|
||||||||||||
|
||||||||||||
|
|||||||||
МЕНЮ
|
БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Привод ленточного транспортераПривод ленточного транспортераСодержание Техническое задание 1. Выбор электродвигателя и кинематический расчет 2. Расчет конической зубчатой передачи 2.1 Материалы зубчатых колес и допускаемые напряжения 2.2 Определение параметров конической зубчатой передачи 3. Расчет цилиндрической зубчатой передачи 3.1 Материалы зубчатых колес и допускаемые напряжения 3.2 Определение основных параметров цилиндрической передачи 3.3 Геометрический расчет цилиндрической передачи 3.4 Силы в зацеплении цилиндрических передач 4. Расчет цепной передачи 5 Ориентировочный расчет валов 6. Приближенный расчет валов 7. Подбор подшипников качения 7.1 Подбор подшипников для вала I 7.2 Подбор подшипников для вала II 7.3 Подбор подшипников для вала III 8. Конструирование элементов редуктора 8.1 Конструирование зубчатых колес 8.2 Конструирование звездочек цепной передачи 8.3 Конструирование элементов корпуса 9. Подбор и проверка шпонок 10. Выбор посадок 11. Выбор муфты 12. Уточненный расчет валов 13. Выбор смазки 14. Порядок сборки и разборки редуктора Список литературы Техническое задание В данной работе спроектирован привод ленточного транспортера по следующими исходными данными : Окружное усилие на барабане: Fr = 14 кН; Скорость ленты: V= 0,3 м/с; Диаметр барабана: D= 350 мм; Ширина ленты: В = 500 мм; Тип цепной передачи: Роликовая; Коэффициент годовой нагрузки: кгод = 0,6; Коэффициент суточного использования: ксут = 0,6; Класс нагрузки: Н0,8; Относительная продолжительность включения: ПВ = 0,25; Срок службы: L = 7 лет. Привод ленточного транспортера работает следующим образом: крутящий момент передается с вала асинхронного электродвигателя 1 на вал-шестерню I первой ступени редуктора. Далее через коническую прямозубую передачу (включающую в себя вал-шестерню 4 и колесо 5) вращающий момент передается на промежуточный вал редуктора II, на котором закреплена цилиндрическая шестерня 11 тихоходной ступени редуктора. При помощи цилиндрической передачи (включающей в себя шестерню 11 и колесо 8) вращающий момент передается на выходной вал редуктора III, приводящий во вращение звездочку 9 открытой цепной передачи, которая, в свою очередь приводит во вращение приводной барабан 13 ленточного транспортера. Данный транспортер может быть установлен в цеху, карьере, либо на строительной площадке, где необходима постоянная подача или отвод какого-либо мелкогабаритного материала. 1. Выбор электродвигателя и кинематический расчет В данной работе рекомендуется [2] использовать трехфазные асинхронные короткозамкнутые двигатели единой серии 4А. Для выбора двигателя необходимо знать мощность и частоту вращения на выходном валу. Мощность на выходном валу Рвых, кВт [2]: Рвых = FrV (1) гдеF -окружное усилие на барабане ( F = 14 кН); V - скорость ленты (V =0,3 м/с). Из соотношения (1) требуемая мощность двигателя: P=, кВт, (2) где - полный к. п. д. привода. = 123(3) где1 - к. п. д. конической зубчатой передачи (1 = 0,95 [1]); 2 - к. п. д. цилиндрической зубчатой передачи (2 = 0,95 [1]); 3 - к. п. д. открытой цепной передачи (3 = 0,94 [1]). = 0,950,950,94 = 0,857. По формуле (2) рассчитана требуемая мощность электродвигателя: P=4,2 / 0,857 = 4,9 кВт. Частота вращения выходного вала [2]: n=60V / D, об/мин,(4) n=600,3 /(3,14 0,35)=16,37 об/мин. Ориентировочная частота вращения вала двигателя: n = nвыхu, об/мин(5) гдеu - ориентировочное передаточное отношение привода. u = u1u2u3,(6) где u1 - передаточное отношение конической зубчатой передачи (u1 = 4 [1]); u2 - передаточное отношение цилиндрической зубчатой передачи (u2= 3,55 [1]); u3 - передаточное отношение цепной передачи (u3 = 5,6 [1]). u = 4 3,55 5,6 = 79,52. По формуле (5) определена ориентировочная частота вращения двигателя: n = 16,37 79,52 = 1302 об/мин. В соответствии с требуемой мощностью и частотой вращения по табл. 2.2. [2] выбран электродвигатель АИР 112M4/1432. Паспортные данные двигателя АИР 112MA6/950: номинальная мощность, Рном, кВт5,5 синхронная частота вращения nс, об/мин1500 номинальная частота вращения n 1432 Уточняем общее передаточное отношение привода: u = nном/nвых,(7) u = 1432/16,37 = 87,47. По ГОСТ 2185-66 приняты передаточные отношения: u1 = 4; u2 = 3,55. Уточним передаточное отношение u3: u3===6,16. Принято стандартное передаточное отношение u3 = 6,3. После разбивки передаточного отношения определены мощность, частота вращения и крутящий момент на каждом валу. Мощности на валах: Pi = Pi-1,(8) гдеPi-1 - мощность на предыдущем валу, кВт; - к. п. д. соответствующей передачи. Р1 = Рном = 4,9 кВт; Р2 = 4,9 0,95 = 4,66 кВт; Р3 = 4,655 0,95 = 4,42 кВт; Р4 = 4,422 0,94 = 4,16 кВт; Частоты вращения валов: ,(9) гдеni-1 - частота вращения предыдущего вала, об/мин; ui - передаточное число соответствующей ступени. n1 = nном = 1432 об/мин; n ==358 об/мин; n = =100,85 об/мин; n = =16,21 об/мин. Крутящие моменты на валах: Ti = Ti-1uii,(10) Крутящий момент на валу двигателя [2]: ,(11) T =9550 =32,67 Нм. Крутящие моменты на валах рассчитаны по формуле (11): Т1 = Тном. дв = 32,67 Нм; Т2 = 32,67 4 0,95 = 124,14 Нм; Т3 = 124,14 3,55 0,95 = 418,66 Нм; Т4 = 418,66 6,3 0,94 = 2479,3 Нм. 2. Расчет конической зубчатой передачи Исходные данные: - крутящий момент на валу колеса, Т2, Нм 124,14; - передаточное отношение, u 4; - частота вращения вала I, n1, об/мин1432. Рисунок 1 - Кинематическая схема конической передачи. 2.1 Материалы зубчатых колес и допускаемые напряжения При мощности двигателя 3 кВт в качестве материала зубчатых колес целесообразно применить сталь средней твердости. Для зубчатых передач принята сталь 40ХН. Шестерня имеет большую, чем колесо частоту вращения, следовательно испытывает большие нагрузки и твердость шестерни должна быть больше твердости колеса, что достигается закалкой токами высокой частоты, колесо для снижения внутренних напряжений подвергается улучшению. Материал колеса и шестерни представлен в табл. 1. Таблица 1 - Материалы зубчатых колес
Шестерня: Допускаемое контактное напряжение Ндоп, МПа [2]: ,(12) гдеSН - коэффициент безопасности (SН = 1,2 [2]); - предельное контактное напряжение, МПа. = 17HRC + 200, МПа, (13) гдеHRC - твердость по Виккерсу (HRC = (53 + 48)/2 = 50,5). = 1750,5 + 200 = 1058,5 МПа. Допускаемое контактное напряжение по формуле (12): МПа. Допускаемое изгибное напряжение Fдоп, МПа [2]: ,(14) гдеSF - коэффициент безопасности (SF = 1,75 [2]); - предельное изгибное напряжение, МПа (= 420 МПа [2]). Допускаемое изгибное напряжение по формуле (14): МПа. Колесо: Предельное контактное напряжение , МПа: = 2НВ + 70, МПа,(15) где НВ - твердость по Бринелю (НВ = (269+302)/2 = 285,5 МПа). =2285,5 + 70 = 641 МПа. При SН = 1,1 [2], по формуле (12) получаем: Предельное изгибное напряжение , МПа: = 1,8НВ,(16) =1,8285,5 = 513,9 МПа. При SF = 1,75 [2] по формуле (14) получаем: . Расчетное допускаемое напряжение определено как меньшее из двух значений [1]: Примем = 730 МПа. Коэффициенты нагрузки Шестерня: Коэффициент долговечности: где КНЕ - коэффициент эквивалентности (КНЕ = 0,8 [2]); N - суммарное число циклов работы (наработка). NHG - база контактных напряжений [2]; N = 60 t nб C,(17) где nб - частота вращения быстроходного вала (nб = 1432 об/мин); С - число потоков мощности (С = 1 [2]). Машинное время (ресурс): t = L (365-52-9) кгод 24 ксут ПВ,(18) гдеL - срок службы привода, год (L=7); кгод - коэффициент годовой нагрузки (K=0,6); ксут - коэффициент суточного использования (K=0,6); ПВ - относительная продолжительность включения (ПВ=0,25). Ресурс по формуле (18): t = 7(365-52-9)0,6240,60,25 = 4596,48 ч. Наработка по формуле (17): N = 60 14324596,48 = 3949295661,6 циклов. Коэффициент долговечности : K=0,8 =2,86; Принимаем:K = 1. Коэффициент долговечности по изгибу : К=K, (19) где NFG - база изгибных напряжений ( NFG=4000000 ); K- коэффициент эквивалентности по изгибу ( K=0,845 ). K=0,845 =1,96. Принимаем:K = 1. Так как, при расчете шестерни коэффициенты получились максимальными, то для колеса такие расчеты проводить нецелесообразно. Окончательно для передачи принято: K=1 и K=1. 2.2 Определение параметров конической зубчатой передачи Внешний делительный диаметр колеса de2, мм [5]: , (20) гдеТ2 - вращающий момент на валу колеса, Нм (Т2 = 124,14 Нм); u - передаточное отношение конической передачи (u = 4); Н - коэффициент, учитывающий различную несущую способность колес [1]; = 1,21+0,21 4 =2,05; KH - коэффициент неравномерности распределения нагрузки по длине контактной линии (KH = 1,08 [2]); KH - коэффициент концентрации нагрузки (KH = 1,13 [2]); KH - коэффициент динамической нагрузки (KH = 1,04 [2]). КНД - коэффициент долговечности. Внешний делительный диаметр колеса по формуле (20): d=165 = 137,4 мм. В соответствии с [6] принято ближайшее стандартное значение de2 = 140 мм. Принимаем число зубьев шестерни z1 = 25 [1]. Число зубьев колеса: z2 = z1 u (21) z2 = 25 4 = 100. Стандартное число зубьев колеса z2 = 100 [2]. Фактическое передаточное число: uф = z2/z1,(22) uф = 100/25 = 4. Отклонение передаточного числа от заданного [2]: ,(23) < 4 %. Внешний торцовый модуль mte [1]: mte = de2/z2,(24) mte = 140/100 = 1,4 мм. Внешнее конусное расстояние: ,(25) R= =72,15 мм. Ширина венца колеса и шестерни: b = 0,285 Re,(26) b = 0,28572,15 = 20,5 мм. Принимаем b = 21 мм [2]. Угол при вершине делительного конуса: 1= arctg(z1/z2),(27) 1= arctg(25/100) = 15,6. 2= 90 - 1,(28) 2= 90 - 15,6 = 74,4. Средний торцовый модуль mtm [1]: mtm = mte - (bsin 1)/z1,(29) mtm = 1,4 - (21 sin15,6)/25 = 1,17 мм. Среднее конусное расстояние Rm [1]: Rm = Re - 0,5b,(30) Rm = 72,15 - 0,5 21 = 61,65 мм. Внешний делительный диаметр шестерни [2]: de1 = mtez1,(31) de1 = 1,4 25 = 35 мм. Средние делительные диаметры [5]: dm = mtmz,(32) dm1 = 1,17 25 = 29,25 мм; dm2 = 1,17 100 = 117 мм; Внешние диаметры вершин [5]: dae = de + 2cosmmtecos,(33) гдеm - угол наклона линии зуба по среднему сечению (m =0 [2]). dae1 = 35 + 21,4cos15,6 = 37,7 мм; dae2 = 140 + 21,4cos74,4 = 140,75 мм. Внешние диаметры впадин [5]: dfe = de - 2(cosm + 0,2)mtecos,(34) dfe1 = 40 - 21,21,4 cos15,6 = 36,46 мм; dfe2 = 140 - 21,21,4 cos74,4 = 139 мм. Внешняя высота зуба [5]: ha = 2(cosm + 0,2)mte,(35) he = 21,21,4 = 3,36. Окружная толщина зуба по внешней делительной окружности [5]: Ste = 0,5mte,(36) Ste = 0,53,141,4 = 2,2 мм. Угол ножки зубьев [5]: f =,(37) f =arctg = 0,3. Углы конусов впадин [5]: f = - f,(38) f1 = 15,6 - 0,3 = 15,3; f2 =74,4- 0,3 = 74,1. Расчетное базовое расстояние [5]: B1 =0,5de2 - cosmmtesin1,(39) B2 =0,5de1 - cosmmtesin2,(40) По формулам (39) и (40): B1 =0,5140 - 1,4sin15,6 = 79,6 мм; B2 =0,535 - 1,4sin74,4 = 16,15 мм. Окружная скорость колес [5]: ,(41) ==2,19/с. Контактное напряжение н, МПа [2]: ,(42) = = 709,6МПа, Контактное напряжение достаточно: . Биэквивалентные числа зубьев [2]: ,(43) z= = 25,96; z= = 371,86. Коэффициенты формы зубьев [5]: ,(44) Y= =3,975; Y= =3,687. Напряжение изгиба [2]: ,(45) где Ft - окружная сила, Н; F - коэффициент, учитывающий различную несущую способность колес (F = 2,05 [1]); KFД - коэффициент долговечности (KFД = 1 [2]); KF - коэффициент нагрузки. KF = KFKFKF,(46) гдеKF - коэффициент неравномерности распределения нагрузки по длине контактной линии (KF = 1,08 [2]); KF - коэффициент концентрации нагрузки (KF = 1,13 [2]); KF - коэффициент динамической нагрузки (KF = 1,04 [2]). По формуле (46): KF = 1,081,131,04 = 1,269. ,(47) F= = 2069 Н; По формуле (45): = = 188 МПа. Радиальное усилие на шестерне, равное осевому усилию на колесе [5]: Fr1 = Fa2 =Ft(tgcos1),(48) где - угол профиля ( = 20 [5]). Осевое усилие на шестерне, равное радиальному усилию на колесе [5]: Fa1 =Fr2 = Ft(tgsin1),(49) По формуле (48): Fr1 = Fa2 =2069(tg20cos15,6) = 725,3 Н. Fr2=Fa1 =2069(tg20sin15,6) = 202,5 Н. = = 213 МПа. Изгибное напряжение достаточно: . 3. Расчет цилиндрической зубчатой передачи Исходные данные: - крутящий момент на валу колеса, Т3, Нм418,66; - передаточное отношение, u 3,55; - частота вращения вала II, n2, об/мин358. Рисунок 2 - Кинематическая схема цилиндрической зубчатой передачи. 3.1 Материалы зубчатых колес и допускаемые напряжения Материал колеса и шестерни представлен в табл. 2. Таблица 2 - Материалы зубчатых колес
Расчет допускаемых напряжений приведен в п. 2.1. 3.2 Определение основных параметров цилиндрической передачи Расчет параметров зубчатой передачи произведен на ЭВМ в программе ДМ - 1. Результаты расчета и исходные данные приведены в приложении 1. Зубчатая передача рассчитана по приведенному ниже алгоритму. Межосевое расстояние aw, мм [2]: ,(50) где u - передаточное отношение; К - вспомогательный численный коэффициент (К = 315); Тр - расчетный момент, Нмм; [Н] - допускаемое контактное напряжение, МПа; а - коэффициент ширины венца [5]. Тр = Тmax КНД КН,(51) где КНД - коэффициент долговечности [2]; КН - коэффициент нагрузки [2]. Полученное значение межосевого расстояния округлено до ближайшего стандартного по единому ряду главных параметров [2]. Ширина колеса b2, мм [2]: b2 = а aw,(52) Ширина шестерни b1, мм [2]: b1 =1,12b2(53) Полученные значения округлены до стандартных. Контактное напряжение Н, МПа [2]: , (54) Коэффициент нагрузки уточнен по фактической скорости , м/с [2]: ,(55) где aw - межосевое расстояние, м. Окружная сила Ft, Н [2]: ,(56) Модуль m, мм [2]: ,(57) где К - коэффициент (К = 5 [2]); КFД - коэффициент долговечности по изгибу [2]; КF -коэффициент нагрузки по изгибу 2]; b - ширина зубчатого колеса, мм; [F] - допускаемое напряжение, МПа [2]; Полученное значение модуля округляется до ближайшего стандартного в соответствии с предпочтительным рядом модулей [2]. Суммарное число зубьев z, [2]: z = z1+z2 = 2aw/mcos,(58) гдеz1 - число зубьев шестерни; z2 - число зубьев колеса; - угол наклона линии зуба ( = 10). Полученное значение округляется до ближайшего меньшего целого числа и принимается за окончательно значение z. Число зубьев шестерни z1 [2]: ,(59) Округленное до ближайшего целого числа z1 принимают за окончательное значение. Число зубьев колеса z2 [2]: z2 = z - z1,(60) Фактические изгибные напряжения F, МПа [2]: ,(61) где YF - коэффициент формы зуба [2]. Фактические напряжения не должны превышать допускаемых больше чем на 5 %. 3.3 Геометрический расчет цилиндрической передачи Цель геометрического расчета - определение делительных диаметров, диаметров вершин и впадин зубьев. Для расчета необходимо знать: - межосевое расстояние; - числа зубьев колеса и шестерни; - модуль. Расчет произведен на ЭВМ, результаты приведены в соответствующих таблицах. Алгоритм расчета: Делительный диаметр d, мм [2]: d = mz/cos,(62) Диаметр вершин da, мм [2]: da = d+2m(1+x),(63) где х - смещение. Диаметр впадин df, мм [2]: df = d - 2m(1,25 - x),(64) 3.4 Силы в зацеплении цилиндрических передач Окружная сила по формуле (60). Осевая сила Fa, Н [2]: Fa = Fttg,(65) Радиальная сила Fr, Н [2]: ,(66) гдеtgn = 0,364 [2]. Нормальная сила Fn, Н [2]: ,(67) В косозубых передачах tg =0,176 и cos = 0,984 [2]. Расчеты произведены на ЭВМ в программе ДМ-1 и приведены в таблицах. 4. Расчет цепной передачи Исходные данные: - крутящий момент на валу ведомой звездочки Т4, Нм; 2479,3; - передаточное отношение, u 6,3; - частота вращения вала ведомой звездочки, n4, об/мин16. Рисунок 3-Кинематическая схема цепной передачи. Расчет параметров цепной передачи произведен на ЭВМ. Результаты расчета и исходные данные приведены в приложении. Цепная передача рассчитана по приведенному ниже алгоритму. Число зубьев ведущей звездочки [2]: z1 =29 - 2u,(68) Число зубьев ведомой звездочки [2]: z2 = z1u,(69) Уточняем передаточное отношение : u = z2/z1,(70) Определяем коэффициент Кэ [2]: Кэ = k1k2k3k4k5k6,(71) гдеk1 - коэффициент, учитывающий характер изменения нагрузки (k1 = 1 [2]); k2 - коэффициент, учитывающий влияние межосевого расстояния (k2 = 1 [2]); k3 - коэффициент, отражающий влияние угла наклона линии центров к горизонту (k3 = 1 [2]); k4 - коэффициент, учитывающий способ регулирования натяжения (k4 = 1,25 [2]); k5 - коэффициент, учитывающий влияние способа смазывания цепной передачи (k5 = 1,5 [2]); k6 - коэффициент, учитывающий продолжительность работы в сутки (k6 = 1 [2]); Кэ = 1111,251,51 = 1,875. Шаг цепи [2]: ,(72) Предварительно принимаем ориентировочно допускаемое среднее давление по нормам DIN 8195. [р] = 22 МПа [2] Скорость цепи [2]: ,(73) Расчетное давление [2]: ,(74) Условие р[р] выполнено. По [Табл. 10.1, 2] выбрана приводная однорядная цепь нормальной серии: Цепь ПРЛ- 38,1 - 100 ГОСТ 13568 - 75. Параметры цепи приведены в табл. 3. Межосевое расстояние [2]: a = 40t,(75) a = 4050,8 = 2032 мм. Число звеньев цепи [2]: Lt = 2at+0,5zc+2/at,(76) zc = z1+z2,(77) = (z2 - z1)/2,(78) По формуле (77): zc = 18+101 = 119. По формуле (78): = (101 - 18)/23,14 = 13,216. По формуле (76): Lt = 240+0,5119+13,2162/40 = 143,8. По рекомендации [2] Lt = 142. Расчетная длина цепи [2]: L = Ltt,(79) L = 14238,1 = 5410,2 мм. Проверка цепи по числу ударов [2]: ,(80) =0,852с-1. Допускаемое значение [2]: [w] = 508/t,(81) [w] = 508/50,8 = 10 с-1. Условие w[w] выполнено. Коэффициент запаса прочности цепи [2]: ,(82) гдеFв - разрушающая нагрузка цепи (Fв = 60 кН). Окружная сила: ,(83) где dд1 - диаметр делительной окружности, мм. , [2],(84) По формуле (83): Нагрузка от центробежных сил [2]: Fц = m2,(85) Fц = 2,61,052 = 2,86 Н. Сила от провисания цепи [2]: Ff = 9,81kfma,(86) где kf = 6 [2]. Ff = 9,8162,6203210-3 = 310,97 Н. По формуле (82): Из [Табл. 10.2, 2] следует, что [s] 8,9. Условие s [s] выполнено. Нагрузка на вал звездочки [1]: F = Ft+2Ff,(87) F = 6260+2310,97 = 6882 Н. Расчеты произведены на ЭВМ и сведены в таблицу 4. 5. Ориентировочный расчет валов Исходные данные: - крутящий момент на входном валу, Т1, Нм32,67; - крутящий момент на промежуточном валу, ТII, Нм124,14; - крутящий момент на выходном валу, ТIII, Нм418,66. Ориентировочный расчет валов служит для назначения диаметров валов из расчета по крутящему моменту и по касательным напряжениям. Диаметр вала d, мм [1]: ,(88) где Т - крутящий момент на соответствующем валу, Нм; доп - допускаемое контактное напряжение, МПа. Расчет вала I Ведущий вал - вал-шестерня коническо-цилиндрического редуктора проектируется ступенчатым (рисунок 4). Рисунок 4-Ведущий вал Диаметр хвостовика d1, мм рассчитан по формуле (88) при Т1 = 32,67 Нм и доп = 25 МПа[1]: d1= = 18,81 мм. Диаметр d2 округлен по стандартному ряду Ra 40 по ГОСТ 6636-69, принят d2 = 20 мм. Диаметр d2 должен быть кратным 5 (диаметр шейки вала должен быть равен внутреннему диаметру подшипника), по рекомендации [1] разность диаметров между соседними участками вала должна составлять 3…10 мм. Принят: d2 = 25 мм. Согласно рекомендациям [1] все диаметры увеличиваются и принимаются: d1 = 30 мм; d2 = 35 мм. Расчет вала II Промежуточный вал (рисунок 5). Рисунок 5-Промежуточный вал Диаметр d1, мм рассчитан по формуле (88) при Т2 = 124,14 Нм и доп = 15 МПа [1]: d== 34,8 мм. Диаметр d1 округлен по стандартному ряду Ra 40 по ГОСТ 6636-69, принят: d1 = 35 мм. С учетом вышеупомянутых требований диаметр d2 принят: d2 = 30 мм. Диаметр d3 принят: d3 = 40 мм. Расчет вала III. Выходной вал (рисунок 6). Рисунок 6-Выходной вал Диаметр d3, мм рассчитан по формуле (88) при Т3 = 418,66 Нм и доп = 25 МПа [1]: d== 44,02 мм. Диаметр d3 округлен по стандартному ряду Ra 40 по ГОСТ 6636-69, принят d3 = 45 мм. 6. Приближенный расчет валов Исходные данные: Вал I: Ft1 = 2069 Н; Fa1 = 202,5 H; Fr1 = 725,3 Н. Вал II: Ft2 = 2069 Н; Fr2 = 202,5 Н; Fa2 = 725,3 H; Ft1 = 3834,8 Н; Fa1 = 905,9 H; Fr1 = 1434,3 Н. Вал III: Ft2 = 3834,8 Н; Fa2 = 905,9 H; Fr2 = 1434,3 Н; F = 6882 Н. Целью приближенного расчета валов является получение более достоверных результатов, чем после ориентировочного расчета валов, так как диаметр вала определяется из расчета на сложное напряженное состояние при действии крутящего и изгибающих моментов [1]. Исходными данными являются: силы, действующие на колеса, расстояния между линиями действия всех сил, диаметры колес. Проекции реакций опор валов определяются из уравнений равновесия: М1 = 0,(89) М2 = 0,(90) Y = 0,(91) Реакция опоры по формуле [1]: ,(92) где Rx - проекция опоры на ось Х, Н; Ry - проекция опоры на ось Y, Н. Эпюры изгибающих моментов построены на растянутых волокнах, при помощи данных эпюр выявляются опасные сечения, в которых определяется суммарный изгибающий момент М. Суммарный изгибающий момент М, Нм [1]: ,(93) где Мx - изгибающий момент в вертикальной плоскости, Нм; Мy - изгибающий момент в вертикальной плоскости, Нм. Приведенный момент Мпр, Нм [1]: ,(94) где Т - крутящий момент на валу, Нм; - коэффициент, учитывающий соответствие циклов касательного и нормального напряжений ( = 0,7 [1]). Диаметр вала d, мм [1]: ,(95) где -1доп - допускаемое нормальное напряжение, МПа (-1доп = 55 МПа [1]). Расчет вала I Уравнение равновесия для точки 1 в горизонтальной плоскости: М1y = 0. М1y = R2y0,09-Fr10,12+m = 0. где m = 1,93 Нм. Отсюда: .= 945,6 Н. Уравнение равновесия для точки 1 в вертикальной плоскости: М1x = R2x0,09-Ft10,12 = 0. Уравнение равновесия для точки 2 в горизонтальной плоскости: М2y = R1y0,09-Fr10,03+m = 0. Уравнение равновесия для точки 2 в вертикальной плоскости: М2x = R1x0,09-Ft10,03 = 0. . Суммарный изгибающий момент определен по формуле (93) при Mx=19,8 Н м ; My=62 Н м Приведенный момент Mпр по формуле (94) при T=32,7 Н м: Диаметр вала по формуле (95): . Полученный диаметр вала меньше принятого в ориентировочном расчете. Принимаем d1=25 мм. Расчет вала II Уравнение равновесия для точки 1 в горизонтальной плоскости: М1y = Fr1 0,037- Fr2 0,112+R2y 0,147+m2 - m1= 0. где m1=38,3 Н м; m2=38,9 Н м. Уравнение равновесия для точки 1 в вертикальной плоскости: М1x = -Ft10,037+ Ft20,112+ R2x0,147 = 0. . Уравнение равновесия для точки 2 в горизонтальной плоскости: М2y = Fr20,035-Fr10,11 - R1y0,147 +m2 - m1 = 0. Уравнение равновесия для точки 2 в вертикальной плоскости: М2x = -Ft2 0,035 +Ft1 0,11+R1x 0,147= 0 . Суммарный изгибающий момент определен по формуле (93) при Mx=88 Н м; My=37,7 Н м Приведенный момент Mпр по формуле (94) при T=124,14 Н м: Диаметр вала по формуле (95): . Полученный диаметр вала меньше принятого в ориентировочном расчете. Принимаем d1=35 мм. Расчет вала III Уравнение равновесия для точки 1 в горизонтальной плоскости: М1y = -Fr2 0,114+R2y 0,154 +F 0,244 = 0. . Уравнение равновесия для точки 1 в вертикальной плоскости: М1x = Ft2 0,114 -R2x 0,154+m=0. где m=214 Н м; . Уравнение равновесия для точки 2 в горизонтальной плоскости: М2y = -R1y 0,154+Fr2 0,04+F 0,09 = 0. . Уравнение равновесия для точки 2 в вертикальной плоскости: М2x = -Ft20,04+R1x0,154+m = 0. . Суммарный изгибающий момент определен по формуле (93) при Mx=0 Н м; My=619 Н м Приведенный момент Mпр по формуле (94) при T=418,7 Н м: Диаметр вала по формуле (95): . Принимаем d1=50 мм. 7. Подбор подшипников качения 7.1 Подбор подшипников для вала I Рисунок 10 - Схема установки подшипников Исходные данные: посадочный диаметр, d, мм 35; радиальные нагрузки на подшипниках: Fr1 =724 Н; Fr2 = 2917 Н; осевая сила на шестерне Fa = 202,5 Н; класс нагрузкиН0,8; ресурс привода, ч 4596,48; частота вращения вала, n, об/мин1432; схема установки подшипников враспор. Для вала I принимаем однорядные конические роликоподшипники с углом контакта = 14 [2]. Коэффициент осевого нагружения е [2]: e = 1,5tg,(96) e = 1,5tg 14 = 0,374. Осевая составляющая S, Н: S = 0,83eFri,(97) гдеFri - радиальная нагрузка соответствующей опоры, Н. S1 = 0,830,374724 = 224,7 Н; S2 = 0,830,3742917 = 906 Н. S1 < S2, то по [8]: Результирующие осевые нагрузки: Fa1 = Fa + S2,(98) Fa1 = 202,5 + 906 = 1108,5 Н. Fa2 = S2 = 906 Н. Проверяем величину соотношения [2]. гдеFai - осевая нагрузка на соответствующем подшипнике; V - коэффициент вращения (V = 1 при вращении внутреннего кольца). В этом случае X = 0,4; Y = 1,6 [2]. Приведенная нагрузка: P1 = (XVFr1 + YFa1)КбКТ,(99) где X, Y - коэффициенты радиальной и осевой нагрузок; Кб - коэффициент безопасности, учитывающий динамическую нагрузку (Кб=1,4[2]); КТ - температурный коэффициент (КТ = 1 при t < 100 С [2]). P1 = (0,41724 + 1,61108,5)1,41 = 2890 Н. 0,31 < е. В этом случае X = 1; Y = 0 [2]. Приведенная нагрузка: P2 = VXFr2КбКТ,(100) P2 = 1129171,41 = 4083,8 Н. Далее расчет ведем по наиболее нагруженной опоре [8]: Эквивалентная нагрузка: Рэ = КНЕРi,(101) где КНЕ - коэффициент эквивалентности (КНЕ = 0,8); Pi - максимальная приведенная нагрузка. Рэ = 0,84083,8 = 3267 Н. Расчетный ресурс подшипника [9]: ,(102) где n - частота вращения вала, об/мин; Lп - ресурс подшипника, ч (принимаем Lп = 4596,48 ч, т. е. равным ресурсу привода). = 394,92млн.об. Потребная динамическая грузоподъемность [9]: C = L1/pPэ,(103) где р - показатель степени (р = 3,33 [9]). С =394,921/3,333267= 19638 H. По [2] принимаем для обеих опор конические однорядные роликоподшипники легкой серии 7207. Характеристики конических однорядных роликоподшипников 7207 ГОСТ 333-79 Таблица 4
Условие СтребС: 1963638500 - условие выполняется. 7.2 Подбор подшипников для вала II Рисунок 11- Схема установки подшипников Исходные данные: посадочный диаметр, d, мм 30; радиальные нагрузки на подшипниках: Fr1 = 2587 Н; Fr2 = 613 Н; осевая сила на шестернеFa1 = 905,9 Н; класс нагрузкиН0,8; ресурс привода, ч 4596,48; частота вращения вала, n, об/мин358; схема установки подшипников врастяжку. Для вала II принимаем однорядные конические роликоподшипники с углом контакта = 14[2]. Коэффициент осевого нагружения е по формуле (96): e = 1,5tg 14 = 0,374. Осевая составляющая S, Н по формуле (97): S1 = 0,830,3742587= 803 Н; S2 = 0,830,374613 = 190,3 Н. S1 > S2, то по [8]: Результирующие осевые нагрузки: Fa1 = S1 = 803 Н. Fa2 = Fa + S1,(104) Fa2 =905,9 + 803 = 1709 Н. Проверяем величину соотношения [2]. где Fai - осевая нагрузка на соответствующем подшипнике; V - коэффициент вращения (V = 1 при вращении внутреннего кольца). 0,31 < e. В этом случае X = 1; Y = 0 [2]. Приведенная нагрузка по формуле (104): Р1 = 1125871,41 = 3621,8 Н. > е. В этом случае X = 0,4; Y = 1,6 [2]. Приведенная нагрузка по формуле (100): P2 = (0,41613 + 1,62587)1,41 = 6138,2 Н. Далее расчет ведем по наиболее нагруженной опоре [8]: Эквивалентная нагрузка по формуле (101): Рэ = 0,86138,2 = 4910 Н. Расчетный ресурс подшипника по формуле (102) при n = 358 об/мин : = 98,73 млн. об. Потребная динамическая грузоподъемность по формуле (103): С = 98,731/3,33 4910 = 19472,3 Н. По [2] принимаем для обеих опор конические однорядные роликоподшипники легкой серии 7206. Характеристики конических однорядных роликоподшипников 7206 ГОСТ 333-79 Таблица 5
Условие СтребС: 19472,331000 - условие выполняется. 7.3 Подбор подшипников для вала III Исходные данные: посадочный диаметр, d, мм 50; радиальные нагрузки на подшипниках: Fr1 = 4412 Н; Fr2 = 10711 Н; осевая сила на колесе Fa2 = 905,9 H класс нагрузкиН0,8; ресурс привода, ч 4596,48; частота вращения вала, n, об/мин100,85; Рисунок 12- Схема установки подшипников Для вала III принимаем радиально - упорные шарикоподшипники с углом контакта = 12 [2]. Коэффициент осевого нагружения е по формуле (96): e = 1,5 tg 12 = 0,32. Осевая составляющая S, Н : S1 = e Fr1=0,32 4412=1412 Н; S2 = e Fr2=0,32 10711=3428 Н. S2 > S1, то по [2]: Результирующие осевые нагрузки: Fa1 = Fa+S2=905,9+3428=4334 Н. Fa2 = S2 = 3428 Н. Проверяем величину соотношения [2]. гдеFai - осевая нагрузка на соответствующем подшипнике; V - коэффициент вращения (V = 1 при вращении внутреннего кольца). 0,982 < e. В этом случае X = 1; Y = 0 [2]. Приведенная нагрузка по формуле (99): P1 = 1144121,41 = 6177 Н. 0,32 < е. В этом случае X = 1; Y = 0 [2]. Приведенная нагрузка по формуле (100): Р2 = 11107111,41 = 14995 Н. Далее расчет ведем по наиболее нагруженной опоре [8]: Эквивалентная нагрузка по формуле (101): Рэ = 0,814995= 11996 Н. Расчетный ресурс подшипника по формуле (102) при n = 100,85 об/мин: = 27,81 млн. об. Потребная динамическая грузоподъемность по формуле (103): С = 27,811/3,3311996 = 32530 Н. По [2] принимаем для обеих опор однорядные радиально - упорные шарикоподшипники легкой серии 210. Характеристики радиальных однорядных шарикоподшипников 210 ГОСТ 8338-75 Таблица 6
Условие СтребС: 3253035100 - условие выполняется. 8. Конструирование элементов редуктора 8.1 Конструирование зубчатых колес Колеса изготовляются из штампованных заготовок. Штамповочные и формовочные уклоны принимаются = 10, радиусы закруглений R 5 мм. В дисках предусмотрены отверстия диаметром dотв = 15…25 мм для удобства изготовления и возможности снятия колес с валов съемником [2]. Диаметр ступицы колеса [2]: Dст = 1,5 d + 10,(105) где d - диаметр вала, мм. Толщина тела ступицы [2]: ст = 0,25 d + 5,(106) Толщина обода [2]: о = 2,5 m + 2,(107) где m = mn - для цилиндрических колес (mn = 2,5 мм); m = mtm - для конических колес (mtm = 1,431 мм). Толщина диска [2]: д = (о + ст)/2,(108) Длина ступицы [6]: lст = (0,8…1,5) d,(109) Параметры зубчатых колес рассчитаны по формулам (105) - (109). Полученные данные округлены по ряду Ra 40 ГОСТ 6636-69 и занесены в табл. 7. На венцах колес выполняются фаски, равные соответствующим модулям [8]. Основные размеры колес Таблица 7
8.2 Конструирование звездочек цепной передачи По конструкции звездочки отличаются от зубчатых колес в основном формой профиля зуба. Размеры венца зависят от шага цепи рц, числа зубьев z, размеров цепи. [8]. Размеры венца звездочек роликовых цепей: Делительный диаметр [8]: dд = рц/sin(180/z),(110) Диаметр наружной окружности [8]: De = pц(0,5 + ctg(180/z)),(111) Диаметр окружности впадин [8]: Di = dд - 2r,(112) Диаметр проточки [8]: Dc = pцctg(180/z) - 1,3h,(113) Ширина зуба [8]: b = 0,93Bвн - 0,15,(114) Радиус закругления зуба [8]: R = 1,7Dc,(115) Толщина обода [8]: = 1,5(De - dд),(116) Толщина диска [8]: C = (1,2…1,3),(117) где рц - шаг цепи; Ввн - расстояние между внутренними плоскостями пластин цепи; h - ширина пластины цепи; r - радиус впадины, мм. r = 0,5025d1 + 0,05,(118) гдеd1 - диаметр ролика цепи (d1 = 22,23 мм). r = 0,502522,23 + 0,05 = 11,22 мм. Параметры звездочек рассчитаны на ЭВМ в программе DM-7. Полученные данные приведены в приложении. 8.3 Конструирование элементов корпуса Редуктор для удобства сборки имеет разборный корпус, разъем сделан в плоскости осей валов. Корпусные детали получены методом сварки. Материал корпуса - сталь. В соответствии с требованиями технической эстетики корпус редуктора имеет строгие геометрические формы: отсутствуют выступающие части, бобышки и ребра располагаются внутри корпуса. Крышка с корпусом соединяется винтами, ввертываемыми в гнезда, нарезаемые непосредственно в корпусе. Фундаментные болты располагаются в выемках корпуса так, чтобы лапы не выступали за габариты корпуса [8]. Толщина стенки корпуса[8]: св = 0,8 6 мм, (119) где мм, (120) гдеТтх - крутящий момент на тихоходном валу, Нм (Ттх = 418,66 Нм). ; св = 0,86,2=4,95 мм; Согласно вышеприведенным указаниям принимаем толщину стенки корпуса св = 6 мм. Толщина стенки крышки корпуса [8]: 1 = 0,9 6 мм, (121) 1 = 0,96 = 5,4 мм. Принимаем 1 = 6 мм. Размеры основных элементов корпуса и формулы для их расчета приведены в табл. 9. Таблица 9 Размеры основных элементов корпуса редуктора
9. Подбор и проверка шпонок Шпоночные соединения применены при соединении с валами: вал I - соединение с электродвигателем; вал II - коническое колесо и цилиндрическая шестерня; Размеры призматических шпонок: ширина b, высота h, глубина паза вала t1, ступицы t2 выбираются в зависимости от диаметра вала d. Длина шпонки принимается из стандартного ряда на 5…10 мм меньше длины ступицы [1]. Шпонки выбраны из [2]. Выбранные шпонки проверены на смятие [1]: ,(122) где см доп - допускаемое напряжение смятия, МПа; Т - крутящий момент на данному валу, Нмм; d - диаметр вала, мм; lр - расчетная длина шпонки, мм. t2 - глубина паза втулки, мм; см доп = 200 МПа - допускаемое напряжение смятия [2]. Результаты расчета на смятие и основные параметры шпонок приведены в табл. 10. Таблица 10. Основные параметры шпонок
Из табл. 10 видно, что условие прочности (121) выполняется. Окончательно принимаются шпонки: Вал I: Для хвостовика вала Шпонка 8х7х25 ГОСТ 23360-78. Вал II: Для конического колеса Шпонка 10х8х28 ГОСТ 23360-78 Для цилиндрической шестерни Шпонка 10х8х28 ГОСТ 23360-78. 10. Выбор посадок Выбор посадок подшипников качения Выбор посадок зависит от вида нагружения колец, действующих нагрузок, режима работы и условий эксплуатации [8]. Все подшипники проектируемого редуктора испытывают циркуляционное нагружение для внутреннего кольца и местное нагружение для наружного кольца. По [2] принимаем посадки: - для внутреннего кольца , - для наружного кольца . Выбор посадок шпонок В проектируемом редукторе шпоночные соединения приняты основными нормальными [8]. посадка шпонки на вал: ; посадка шпонки во втулку: . Выбор посадок зубчатых колес, звездочек, подшипниковых крышек По рекомендациям [8] приняты посадки: зубчатых колес: ; звездочек: ; подшипниковых крышек и стаканов в корпус: . Расчет соединения с гарантированным натягом Исходные данные: Номинальный диаметр: d=50 мм; Диаметр отверстия вала: d1=0 мм; Наружный диаметр втулки: d2=80 мм; Крутящий момент: T=418,66 Н м; Осевая нагрузка: Fa=905,9 H; Длина ступицы: lст=45 мм. Расчет натяга и выбор посадки ; (123) где K - коэффициент запаса (K=2); . . . Выбираем посадку по условию Np min ? NT: Принята посадка 50; При вероятности неразрушения p=0,99, Np min=39 мкм. 39 ? 36,4. Окончательно принимаем посадку 50, с вероятностью неразрушения p=0,99. Подберем соответствующую посадку в системе вала. Пересчитаем на систему вала с основным отклонением 50 K6 посадку 50. Посадка 50, обеспечивает минимальный натяг Nmin=0,054 мм. Рассмотрим посадку 50, она обеспечивает минимальный натяг Nmin=0,051 мм. 0,054 мм ?0,051 мм. Поэтому можно принять посадку в системе вала 50. Расчет шлицевого соединения Для тихоходного вала выбраны шлицы z=10; Dвн=41 мм; Dнар=50 мм; bшл=5 мм. Проверку шлицевых соединений выполняют на смятие и на износ рабочих граней шлицов: ; (124) , где T - расчетный крутящий момент, (T=418660 Н мм); SF - удельный суммарный статический момент площади рабочих поверхностей соединения относительно оси вала, (SF =749 мм/мм); l - рабочая длина соединения, ( l=40 мм ); [усм] - допустимое напряжение смятия, ([усм]=256 МПа); [уизн] - допустимое напряжение на износ, ([уизн]=20 МПа). . Шлицы нормально работают на износ и на смятие, все условия выполняются. 11. Выбор муфты Для передачи крутящего момента от электродвигателя к редуктору в приводе ленточного конвейера предусмотрена установка упругой втулочно-пальцевой муфты. Выбираем упругую втулочно-пальцевую муфту по ГОСТ 21424-75. Муфта выбрана по диаметрам соединяемых валов и расчетному крутящему моменту. Расчетный крутящий момент [2]: Tp = kpTном,(125) где kp - коэффициент режима работы, учитывающий условия эксплуатации (kp = 1,5); Тном - номинальный крутящий момент, Нм (Тном = 32,67 Нм). Тр = 1,532,67 = 49 Нм. Параметры выбранной муфты занесены в табл. 11. Таблица 11 - Параметры упругой втулочно-пальцевой муфты.
12. Уточненный расчет валов Уточненный расчет валов заключается в определении коэффициента запаса s в опасных сечениях вала. Коэффициент запаса прочности [1]: ,(126) где s - коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям; s - коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям. ,(127) где -1 - предел выносливости материала вала при симметричных циклах изгиба, МПа (-1 = 410 МПа [1]); a - амплитуда цикла нормальных напряжений, МПа; m - среднее значение нормальных напряжений, МПа; K - эффективный коэффициент концентрации напряжений при изгибе; - масштабный фактор для нормальных напряжений; - коэффициент ( = 0,1 [1]). ,(128) где М - изгибающий момент в опасном сечении, Нм; W - момент сопротивления изгибу, м3. ,(129) где d - диаметр вала в опасном сечении, мм; b - ширина шпонки, м; c - глубина шпоночного паза, м. ,(130) где Fa - осевая сила, действующая на вал, Н. ,(131) где -1 - предел выносливости материала вала при симметричных циклах кручения, МПа (-1 = 240 МПа [1]); a - амплитуда цикла касательных напряжений, МПа; m - среднее значение касательных напряжений, МПа; K - эффективный коэффициент концентрации напряжений при кручении; - масштабный фактор для касательных напряжений; - коэффициент ( = 0,05 [1]). ,(132) гдеWk - момент сопротивления кручению, м3; Т - крутящий момент на валу, Нм. , (133) ,(134) Значения коэффициентов приняты: = 2,6 [2], тогда =1+0,6(2,6-1)=1,96. Результаты расчетов сведены в таблицу 13 Таблица 13. Коэффициент запаса прочности
13. Выбор смазки Основное назначение смазывания - уменьшение силы трения, снижение скорости изнашивания и отвод тепла от места контакта. Тип смазки выбираем по требуемой вязкости, зависящей от контактного напряжения и окружной скорости колес. Требуемая вязкость масла [2]: ,(135) где т - потребная вязкость масла для тихоходной ступени, мм2/с (т = 43 мм2/с); б - потребная вязкость масла для быстроходной ступени, мм2/с (б = 100 мм2/с). = 71,5 мм2/с. Принято масло индустриальное И-70А ГОСТ 20799-75 с вязкостью = 65-75 мм2/с. Подшипники смазываются за счет масляного тумана. Для контролирования уровня масла в редукторе предусмотрен щуп. Масло заливается через люк, одновременно служащий для контроля сборки зацепления и его состояние в период эксплуатации. Сливается масло через сливное отверстие, закрываемое пробкой. 14. Порядок сборки и разборки редуктора Разборка редуктора производится в следующей последовательности: сливается масло; откручиваются болты крепления крышки; откручиваются болты крепления подшипниковых крышек; снимается крышка; валы с подшипниками убираются из подшипниковых узлов; вынимается стакан, из стакана выпрессовывается вал с подшипниками; при помощи съемника с выходного вала снимается звездочка цепной передачи, кулачковая предохранительная муфта, при помощи съемника снимаются подшипники, с валов снимаются колеса, вытаскиваются шпонки. Сборка редуктора производится в обратном порядке. Список литературы 1. Проектирование деталей машин. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине "Детали машин" / Б. В. Глухов, Б. Е. Татаринцев. Новосибирск, 1995. 64 с. 2. Проектирование механических передач / С. А. Чернавский Б. А. Снесарев и др. М., 1984. 560 с. 3. СТП НИИЖТ 01.01-94. Курсовой и дипломный проекты. Требования к оформлению. Новосибирск, 1993. 44 с. 4. Иванов М. Н. Детали машин. М., 1991. 383 с. 5. Курсовое проектирование деталей машин с использованием ЭВМ. Методические указания / Б. В. Глухов, Б. Е. Татаринцев. Новосибирск, 1986. 47 с. 6. Дунаев П. Ф., Леликов О. П. / Конструирование узлов и деталей машин. М., 1985. 416 с. 7. Курсовое проектирование деталей машин / В. Н. Кудрявцев и др., Л. 1984. 400 с. 8. Конструирование деталей машин. Методические указания к выполнению курсового проекта по дисциплине "Детали машин" / Б. В. Глухов, Б. Е. Татаринцев. Новосибирск, 1996. 76 с. 9. Подбор подшипников качения по динамической и статической грузоподъемности / Б. В. Глухов, Б. Е. Татаринцев. Новосибирск, 1978. 42 с. 10. Учебно-исследовательская работа студентов в курсовом проектировании деталей машин. Методические указания. / Б. В. Глухов, Б. Е. Татаринцев. Новосибирск, 1987. 22 с. |
РЕКЛАМА
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА | ||
© 2010 |