива.

- расчётный диаметр ведущего шкива.

Определим диаметр ведомого шкива:

е = 0,02 - коэффициент скольжения;

С учётом вычисленного диаметра ведомого шкива выбираем ближайшее стандартное значение .

Определим фактическое передаточное число и проверим его отклонение от стандартного :

Вычисленное отклонение удовлетворяет установленному требованию .

Определим ориентировочное межосевое расстояние :

- высота сечения клинового ремня

Определим расчётную длину ремня :

- с учётом округления до ближайшей стандартной длины

Уточним значение межосевого расстояния по стандартной длине:

Определим угол обхвата ремнём ведущего шкива :

Определим скорость ремня :

,

где и - диаметр ведущего шкива и частота его вращения; - допускаемая скорость клинового ремня.

Определим частоту пробегов ремня :

,

где - допускаемая частота пробегов.

Допускаемая мощность передаваемая клиновым ремнём:

,

где - допускаемая приведённая мощность, передаваемая одним клиновым ремнём; - коэффициент динамичности работы и длительности работы; - коэффициент угла обхвата; - коэффициент влияния отношения расчётной длины ремня к базовой; - коэффициент числа ремней в комплекте клиноремённой передачи.

Число клиновых ремней:

Принимаем .

Определим силу натяжения одного клинового ремня:

Определим окружную силу , передаваемую комплектом клиновых ремней:



Определим силы натяжения и ведущей и ведомой ветвей соответственно:

Определим силу давления клиновых ремней на вал:

2.2 Проверочный расчёт

Проверим прочность ремня по максимальным напряжениям в сечении ведущей ветви , :

, где

- напряжение растяжения в клиновом ремне:

, где

- площадь поперечного сечения ремня

, - напряжение изгиба:

, где

- модуль продольной упругости при изгибе для прорезиненных ремней; - высота сечения ремня.

, - напряжения от центробежных сил:

, где

- плотность материала ремня. ; - допускаемое напряжение растяжения.

Так как меньше , то условие прочности выполняется.

2.3 Параметры клиноремённрой передачи

Параметр	Значение
Тип ремня	клиновой ремень Б
Сечение ремня ,	138
Количество ремней	3
Межосевое расстояние , мм	362,5
Длина ремня , мм	1800
Угол обхвата малого шкива , град.	123,39
Частота пробегов ремня ,	2,85
Диаметр ведущего шкива , мм	140
Диаметр ведомого шкива , мм	500
Максимальное напряжение ,	8,42
Предварительное натяжение ремня , Н	154,53
Сила давления ремня на вал , Н	816,32

3. Выбор материала зубчатой передачи. Определение допускаемых напряжений

3.1 Выбор твёрдости термообработки и материала колёс

Марка стали шестерни и колеса - 40Х.

Термообработка - улучшение.

Интервал твёрдости зубьев шестерни

Интервал твёрдости зубьев колеса

Средняя твёрдость зубьев шестерни

Средняя твёрдость зубьев колеса

Соотношение соответствует рекомендуемому:

Механические характеристики стали для шестерни:

Механические характеристики стали для колеса:

Предельное значение диаметра и толщины обода или диска шестерни:

Предельное значение диаметра и толщины обода или диска колеса:

3.2. Определение допускаемых контактных напряжений

Определим коэффициент долговечности для зубьев шестерни:

,

где - число циклов перемены напряжений, соответствующее пределу выносливости шестерни; - число циклов перемены напряжений за весь срок службы шестерни - наработка ( - срок службы привода).

Так как , то

Определим коэффициент долговечности для зубьев колеса:

,

где - число циклов перемены напряжений, соответствующее пределу выносливости колеса; - наработка колеса.

Так как , то

Определим допускаемое контактное напряжение и , соответствующее пределу контактной выносливости при числе циклов перемены напряжений и :

Определим допускаемые контактные напряжения для зубьев шестерни и колеса :

Так как , то допускаемое контактное напряжение

3.3 Определение допускаемых напряжений изгиба

Определим коэффициент долговечности для зубьев шестерни:

,

где - число циклов перемены напряжений для всех сталей, соответствующее пределу выносливости.

Так как , то

Определим коэффициент долговечности для зубьев колеса:

Так как , то

Определим допускаемое напряжение изгиба и соответствующее пределу изгибной выносливости при числе циклов перемены напряжений :

Вычислим допускаемые напряжения изгиба для зубьев шестерни и колеса :

Коэффициент 0,75 учитывает реверсивность передачи.

Так как ,то допускаемое напряжение изгиба

3.4 Механические характеристики зубчатой передачи

Элемент передачи	Марка стали			Теромообработка
Шестерня	40Х	125	80	улучшение	285,5	900	410	514,3	191,97
Колесо		200	125		248,5	790	375

4. Расчёт зубчатой передачи редуктора

4.1 Проектный расчёт

Определим межосевое расстояние , мм:

,

где - вспомогательный коэффициент для косозубой передачи; - коэффициент ширины венца шестерни; - коэффициент неравномерности нагрузки по длине зуба.

- ближайшее стандартное значение

Определим модуль зацепления , мм:

,

где - вспомогательный коэффициент для косозубых передач; - делительный диаметр колеса; - ширина венца колеса.

- стандартное значение.

Определим угол наклона зубьев :

Определим суммарное число зубьев шестерни и колеса :

Принимаем

Уточним действительную величину угла наклона зубьев:

Определим число зубьев шестерни:

Примем

Определим число зубьев колеса:

Определим фактическое передаточное число и проверим его отклонение от заданного :

Определим фактическое межосевое расстояние:



Определим фактические основные геометрические параметры передачи.

Определим делительный диаметр шестерни :

Определим делительный диаметр колеса :

Диаметр вершин зубьев шестерни :

Диаметр вершин зубьев колеса :

Диаметр впадин зубьев шестерни :

Диаметр впадин зубьев колеса :

Определим ширину венца шестерни :

Определим ширину венца колеса :

4.2 Проверочный расчёт

Проверим межосевое расстояние :

150 мм

Проверим пригодность заготовок колёс:

- условие пригодности заготовок колёс, где - диаметр заготовки шестерни; - толщина диска заготовки колеса закрытой передачи.

То есть условие пригодности заготовок колёс выполняется.

Проверим контактные напряжения :

, где

- вспомогательный коэффициент; ; - коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями, определяемый в зависимости от окружной скорости колёс и степени точности передачи; - коэффициент динамической нагрузки, зависящий от окружной скорости колёс и степени точности передачи; - коэффициент неравномерности нагрузки по длине зуба (для прирабатывающихся зубьев).

Так как перегрузка в пределах допустимой (меньше 5%), то контактные напряжения соответствуют установленным нормам.

Проверим напряжения изгиба зубьев шестерни и колеса и :

,

где - коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями; - коэффициент неравномерности нагрузки по длине зуба для прирабатывающих зубьев колёс; - коэффициент динамической нагрузки, зависящий от окружной скорости колёс и степени точности передачи; и - коэффициенты формы зуба шестерни и колеса (определяются в зависимости от эквивалентного числа зубьев шестерни и колеса ); - коэффициент, учитывающий наклон зуба.

То есть напряжения изгиба зубьев шестерни и колеса соответствуют допустимым.

4.3 Параметры зубчатой цилиндрической передачи

Проектный расчёт, мм:

Параметр	Значение
Межосевое расстояние , мм	150
Модуль зацепления , мм	2,25
Ширина зубчатого венца шестерни , мм	48
Ширина зубчатого венца колеса , мм	45
Число зубьев шестерни	22
Число зубьев колеса	109
Угол наклона зубьев ,
Диаметр делительной окружности шестерни , мм
Диаметр делительной окружности колеса , мм
Диаметр окружности вершин шестерни , мм
Диаметр окружности вершин колеса , мм
Диаметр окружности впадин шестерни , мм
Диаметр окружности впадин колеса , мм

Проверочный расчёт:

Параметр	Допускаемые значения	Расчётные значения
Контактные напряжения
Напряжение изгиба,

5. Нагрузки валов редуктора

5.1 Определение сил в зацеплении закрытой передачи

Угол зацепления

Определим окружные силы на шестерне и колесе :

Определим радиальные силы на шестерне и колесе:

Определим осевые силы на шестерне и колесе:

5.2 Определение консольных сил

Консольная сила клиноремённой передачи :

Консольная сила от муфты :

6. Разработка чертежа общего вида редуктора

6.1 Выбор материала валов и допускаемых напряжений на кручение

Материал:

Сталь 40Х

Термообработка:

улучшение

Твердость:

НВ = 269…302

Допускаемые напряжения:

Допускаемое напряжение на кручение для шестерни:

Допускаемое напряжение на кручение для вала колеса:

6.2 Определение геометрических параметров ступеней валов

Вал-шестерня:

1-я ступень под открытую передачу:

Принимаем стандартное значение

Принимаем стандартное значение

2-я ступень под уплотнение крышки с отверстием и подшипник:

, где - высота буртика

Принимаем стандартное значение

Принимаем стандартное значение

3-я ступень вала под шестерню:

,

где - координата фаски подшипника

Так как , то

Графически получаем

4-я ступень вала по подшипник:

Вал колеса:

1-я ступень вала под открытую передачу:

Принимаем стандартное значение



Принимаем стандартное значение

2-я ступень под уплотнение крышки с отверстием и подшипник:

, где - высота буртика

Принимаем стандартное значение

Принимаем стандартное значение

3-я ступень вала под колесо:

,

где - координата фаски подшипника

Принимаем стандартное значение

Графически получаем

4-я ступень вала по подшипник:

6.3 Предварительный выбор подшипников качения

Для быстроходного вала шестерни берем роликовые конические однорядные подшипники серии 7308 (средняя) с установкой враспор.

Для тихоходного вала колеса берем роликовые конические однорядные подшипники серии 7310 (средняя) с установкой враспор.

6.4 Материал валов. Размеры ступеней. Подшипники

Вал Ст. 40Х	Размеры ступеней, мм	Подшипники
					Типоразмер
Быстроходный	35	40	54,88	40	7308	40, 90, 25,5, 20	61	46
	44	60	92	45,5
Тихоходный	46	50	60	50	7310	50, 110, 29,5, 23	96,6	75,9
	58	63	92	52,5

В таблице - диаметр внутреннего кольца подшипника; - диаметр наружного кольца подшипника; - осевые размеры роликоподшипников; - динамическая и статическая грузоподъёмность соответственно.

6.5 Разработка чертежа общего вида редуктора

Выберем схему редуктора с горизонтальным расположением валов.

Наружный диаметр ступицы

Длина ступицы :

Вычислим зазор между вращающимися поверхностями колеса и стенками редуктора для предотвращения зацепления:



Расстояние от оси шестерни до внутренней поверхности корпуса:

,

где - диаметр наружного кольца подшипника быстроходного вала.

Расстояние между дном корпуса и поверхностью колеса:

7. Расчётная схема валов редуктора

7.1 Определение реакций в опорах подшипников

Окружная сила на колесе:

Радиальная сила на колесе:

Осевая сила на колесе:

Окружная сила на шестерне:

Радиальная сила на шестерне:

Осевая сила на шестерне:

Сила давления ремней на вал:

Сила давления муфты:

Определим расстояние между точками приложения реакций подшипников быстроходного вала:

,

где - расстояние между внешними торцами подшипников вала; - расстояние от широкого торца наружного кольца подшипника до точки приложения реакции ( - коэффициент влияния осевого нагружения).

Определим расстояние между точками приложения реакций подшипников тихоходного вала:

,

где ;

Графически определим расстояния и приложения консольной силы и реакции смежной опоры подшипника:

Расчётные схемы валов представлены в приложении.

8. Проверочный расчёт подшипников

Определим расчётную динамическую грузоподъёмность для подшипников тихоходного вала:

,

где - эквивалентная динамическая нагрузка, Н; - показатель степени; - коэффициент надёжности; - коэффициент, учитывающий влияние качества подшипника и качества его эксплуатации при обычных условиях работы; - частота вращения внутреннего кольца подшипника; - долговечность подшипника.

Определим :

- осевая нагрузка подшипника, установленного на 4-й ступени;

- осевая нагрузка подшипника, установленного на 2-й ступени;

- осевая сила в зацеплении;

- суммарная осевая составляющая;

- осевая составляющая радиальной нагрузки подшипника ;

- коэффициент влияния осевого нагружения;

;

;

- коэффициент вращения;

;

Так как , то для подшипника 4-й ступени

,

где - коэффициент безопасности; - температурный коэффициент.

Определим базовую долговечность для подшипника 4-й ступени:

Так как , то для подшипника 2-й ступени

,

где - коэффициент радиальной нагрузки; - коэффициент осевой нагрузки.

Определим базовую долговечность для подшипника 2-й ступени:

Так как для обоих подшипников выполняются условия:

и ,

то для тихоходного вала роликовые конические однорядные подшипники типа 7310 средней серии подобраны правильно.

Определим расчётную динамическую грузоподъёмность для подшипников быстроходного вала:

,

где - частота вращения внутреннего кольца подшипника.

Определим :

- осевая нагрузка подшипника, установленного на 1-й ступени;

- осевая нагрузка подшипника, установленного на 3-й ступени;

- осевая сила в зацеплении;

- суммарная осевая составляющая;

- осевая составляющая радиальной нагрузки подшипника ();

- коэффициент влияния осевого нагружения;

;

;

- коэффициент вращения;

;

Так как , то для подшипника 1-й ступени

,

где - коэффициент безопасности; - температурный коэффициент.

Определим базовую долговечность для подшипника 1-й ступени:

Так как , то для подшипника 3-й ступени

,

где - коэффициент радиальной нагрузки; - коэффициент осевой нагрузки.

Определим базовую долговечность для подшипника 3-й ступени:

Так как для обоих подшипников выполняются условия:

и ,

то для быстроходного вала роликовые конические однорядные подшипники типа 7308 средней серии подобраны правильно.

9. Выбор муфты

Определим расчётный момент и выберем муфту:

,

где - коэффициент режима нагрузки ленточного конвейера; ; - номинальный вращающий момент, установленный стандартом.

Выбираем упругую муфту с торообразной оболочкой и . Материал полумуфт - сталь Ст3. При предельно допустимых для муфты смещениях радиальная сила и изгибающий момент невелики, поэтому при расчёте валов и их опор этими нагрузками можно пренебречь.

10. Проверочный расчёт валов

Опасные сечения валов:

- 2-ая ступень

- 3-йя ступень

Источники концентрации напряжений в опасных сечениях:

- Опасное сечение 2-й ступени быстроходного и тихоходного валов определяют два концентратора напряжений - посадка подшипника с натягом и ступенчатый переход галтелью между 2-й и 3-й ступенью.

- Концентрацию напряжений 3-й ступени для тихоходного вала определяют посадка колеса с натягом и шпоночный паз.

- Концентратором напряжений на 3-й ступени быстроходного вала являются шлицы.

Нормальные напряжения изменяются по симметричному циклу, при котором амплитуда напряжений равна расчётным напряжениям изгиба :

,

где - суммарный изгибающий момент в рассматриваемом сечении, Нм; - осевой момент сопротивления сечения вала, .

2-ая ступень тихоходного вала:

2-ая ступень быстроходного вала:

3-тья ступень тихоходного вала:

3-тья ступень быстроходного вала:

Касательные напряжения изменяются по отнулевому циклу, при котором амплитуда цикла равна половине расчётных напряжений кручения :

,

где - крутящий момент, ; - полярный момент инерции сопротивления сечения вала, .

2-ая ступень тихоходного вала:

2-ая ступень быстроходного вала:



3-тья ступень тихоходного вала:

3-тья ступень быстроходного вала:

Определим коэффициент концентрации нормальных и касательных напряжений для расчётного сечения вала:

,

где , - эффективные коэффициенты концентрации напряжений; - коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения; - коэффициент влияния шероховатости; - коэффициент влияния поверхностного упрочнения.

2-ая ступень тихоходного вала:

; ; ; (азотирование)

2-ая ступень быстроходного вала:

; ; ; (азотирование)

3-тья ступень тихоходного вала:

; ; ; (азотирование)

3-тья ступень быстроходного вала:

; ; ;

Определим пределы выносливости в расчётном сечении вала, :

,

где и - пределы выносливости гладких образцов при симметричном цикле изгиба и кручения.

2-ая ступень тихоходного вала:

2-ая ступень быстроходного вала:

3-тья ступень тихоходного вала:

3-тья ступень быстроходного вала:

Определим коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям:

2-ая ступень тихоходного вала:

2-ая ступень быстроходного вала:

3-тья ступень тихоходного вала:

3-тья ступень быстроходного вала:

Определим общий коэффициент запаса прочности в опасном сечении:

2-ая ступень тихоходного вала:

2-ая ступень быстроходного вала:

3-тья ступень тихоходного вала:

3-тья ступень быстроходного вала:

Валы удовлетворяют условию прочности.

11. Проверочный расчёт шпонок

Условие прочности:

,

где - окружная сила на валу ( - вращающий момент; - диаметр вала); - площадь смятия, ; - рабочая длина шпонки со скруглёнными концами.

Тихоходный вал:

Шпонка под колёсо (18x11x63 ГОСТ 23360-78):

Шпонка 18x11x63 ГОСТ 23360-78 удовлетворяет условию прочности.

Шпонка под муфту (14x9x50 ГОСТ 23360-78):

Шпонка 14x9x50 ГОСТ 23360-78 удовлетворяет условию прочности.

Быстроходный вал:

Шпонка под шкив(10x8x32 ГОСТ 23360-78):

Шпонка 10x8x32 ГОСТ 23360-78 удовлетворяет условию прочности.

12. Выбор смазки подшипников и передач

12.1 Смазывание зубчатого зацепления

- Способ смазывания: непрерывное смазывание жидким маслом картерным непроточным способом (окунанием).

- Сорт масла: И-Г-А-68, где И - индустриальной; Г - для гидравлических систем; А - без присадок; 68 - кинематическая вязкость при 40 61…75

- Количество масла: из расчёта 0,4…0,8 л масла на 1 кВт передаваемой мощности получаем

- Уровень масла:

- Контроль уровня масла: круглый маслоуказатель.

- Слив масла: производится через сливное отверстие, закрываемое пробкой с цилиндрической резьбой.

- Отдушина: предусмотрена пробка-отдушина.

12.2 Смазывание подшипников

Подшипники смазываются из картера в результате разбрызгивания масла колесом, образования масляного тумана и растекания масла по валам.

Список литературы

1. Шейнблит А. Е. Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. Пособие. Калининград: Янтар. сказ, 1999.

Размещено на Allbest.ru