Проектирование привода цепного конвейера

Федеральное агентство  по образованию

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

Пермский Национальный Исследовательский Политехнический Университет

Кафедра «Конструирование машин и  технологии обработки материалов»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пояснительная записка

к курсовому проекту  по деталям машин по теме:

«проектирование привода цепного конвейера»

Вариант ДМ-3И-04-24

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила:

студентка гр. ТМК-10

Фурсинова Е.Р.

Руководитель проекта:

Москалев В.А

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Пермь 2013

Содержание

 

Введение            4

1 Расчет силовых и кинематических параметров привода

  1.1 Выбор электродвигателя         5

  1.2 Определение передаточных чисел ступеней привода    5

  1.3 Определение частот вращения валов       5

  1.4 Определение вращающих (крутящих) моментов на валах   6

2 Расчет клиноременной передачи       7

3 Расчёт червячной передачи        8

4 Разработка компоновочных схем       

  4.1 Проектировочный  расчет валов       13

  4.2 Расстояние между  деталями передачи      13

  4.2 Выбор типа подшипника        13

5 Расчет валов  на выносливость и статическую  прочность

  5.1 Расчет быстроходного  вала. Червяк        

    5.1.1 Определение реакций опор и построение эпюр изгибающих и крутящих моментов            14

    5.1.2 Проверочный  расчет вала        15

  5.2 Расчет выходного  вала 

    5.2.1 Определение  реакций опор и построение  эпюр изгибающих и крутящих  моментов            17

    5.2.2 Проверочный  расчет вала        18

6 Проверка  подшипников по динамической  грузоподъемности

  6.1 Быстроходный вал. Червяк        20

  6.2 Выходной вал          21

7 Подбор и  проверка шпоночных соединений      22

8 Выбор смазки  передачи и подшипников       23

9 Выбор муфты            24

Список используемой литературы         25

 

Введение

 

Привод цепного конвейера включает в себя червячный редуктор с нижним расположением вала-червяка. Для приведения редуктора в действие используется асинхронный двигатель серии АИР с синхронной частотой вращения                     3000 об/мин. Двигатель с редуктором соединён клиноременной передачей. Выходной вал редуктора соединен с валом рабочей машины при помощи муфты.

Наличие в приводе червячного редуктора позволяет передавать вращение между валами с перекрещивающимися осями. Помимо этого имеется еще ряд преимуществ: высокая надежность редуктора, возможность осуществлять большие передаточные отношения и др.

В червячном редукторе увеличение крутящего момента и уменьшение угловой скорости выходного вала происходит за счет преобразования энергии, заключенной в высокой угловой скорости и низком крутящем моменте на входном валу.

 

1 Расчет силовых и  кинематических параметров привода

 

1.1 Выбор электродвигателя

 

Потребляемая мощность на приводном валу конвейера (кВт): 

Р_вых = F_t × V = 4500×0,7 = 3,15 (кВт), где

V – скорость цепи конвейера, V=0,7 (м/с);

F_t – окружная сила тяговой звёздочки, F_t=4500 (Н)

 

Требуемая мощность двигателя (кВт):

, где

- общий КПД привода:

h_общ = h_рп × h_ред × h_м × h_опор = 0,96 × 0,8 × 0,98 × 0,99 = 0,745, где

h_рп – КПД клиноременной передачи, h_р.п. = 0,96;

h_ред – КПД редуктора, h_ред = 0,8;

h_м – КПД муфты, h_м=0,98;

h_опор – КПД опор вала конвейера, h_опор=0,99. ([1], c. 7, табл. 1.1)

Р_{дв. потр.} = Р_вых/h_общ = 3150/0,745 = 4,23 (кВт)

 

По синхронной частоте (n_синхр=3000 об/мин) и выбираем тип электродвигателя серии АИР: тип 100L2

С номинальной частотой вращения n _{двиг номин} = 2850 (об/мин)

С номинальной мощностью  двигателя P_ном = 5,5 (кВт) ([1], c. 459, табл. 24.9)

 

1.2 Определение передаточных чисел ступеней двигателя

 

Частота вращения вала конвейера:

n_вых = 60·V/(z·р) = 60·0,7/(7·0,125) = 48 (об/мин), где

z – число зубьев  тяговой звездочки, z = 7;

p – шаг зубьев тяговой звездочки, р=0,125 (м)

 

Общее передаточное число  привода:

U_oбщ = n_{дв.номин.} /n_вых = 2805/48 = 59,4

 

Теперь нужно разбить  это число на 2 передачи: 1 в редукторе и 1ременная. Примем U_р.п.= 3, тогда:

U_ред = U_общ/ U_рп = 59,4/ 3 = 19,8

1.3 Определение частот вращения валов:

 

n_{дв.номин.} = 2850 (об/мин)

n₁ = n_{дв.номин.}/ U_рп = 2850/3 = 950 (об/мин)

n₂ = n₁/ U_ред. = 950/19,8 = 47,98 (об/мин)

n₃ = n_вых = 48 (об/мин)

 

1.4 Определение вращающих моментов на валах:

 

Т_вых = F_t·z·р/2·π = 4500·7·0,125/2·3,14 = 626,99 (Н·м)

T₂ = Т_вых /h_м = 626,99 /0,98 = 639,79 (Н·м)

T₁ = T₂ /(h_чп × U_чп) = 639,79 /(0,8 × 19,8) = 40,39 (Н·м)

Т_дв. = Т₁/( U_рп·h_рп) = 40,39/(3·0,96) = 14,02 (Н·м)

 

	ЭД	Редуктор			Выходной вал
		1		2
ni, (об/мин)	2850	950		47,98	47,98
Ti, (Нм)	14,02	40,39		639,79	626,99
U	Uрп = 3		Uред = 19,8

T_i – вращающий момент на данной ступени;

n_i – частота вращения шестерни;

U – передаточное отношение зацепления

 

 

 

3 Расчёт червячной передачи

 

Исходные данные:

Т₂ = 639,79 (Н·м) – вращающий момент на колесе;

n₂ = 47,98 (об/мин) – частота вращения колеса;

U_ред. = 19,8 – передаточное число

 

1) L_h = 20323,2 ч –время работы передачи

 

2) Выбор материала червяка и колеса

Червяк – сталь 40Х, т.о. – улучшение

Ожидаемая скорость скольжения

(м/с)

Т.к. v_ck < 5 м/с, принимаем материал зубчатого венца червячного колеса БрА10Ж4Н4, способ отливки – центробежный, σ_В = 700 МПа,  σ_Т = 460 МПа

([1], табл. 2.14). II группа - Безоловяннистая бронза

 

3) Допускаемые контактные напряжения

Допускаемые контактные напряжения для групп материалов

 Мпа

Допускаемые напряжения изгиба

, где 

   - коэффициент долговечности

        - эквивалентное число циклов нагружения

             ,

            

       

   ,

   МПа

 МПа

Предельные допускаемые  напряжения (II группа)

 МПа

 МПа

 

4) Межосевое расстояние

, где

К_а = 610 - для эвольвентных, архимедовых и конволютных червяков;

- коэффициент концентрации нагрузки;

([1], рис. 2.12)

Принимаем мм

 

5) Основные параметры червячной передачи

Число зубьев колеса z₂ = z₁∙u= 2∙19,8 = 39,6

Округляем до ближайшего целого числа. Принимаем z₂ = 40

Предварительные значения:

, принимаем m = 5,0 из первого ряда ([1], стр. 36)

Коэффициент диаметра червяка

, принимаем q = 10

Коэффициент смещения

Угол подъема линии витка червяка на цилиндре

- на делительном цилиндре

- на начальном цилиндре

Фактическое передаточное число

 

6) Размеры колеса и червяка

мм - делительный диаметр червяка   мм - диаметр вершин витков

мм - диаметр впадин  

мм - делительный диаметр колеса

мм - диаметр вершин зубьев

мм - диаметр впадин зубьев для передач с червяками ZI

 принимаем  мм  - наибольший диаметр колеса

К = 2 для передач с  эвольвентным червяком ZI

 мм - длина нарезанной части червяка

При m < 10, b₁ увеличивают на 25 мм

Принимаем b₁ = 113,7 + 25 =138,7 мм

мм - ширина венца червячного колеса для передачи

 

7) Проверочный расчет передачи на прочность

,где

- окружная скорость на начальном диаметре червяка

 об/мин

м/с

м/с

м/с - окружная скорость червяного колеса

Уточняем допускаемое напряжение

, где

- для эвольвентных, архимедовых и конволютных червяков

- коэффициент нагрузки

 при V₂ ≤ 3 м/с

- коэффициент концентрации нагрузки

  θ = 86 – коэффициент деформации червяка ([1]табл. 2.16) , т.к.  q = 10 и

z₁ = 2;

Х = 0,38– коэффициент, учитывающий влияние режима работы передачи на приработку зубьев червячного колеса и витков червяка;

,      

 Мпа – проверка выполнена

 

8) КПД передачи

, v_ck = 2,561 м/с => ρ = 2⁰20^/ - безоловянные бронзы ([1]см. стр. 39)

 

9) Силы в зацеплении

Окружная сила на колесе, равная осевой силе на червяке Н

Окружная сила на червяке, равная осевой силе на колесе

 Н

Радиальная:

 Н

 

10) Проверка зубьев колес по напряжениям изгиба

,где 

К = 1,062

Y_F2 = 1,48, т.к.

 МПа

 Мпа

 

11) Проверочный расчет на прочность зубьев червячного колеса при действии пиковой нагрузки

 МПа

 МПа – проверка выполнена

 МПа

 МПа – проверка выполнена

 

12) Тепловой расчет

Мощность на червяке: Вт

Температура нагрева масла (корпуса) при установившемся тепловом режиме без искусственного охлаждения

,   

А = 0,35 м² , при a_w = 125 мм;   

К_Т = 18 Вт/(м²_∙⁰С) – коэффициент теплоотдачи;  

ψ = 0,3 – коэффициент, учитывающий  отвод теплоты от корпуса редуктора  в металлическую плиту или  раму;

 

 

4 Разработка эскизного проекта

 

4.1 Проектировочный расчет валов

 

Для входного вала (червяк):

, принимаем d₁ =28 мм

, принимаем d_П=35 мм

, принимаем d_БП=45 мм

 

Для выходного вала:

, принимаем d₂=52 мм

, принимаем d_П=65 мм

, принимаем d_БП=75 мм

 

4.2 Расстояние между  деталями передач

 

,

где L=260 мм – расстояние между внешними поверхностями деталями передач ([1]см. стр. 49 рис. 3.6)

 

4.3 Выбор типа подшипника

 

Быстроходный вал-червяк установим по схеме с одной фиксирующей и одной плавающей опорами. Для фиксирующей опоры – 2 одинаковых роликовых конических однорядных подшипника по схеме "враспор" «подшипник 7307А ГОСТ 27365-87» с базовой статической грузоподъемностью С₀ = 50 кН. Для плавающей опоры – роликовый конический однорядный подшипник «подшипник 7307А ГОСТ 27365-87» , с базовой статической грузоподъемностью С₀ = 50 кН.

На тихоходный (выходной) вал установим роликовые конические однорядные подшипники «подшипник 7313А ГОСТ 27365-87», с базовой статической грузоподъемностью  С₀ = 150 кН.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

5 Расчет валов

 

5.1 Расчет быстроходного вала. Червяк

 

5.1.1 Определение реакций опор и построение эпюр изгибающих и крутящих моментов

 

В связи с тем, что  использую двухрядные конические роликоподшипники точка приложения реакции смещается на величину а = 22,9 к середине вала, т.к. подшипники установлены враспор (расчет а см. в расчете подшипников)

Дано: F_t = 1552,89 Н;  F_r = 2374,96 Н;  F_a = 6397,9 Н;  F_оп  = 1180 Н;

l_оп = 0,12 м; l₁ = 0,096 м; l₂ = 0,11 м; d₁ = 0,06 м.

 

1) Горизонтальная плоскость XZ

а) определяем опорные реакции:

;

 

Проверка: R_Ax – R_Cx – F_t + F_oп = 584,9 – 211,97 – 1552,89 + 1180 = 0

б) Строим эпюру изгибающих моментов относительно оси Y:

M_A=0; M_B→ = 56,15 Н∙м; M_B← = 211,97 Н∙м; M_C = 141,6 H∙м ; M_D=0

2) Вертикальная плоскость YZ

а) определяем опорные  реакции:

Проверка: R_Ay + R_Cy – F_r = 1268,2 + 1107 – 2374,96 = 0

б) Строим эпюру изгибающих моментов относительно оси X:

M_A=0; M_B = 121,7 Н∙м; M_C = 0 H∙м ; M_D=0

3) Строим эпюру крутящих моментов

4) Суммарные радиальные реакции

5) Суммарные изгибающие моменты в наиболее нагруженных сечениях

 

5.1.2 Проверочный расчет вала

Материал вала: Сталь  40Х; сечение С: d = 35 мм