Министерство
образования Республики Беларусь.
Курсовой проект
По дисциплине: Техническая механика
Тема проекта: Рассчитать и сконструировать привод ленточного конвейера
-
Выполнил
Минск 2012
Оглавление
-
Введение
3
1 Выбор электродвигателя и кинематический расчет
4
2 Определение мощностей и передаваемых крутящих моментов на валах
5
3 Расчет передач
6
4 Предварительный расчет диаметров валов
14
5 Подбор и проверочный расчет муфт
15
6 Предварительный подбор подшипников
16
7 Компоновочная схема и выбор способа смазывания передач и подшипников, определение размеров корпусных деталей
17
8 Расчет валов по эквивалентному моменту
20
9 Подбор подшипников по динамической грузоподъемности
26
10 Подбор и проверочный расчет шпоночных и шлицевых соединений
29
11 Назначение посадок, шероховатости поверхностей, выбор степени точности и назначение допусков формы и расположения поверхностей
30
12 Расчет валов на выносливость
32
13 Описание сборки редуктора
33
14 Регулировка подшипников и зацеплений
35
Заключение
36
Литература
Введение
Редуктором называется механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач выполненный в виде отдельного органа и служащий для передачи вращения от вала двигателя к валу рабочей машины. Назначение редуктора - понижение угловой скорости и повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим. Редуктор состоит из корпуса, в котором размещают элементы передачи - зубчатые колеса, валы, подшипники, муфты и т.д. В отдельных случаях в корпусе размещают также устройства для смазывания или устройства для охлаждения. Наиболее распространены горизонтальные редукторы. Как горизонтальные, так и вертикальные редукторы могут иметь колеса с прямыми, косыми и круговыми зубьями. Корпус чаще всего выполняют литым чугунным, реже сварным - стальным. Валы монтируются на подшипниках качения или скольжения. Выбор горизонтальной или вертикальной схемы для редукторов всех типов обусловлен общей компоновкой привода. Рама выполнена из уголка стального горячекатаного и швеллера стального горячекатаного. С помощью муфты тихоходный вал редуктора соединяется с валом электродвигателя. В целях безопасности цепная передача имеет кожух. В обязательном порядке привод заземляется.
Спроектированный в настоящем курсовом проекте редуктор соответствует условиям технического задания. Редуктор нереверсивный, трехступенчатый с конической передачей и с косозубыми цилиндрическими передачами. Он может применяться в приводах быстроходных конвейеров, транспортеров, элеваторов, других рабочих машин. Конструкция редуктора отвечает техническим и сборочным требованиям. Конструкции многих узлов и деталей редуктора учитывают особенности среднесерийного производства.
Заданием на курсовой проект предусмотрена разработка конструкции одноступенчатого конического редуктора с круговыми зубьями привода конвейера. Привод состоит из электродвигателя, муфты, одноступенчатого конического редуктора, открытой ременной передачи и конвейера ленточного.
Исходными данными для проектирования являются мощность тяговая сила цепи Ft = 2.2кН и скорость ленты v = 1.8 м/с.
1
Выбор
электродвигателя и кинематический
расчет
1.1 Мощность на выходном валу привода
1.2 Коэффициент полезного действия
;
где
- КПД муфты;
;
- КПД конической зубчатой передачи
закрытой;
;
- КПД ременной передачи;
;
- КПД подшипников качения;
;
.
1.3 Расчетная мощность электродвигателя
.
1.4 Частота вращения выходного вала
.
1.5 Выбираем электродвигатель
Принимаем электродвигатель асинхронный 4А132S6У3
Параметры электродвигателя:
;
;
;
.
1.6 Расчетное передаточное число привода
Принимаем по рекомендациям (т. 1.2.2 [1])
-
передаточное число конической передачи
с круговым зубом;
.
- передаточное
число цепной передачи;
.
2. Определение мощностей и передаваемых крутящих моментов на валах
2.1 Мощность на валах
;
;
;
.
2.2 Частота вращения на валах
;
;
.
2.3 Крутящий момент на валах
;
;
;
.
2.4 Угловая скорость на валах
;
;
.
Полученные данные сводим в таблицу 2.1.
Таблица 2.1
-
Вал
Р, кВт
Т, Нм
n, мин-1
,
с-1i
эд
4,49
45,1
950
99,43
1,75
---------------
4,0
I
4,19
73,5
542,9
56,82
II
4,04
284,5
135,6
14,2
III
3,96
278,9
135,6
14,2
3
Расчет передач
3.1 Расчет ременной передачи
3.1.1 Сечение ремня и размеры сечения
Расчетный передаваемый момент по (с 16 [1])
где
- коэффициент, учитывающий динамичность
нагружения передачи и режим ее работы;
(т
2.2.2 [1])
- минимальный
расчетный диаметр ведущего шкива;
.
Принимаем
-
количество ремней;
;
;
;
3.1.2 Расчетный диаметр ведомого шкива
Принимаем
по (т
2.2.4 [1])
3.1.3 Действительное передаточное число
;
где ε – коэффициент упругого скольжения; ε = (0,01…0,02)
3.1.4 Минимальное межосевое расстояние
Принимаем
3.1.5 Расчетная длина ремня
Принимаем
(т
2.2.6 [1])
3.1.6 Межцентровое расстояние
3.1.7 Коэффициент, учитывающий длину ремня
(т 2.2.6
[1])
3.1.8 Угол обхвата ремнем меньшего шкива
;
3.1.9 Скорость ремня
3.1.10 Число ремней передачи
;
где
-
мощность, передаваемая одним ремнем;
.(т
2.2.7 [1])
-коэффициент,
учитывающий число ремней в передаче;
-коэффициент,
учитывающий динамичность нагружения
передачи;
;
принимаем
3.1.11 Сила, нагружающая валы передачи
;
где
-
предварительное натяжение ремня;
;
где
- окружное усилие;
3.1.12 Конструирование шкива 1 клиновой передачи
Материал шкива: чугун СЧ2
Принимаем
;
Тип посадочного отверстия – цилиндрическое со шпонкой
Конструкция шкива
Шкив с диском, выступающей с одного торца – тип 4:
Шкив 4А 5 125 32 СЧ20 ГОСТ 20889-88
Размеры шкива
- размеры профиля канавок
;
;
;
;
;
Рисунок 3.1 – Размеры профиля канавок
-наружный диаметр шкива
- ширина венца шкива
3.1.13 Конструирование шкива 2 клиновой передачи
Материал шкива: чугун СЧ2
Принимаем
;
Конструкция шкива
Со спицами и ступицей, выступающей с одного торца – тип 7:
Шкив 7А 5 280 22 СЧ20 ГОСТ 20889-88
Размеры шкива
- размеры профиля канавок – рисунок 2
-наружный диаметр шкива
- ширина венца шкива
- число спиц
принимаем
- размеры спиц эллиптического сечения
Принимаем
;
принимаем
;
принимаем
;
принимаем
.
Конструкция шкива приведена на рисунке 2
Рисунок 3.2 – Конструкция ведомого шкива
2.14
Шероховатость отверстия в ступице -
;
боковых поверхностей ступици -
2.15 Допуски формы и расположения поверхностей
- торцовое биение ступици, не более 0,05 мм
3.2 Расчет конической передачи с круговыми зубьями
3.2.1
Выбор материала зубчатых колес.
Определение допускаемых напряжений
3.2.1 Выбираем материал колес способа их термической обработки. Группа материалов выбирается в зависимости от требований габаритов передачи и крутящего момента на ведомом колесе по (т. 3.1 [5])
-
Cталь
40Х
40Х
ТО
улучшение
улучшение
Предел прочности
σВ1=900 МПа
σВ2=790 МПа
Предел текучести
σТ1=750 МПа
σТ2=640 МПа
Твердость сердцевин
285НВ
235НВ
3.2.2 Допускные контактные напряжения по (с.49 [4])
Коэффициент долговечности
где
базовое число циклов, соответствующее
пределу выносливости для шестерни и
зубчатого колеса (т.3.3 [4]);
эквивалентное
число циклов;
где
- продолжительность работы передачи
Поскольку
,
,
то
.
Предел контактной выносливости (т.3.1 [4]);
;
.
Допускаемые контактные напряжения
Расчетное допускаемое контактное напряжение
.
3.2.3 Допускаемые изгибные напряжения
Коэффициент долговечности
где
базовое число циклов, соответствующее
пределу выносливости для шестерни и
зубчатого колеса (с.52 [4]);
эквивалентное
число циклов;
где
- продолжительность работы передачи
Поскольку
,
,
то
.
Допускаемые напряжения изгиба (т.3.1 [4]);
;
.
Допускаемые
напряжения изгиба
Расчетное допускаемое напряжение изгиба
.
3.2.4 Расчет основных геометрических параметров
Диаметр внешней делительной окружности колеса
где
коэффициент,
учитывающий распределение нагрузки по
ширине венца; для круговых зубьев
.
-
коэффициент вида конических колес; для
колес с круговыми зубьями
.
Диаметр внешней делительной окружности колеса
.
Число зубьев колеса
Геометрические размеры колеса
- углы делительных конусов колеса и шестерни
;
.
- внешнее конусное расстояние
.
- ширина колеса и шестерни
Принимаем
.
- модуль внешней окружности
,
где
коэффициент, учитывающий распределение
нагрузки по ширине венца, для колес с
круговыми зубьями
.
коэффициент
вида конических колес; для колес с
круговыми зубьями
.
.
Число зубьев колеса и шестерни
;
.
- диаметр внешней делительной окружности
- внешний диаметр вершин зубьев
- внешний диаметр впадин зубьев
- среднее конусное расстояние
- средний модуль зацепления
.
- окружная скорость колес
.
3.2.5 Проверочный расчет зубьев колес на контактную выносливость
Расчетное контактное напряжение
где
окружная
сила в зацеплении;
.
коэффициент,
учитывающий распределение нагрузки
между зубьями колес с круговыми зубьями;
.
коэффициент,
учитывающий распределение нагрузки по
ширине венца; для круговых зубьев
.
коэффициент
динамической нагрузки;
.
3.2.6
Проверочный расчет зубьев на изгибную
выносливость
Расчетное напряжение изгиба в опасном сечении зуба колеса
где
коэффициент,
учитывающий распределение наргузки
между зубьями колес с круговыми зубьями;
.
коэффициент,
учитывающий распределение нагрузки по
ширине венца, для колес с круговыми
зубьями
.
коэффициент
динамической нагрузки;
коэффициент
вида конических колес; для колес с
круговыми зубьями
.
- коэффициент формы
зуба колеса;
при
.
- коэффициент,
учитывающий наклон зуба;
.
.
Расчетное напряжение изгиба в опасном сечении зуба шестерни
-
коэффициент формы зуба шестерни;
При
-
эквивалентное число зубьев колеса;
3.2.7
Силы в зацеплении конических колес
Окружная сила на среднем делительном диаметре колеса
;
Осевая сила на шестерне
где
- коэффициент осевого усилия;
.
Радиальная сила на шестерне
где
- коэффициент радиального усилия;
.
Осевая сила на колесе
.
Радиальная сила на колесе
.
4
Предварительный расчет валов редуктора
4.1 Рассмотрим ведущий вал
Определяем диаметр выходного конца из расчета на чистое кручение по пониженному допускаемому напряжению без учета влияния изгиба:
где
- допускаемое напряжение на кручение.
Шестерню выполним как одно целое с валом.
Диаметр вала под
подшипники
;
диаметр вала под уплотнение манжетное
.
4.2 Рассмотрим ведомый вал
Определяем диаметр выходного конца из расчета на чистое кручение по пониженному допускаемому напряжению без учета влияния изгиба:
; принимаем
.
Диаметр вала под
колесо конической передачи принимаем
.
Диаметр вала под подшипники
;
диаметр вала под уплотнение манжетное
;
диаметр буртика
.
5
Подбор и проверочный расчет муфт
В данном редукторе предусмотрена установка муфты для соединения вала редуктора с валом рабочего органа. Принимаем муфту зубчатую.
Зубчатую муфту применяют для соединения валов, нагруженных большими крутящими моментами при различной комбинации радиальных угловых и осевых смещений. Крутящий момент передается за счет зубчатого зацепления. Зубчатые муфты выбираются из ГОСТ Р 50895-96 по крутящему моменту:
,
где
- коэффициент ответственности передачи;
- коэффициент,
учитывающий условия работы муфты;
Диаметр выходного
вала редуктора
.
Выберем зубчатую муфту
-
Т, Нм
1000
35-45
145
174
82
Зацепление
-
m
z
b
L1
2,5
30
12
60
Определим силу, нагружающую вал со стороны муфты
.