Привод к скребковому транспортеру
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФГОУ ВПО
ЧЕЛЯБИНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ
АГРОИНЖЕНЕРНАЯ АКАДЕМИЯ
Факультет Электрификации и автоматизации
сельскохозяйственного производства
Кафедра Детали машин
КУРСОВАЯ РАБОТА
Привод к скребковому транспортеру
Студент М.С. Вайсенбург
Группа 301
Челябинск 2009
Исходные данные.
Тяговая сила F, 3,2
кН
Скорость тяговой цепи v,0,5 м/с
Шаг тяговой цепи р,80 мм
Число зубьев звездочки z7
Допустимое отклонение скорости цепи δ,4 %
Срок службы привода Lr,5 лет
Схема 3 Привод к скребковому транспортеру исполнение 2: 1-двигатель;
2 – клиноременная передача; 3 – редуктор; 4 – упругая муфта с торообразной
оболочкой; 5 – ведущая звездочка конвейера; 6 – тяговая цепь.
Введение
В машиностроении находят широкое применение редукторы,
механизмы, состоящие из зубчатых или червячных передач, выполненных в виде
отдельного агрегата и служащих для передачи мощности от двигателя к рабочей
машине. Кинематическая схема привода может включать, помимо редуктора, открытые
зубчатые передачи, цепную или ременную передачу.
Назначение редуктора — понижение угловой скорости и повышение
вращающего момента ведомого вала по сравнению с валом ведущим. Механизмы,
служащие для повышения угловой скорости, выполнены в виде отдельных агрегатов,
называют мультипликаторы.
Конструктивно редуктор состоит из корпуса (литого, чугунного
или сварного стального), в котором помещаются элементы передачи — зубчатые
колеса, валы, подшипники и т.д.
Редуктор проектируют либо для привода определенной машины,
либо по заданной нагрузке (моменту на выходном валу) и передаточному числу без
указания конкретного назначения.
Привод предполагается размещать в закрытом, отапливаемом,
вентилируемом помещении, снабженным подводом трехфазного переменного тока.
Привод к горизонтальному валу состоит из цилиндрического
редуктора, быстроходный вал которого соединен с двигателем ременной передачей,
а на тихоходном валу располагается компенсирующая муфта.
1. Рассчитаем срок службы приводного устройства
Срок службы (ресурс) Lh, ч, определяем по формуле
где Lr - срок службы привода, лет; tc -
продолжительность смены, ч; Lc - число смен; Кс - коэффициент
сменного использования,
Определяем ресурс привода при двухсменной работе с
продолжительностью смены 8 часов.
ч
Принимаем время простоя машинного агрегата 20% ресурса.
ч.
Рабочий ресурс привода принимаем 23*103 ч.
2. Выбор двигателя. Кинематический расчет привода
2.1 Определяем мощность и частоту вращения двигателя
Мощность двигателя зависит от требуемой мощности рабочей
машины, а его частота вращения - от частоты вращения приводного вала рабочей
машины.
Определяем требуемую мощность рабочей машины
кВт
где F - тяговая сила цепи, кН, v – скорость тяговой цепи м/с.
Определяем общий коэффициент полезного действия (КПД)
привода:
где ηрп – КПД ременной передачи; ηзп
- КПД зубчатой передачи; ηм – КПД муфты; ηп –
КПД опор приводного вала;
Из таблицы берем: ηрп – 0,96; ηзп
– 0,97; ηм – 0,98; ηп – 0,99;
Находим требуемую мощность электродвигателя.
кВт
Выберем двигатель серии 4А с номинальной мощностью Рном
= 2,2 кВт, применив для расчета четыре варианта типа двигателя:
Вариант
|
Тип двигателя
|
Номинальная мощность
Pном ,кВт
|
Частота вращения, об/мин
|
синхронная
|
При нормальном режиме nном
|
1
|
4АВ80В2У3
|
2,2
|
3000
|
2850
|
2
|
4АМ90L4У3
|
2,2
|
1500
|
1425
|
3
|
4АМ100L6У3
|
2,2
|
1000
|
950
|
4
|
4АМ112МА8У3
|
2,2
|
750
|
700
|
2.2 Определяем передаточное число привода и его ступеней
Находим частоту вращения приводного вала
м/с
где: v - скорость
тяговой цепи м/с; z – число зубьев ведущей звездочки; р - шаг тяговой цепи, мм.
Находим общее передаточное число для каждого варианта:
Производим разбивку общего передаточного числа, принимая для
всех вариантов передаточное число редуктора постоянным uзп=4
Передаточное число
|
Варианты
|
1
|
2
|
3
|
4
|
Общее для привода u м/с
|
53,17
|
26,59
|
17,72
|
13,06
|
Цепной передачи
|
13,29
|
6,65
|
4,43
|
3,23
|
Конического редуктора
|
4
|
4
|
4
|
4
|
Анализируя полученные значения передаточных чисел приходим к
выводу:
а) первый вариант затрудняет реализацию принятой схемы из-за
большого передаточного числа всего, привода;
б) четвертый вариант не рекомендуется для приводов общего
назначения из за большой металлоемкости;
в) во втором варианте получилось большое значение
передаточного числа;
г) из рассмотренных четырех вариантов предпочтительнее
третий: Здесь передаточное число цепной передачи можно изменить за счет
допускаемого отклонения скорости и таким образом получить среднее приемлемое
значение.
Определяем максимально допустимое отклонение частоты вращения.
об/мин
Определяем допускаемую частоту вращения приводного вала приняв
об/мин
отсюда фактическое передаточное число привода
передаточное число цепной передачи
Таким образом, выбираем двигатель 4АМ100L6УЗ (Рном = 2,2 кВт, nном = 950 об/мин); передаточные числа:
привода u = 18, редуктора uзп = 4, цепной передачи uоп = 4,5
2.3 Определим силовые кинематические параметры (двигателя),
привода
Рассчитаем мощность при Рдв = 1,81 кВт
Быстроходный вал редуктора.
кВт
Тихоходный вал редуктора.
кВт
Вал рабочей машины.
кВт
где Ррм – мощность рабочей машины
Рассчитаем частоту вращения при nном = 950 об/мин
Быстроходный вал редуктора.
об/мин
Тихоходный вал редуктора.
об/мин
Вал рабочей машины.
об/мин
Рассчитаем угловую скорость
Вал двигателя
1/с
Быстроходный вал редуктора.
1/с
Тихоходный вал редуктора.
1/с
Вал рабочей машины.
1/с
Рассчитаем вращающий момент
Вал двигателя
Н*м
Быстроходный вал редуктора.
Н*м
Тихоходный вал редуктора.
Н*м
Вал рабочей машины.
Н*м
Таблица. Силовые и кинематические параметры привода
Параметр
|
Вал двигателя
|
Вал редуктора
|
Вал рабочей машины
|
Быстоходн.
|
Тихоход.
|
Мощность
Рн, кВт
|
PДВ= 1,81
|
P1=1,738
|
P2=1,669
|
Pрм=1,619
|
Частота вращения
n, об/мин
|
nном=950
|
n1=214,4
|
n2=60,28
|
nрм=60,28
|
Угл. скорость
ω, 1/с
|
ωном=99,43
|
ω1=22,44
|
ω2=5,61
|
ωрм=5,61
|
Момент T, Н*м
|
ТДВ=18,20
|
Т1=76,63
|
Т2=294,35
|
Трм=285,58
|
3. Выбор материалов зубчатых передач. Определение допустимых
напряжений
3.1 Выбираем материал зубчатой передачи
а) Выбираем марку стали, твердость и термообработку
-для шестерни берем сталь 40ХН, термообработка - улучшение и
закалка ТВЧ, Dпред = 200 мм Sпред = 125мм; твердостью 48...53HRCЭl,
(460…515 НВ2)
-для колеса берем сталь 40ХН, термообработка – улучшение, Dпред = 315 мм Sпред = 200 мм; твердостью 235...262 НВ2,
б)Определяем среднюю твердость зубьев шестерни и колеса:
для шестерни
HB1cp = (НВmin - НВmax )/2 = (460 + 515)/2 = 487,5.
для колеса
HB2cp = (НВmin - НВmax )/2 = (235 + 262)/2 = 248,5.
3.2 Определяем базовые числа циклов нагружений при расчете на
контактную прочность
для шестерни
для колеса
3.3 Действительные числа циклов перемены напряжений
- для колеса
- для шестерни
где: n2 - частота вращения колеса, мин-1;
Lh - время работы передачи ч; u - передаточное число ступени.
3.4 Определяем коэффициент долговечности при расчете по
контактным напряжениям
где: NHG – базовое число циклов; N – действительное значение.
- для шестерни
- для колеса
3.5 Определяем число циклов перемены напряжений
- для шестерни
- для колеса
3.6 Определяем допустимое контактное напряжение
соответствующее числу циклов перемены напряжений
- для шестерни
- для колеса
3.7 Определяем допускаемое контактное напряжение
- для шестерни
Н/мм2
Н/мм2
Так как
,
то косозубая передача рассчитывается на прочность по среднему
допускаемому контактному напряжению:
Н/мм2
При этом условии
Н/мм2
соблюдается
3.8 Определяем допускаемые напряжения изгиба для зубьев
шестерни и колеса
а)Рассчитываем коэффициент долговечности KFL.
где NFO - число циклов перемены напряжений, соответствующее пределу
выносливости, NFO=4*106 для обоих колес.
- для шестерни
- для колеса
Так как N1>NF01 и N2>NFО2,
то коэффициенты долговечности KFL1 =1,и KFL2 = l.
б) определяем допускаемое напряжение изгиба, соответствующее
числу циклов перемены напряжений NF0:
- для шестерни:
в предположении, что m<3мм;
- для колеса:
в) Определяем допускаемое напряжение изгиба:
- для шестерни
- для колеса
Таблица Механические характеристики материалов зубчатой
передачи.
Элемент передачи
|
Марка стали
|
Dпред
|
Термообработка
|
HRCэ1ср
|
[σ]Н
|
[σ]F
|
Sghtl
|
HB2ср
|
Н/мм2
|
Шестерня
|
40Х
|
315/200
|
У+ТВЧ
|
50,5
|
877
|
310
|
Колесо
|
40Х
|
200/125
|
У
|
248,5
|
514,3
|
255,95
|
4. Расчет закрытой конической зубчатой передачи
4.1 Определяем внешний делительный диаметр колеса de2,
мм
где Кнβ - коэффициент, учитывающий
распределение нагрузки по ширине венца. Для прирабатывающихся колес с прямыми зубьями
Кнβ = 1;
θН - коэффициент вида конических колес. Для
прямозубых колес θН = 1.
Полученное значение внешнего делительного диаметра колеса de2
для нестандартных передач округляем до ближайшего значения из ряда нормальных
линейных размеров
4.2 Определяем углы делительных конусов шестерни и колеса
для колеса
для шестерни
4.3 Определяем внешнее конусное расстояние Re, мм
мм
4.4 Определяем ширину зубчатого венца шестерни и колеса
где ψе = 0,285 - коэффициент ширины венца.
Округлить до целого числа по ряду Ra 40.
b=42
4.5 Определяем внешний окружной модуль для прямозубых колес
где KFβ - коэффициент, учитывающий
распределение нагрузки по ширине венца. Для прирабатывающихся колес с прямыми зубьями
KFβ =l;
- коэффициент вида конических
колес. Для прямозубых.
4.6 Определяем число зубьев колеса и шестерни
для колеса
для шестерни
4.7 Определяем фактическое передаточное число
проверяем его отклонение от заданного u.
%
4.8 Определяем действительные углы делительных конусов шестерни
и колеса
для колеса
для шестерни
4.9 Выбираем коэффициент смещения инструмента для прямозубой
шестерни
НВ1ср - НВ2ср = 487,5-248,5=239
Так как
239> 100,
То
х1=х2 = 0.
4.10 Определяем внешние диаметры шестерни и колеса, мм
Делительный диаметр шестерни
Делительный диаметр колеса
Вершины зубьев шестерни
Вершины зубьев колеса
Впадины зубьев шестерни
Впадины зубьев колеса
4.11 Определяем средний делительный диаметр шестерни и
колеса:
для шестерни
для колеса
Проверочный расчет
4.12 Проверяем пригодность заготовок колес
Условие пригодности заготовок колес:
мм
Размер заготовки колеса
Соответствует.
4.13 Проверим контактные напряжения
где Ft
- окружная сила в зацеплении, Н равная
КНα - коэффициент, учитывающий распределение
нагрузки между зубьями прямозубых колес и колес с круговыми зубьями; КНα
= 1
KHv - коэффициент динамической нагрузки.
Определяется по табл. в зависимости от окружной скорости колес м/с, и степени точности передачи
443,72≤514,3
4.14 Проверяем напряжения изгиба зубьев шестерни и колеса
напряжения изгиба зубьев шестерни
напряжения изгиба зубьев колеса
где: KFα - коэффициент, учитывающий
распределение нагрузки между зубьями прямозубых колес KFα = l; KFv
- коэффициент динамической нагрузки; YFl и YF2 -
коэффициенты формы зуба шестерни и колеса. Υβ -коэффициент,
учитывающий наклон зуба; Υβ = l;
4.15 Составляем табличный ответ
Проектный расчет
|
параметр
|
значение
|
параметр
|
значение
|
Внешнее конусное расстояние Rе
|
144.308
|
Внешний делительный диаметр:
шестерни dе1
колеса dе2
|
69,273
280,314
|
Внешний окружной модуль me
|
1.611
|
Ширина зубчатого венца b
|
42
|
Внешний диаметр окружности вершин:
шестерни dае1
колеса dае2
|
70,401
281,087
|
Вид зубьев
|
Прямозубые
|
Угол делительного конуса:
шестерни δ1
колеса δ2
|
13,8796
76,1204
|
Внешний диаметр окружности впадин:
шестерни dfe1
колеса dfe2
|
65,519
279,387
|
Число зубьев:
шестерни z1
колеса z2
|
43
174
|
Средний делительный диаметр:
шестерни d1
колеса d2
|
59,367
240,229
|
5. Расчет клиноременной передачи
Выбираем сечение ремня при
Рном = 2,2кВт nном = 950 об/мин
Выбираем участок А
Определяем минимально допустимый диаметр ведущего шкива dmin,
мм. при Тдвиг = 18,20 Н*м
dмин = 90 мм
Задаемся расчетным диаметром ведущего шкива
d1 = 100 мм.
Определяем диаметр ведомого шкива d2, мм:
где u - передаточное
число открытой передачи; ε - коэффициент скольжения ε = 0.01…0,02.
Определяем фактическое передаточное число uф
проверяем его отклонение от заданного
условия соблюдаются.
Определяем ориентировочное межосевое расстояние а, мм:
где h - высота сечения клинового ремня h = 8 мм.
мм
Определяем расчетную длину ремня l мм:
Выбираем длину ремня l=1600 мм
Уточняем значение межосевого расстояния по стандартной длине
для облегчения надевания ремня на
шкив
для натяжения ремней
Определяем угол обхвата ремнем ведущего шкива α1
град:
соответствует
Определяем скорость ремня v, м/с:
м/с
где [v] -
допускаемая скорость, м/с для клиновых ремней [v] = 25м/с;
Определяем частоту пробегов ремня U, с-1:
с-1
U ≤ 30
Определим допускаемую мощность, передаваемую одним клиновым
ремнем
где - допускаемая приведенная
мощность, передаваемая одним клиновым ремнем. С - поправочные коэффициенты.
Ср = 1 (спокойная), Сα = 0,89, Сl = 0,95, Сz = 0,95, =0,72,
Определим количество клиновых ремней
шт
Определим силу предварительного натяжения одного клинового
ремня Fo, H:
Н
Определим окружную силу, передаваемую комплектом клиновых
ремней Ft, H:
Н
Определим силы натяжения ведущей и ведомой ветвей, Н:
Ведущая ветвь
Н
Ведомая ветвь
Н
Определим силу давления на вал Fon, H:
Н
Проверочный расчет
Проверяем прочность одного клинового ремня по максимальным
напряжениям в сечении ведущей ветви
а) σ1 – напряжение растяжения Н/мм2
Н/мм2
б) σи – напряжение изгиба Н/мм2
где Еи =80…100 – модуль упругости при изгибе
прорезиненных ремней
Н/мм2
в) σv
– напряжение центробежных сил Н/мм2
Н/мм2
Ρ = 1250…1400 кг/мм3
г) [σ]р – допустимое напряжение растяжения
Н/мм2
[σ]р = 10 Н/мм2
Полученные данные занесем в таблицу
параметр
|
значение
|
параметр
|
значение
|
Тип ремня
|
Клиновый
|
Число пробегов ремня
U, 1/c
|
1,429
|
Сечение ремня
|
138
|
Диаметр ведущего шкива d1
|
100
|
Количество ремней z
|
4
|
Диаметр ведомого шкива d1
|
450
|
Межосевое расстояние α
|
320
|
Максимальное напряжение σ, Н/мм2
|
9,9
|
Длинна ремня
l
|
1600
|
Начальное напряжение ремня
F0 Н/мм2
|
445,55
|
Угол охвата малого шкива
α град
|
139,6
|
Сила давления ремня на вал Fоп
, Н
|
345
|
6. Определение сил в зацеплении закрытых передач
Коническая с круговым зубом.
Определяем силы в зацеплении
а) окружная на колесе
окружная на шестерне
б) радиальная на шестерне
yr – коэффициент радиальной силы
радиальная на колесе
в) осевая на шестерне
yа – коэффициент осевой силы
осевая на колесе
7. Расчет валов
7.1 Рассчитаем первую ступень вала под элемент открытой
передачи
где =10…20 Н/мм2, Мк
– крутящий момент равный вращающему моменту на валу. Мк = Т1
или Т2 соответственно
Вал редуктора быстроходный
Вал редуктора тихоходный
Вал редуктора быстроходный
под шестерню
Вал редуктора тихоходный
под полумуфту
7.2 Рассчитаем вторую ступень вала под уплотнение крышки и
отверстием и подшипник
для быстроходной t = 2,5 , для тихоходной t =
2,8
– для вала шестерни
быстроходной
– для колеса тихоходного
Для быстроходного
Для тихоходного
7.3 Рассчитаем третью ступень под шестерню, колесо
Для быстроходного
7.4 Рассчитаем четвертую ступень под подшипник
Для быстроходного
l4 = B l4 = 100
Для тихоходного
l4 = T l4 = 20
8. Предварительный выбор подшипников
312 d = 50
D = 100 В = 27 r = 3 для шариковых
7208 d = 40
D = 80 Т = 20 в = 3 l = 16 α= 14 для роликовых и
конических подшипников
9. Определение размеров муфты
Муфта упругая с торообразующей оболочкой ГОСТ 20884-82
d1 = d = 45 D = 250
lци = 84 lци = 270
В = 0,25 D =
0.25 * 250 = 62.5 D = 0,75 D = 187.5
δ = 0.05D = 12.5 C = 0.06D = 15
D0 = 0.5D = 125 D2 = 0.6D = 150
dст = 1.55d = 69.75
Список используемой литературы
1 Чернавский
С.А. и др. «Проектирование механических передач». Машиностроение, М.: 1976,
1984.
2 Решетов
Д.Н. Детали машин – М.: Машиностроение, 1989. – 496 с.
3 Шейнблит
А.Е. Курсовое проектирование деталей машин: Учебное пособие для техникумов. -
М.: Высшая школа, 1991.