Расчет быстроходной ступени 1 страница

Содержание

Задание на курсовой проект……………………………………………………...……2

Введение…………………………………………………………………………...……3

1. Предварительный расчет привода……………………………………………...…..4

1.1 Определение недостающих геометрических размеров

исполнительного механизма……………………….………………………..….4

1.2 Определение потребной мощности и выбор электродвигателя…………..….4

1.3 Составление таблицы исходных данных…………………………………..…..9

2Расчет быстроходной ступени…………………………………...…………………11

2.1 Выбор материала………………………………………………………………..11

2.2 Предварительные расчеты.......…………………………………………………11

2.3 Проектировочные расчеты..................................................................................14

2.4 Проверочные расчеты..........................................................................................17

2.5 Расчет усилий зубчатого зацепления..................................................................20

3 Расчет тихоходной ступени ......................................................................................21

3.1. Выбор материала.................................................................................................21

3.2 Предварительные расчеты.......…………………………………………………21

3.3 Проектировочные расчеты.................................................................................23

3.4 Проверочные расчеты.........................................................................................27

3.5 Расчет усилий зубчатого зацепления.................................................................30

4 Проверка подшипников…………………………………………..............…….......31

4.1. Быстроходный вал .............................................................................................31

4.2 Промежуточный вал...........................................................................................37

4.3 Тихоходный вал..................................................................................................41

5 Расчет валов...............................................................................................................47

5.1. Быстроходный вал .............................................................................................47

5.2 Промежуточный вал...........................................................................................52

5.3 Тихоходный вал..................................................................................................57

5.4 Расчет тихоходного вала на сопротивление усталости..................................61

6 Расчет шпонок............................................................................................................66

7 Проектирование корпуса редуктора.........................................................................68

8 Выбор муфт.................................................................................................................69

Заключение.....................................................................................................................70

Список литературы........................................................................................................71

Задание на курсовой проект по деталям машин

Шифр КП.2068998.15.Д1.6.4.1.00.00.000

Студенту Лукьянчик А.И. факультет ТНГ гр. РН-319

Спроектировать привод ленточного конвейера

Кинематическая схема График нагрузки

Срок службы – 5 лет, К_год=0,8 , К_сут = 0,6

Исходные данные

1. Окружное усилие на барабане – F_t, кН 1,0

2. Скорость ленты конвейера – V, м/с 0,8

3. Диаметр барабана – D_б, мм 250

4. Ширина ленты – В, мм 300

5. Высота установки ведущего вала – Н, мм 250

6. Угол обхвата барабана – α, рад 3,4

Разработать

1. Сборочный чертеж редуктора

2. Сборочный чертеж привода

3. Рабочие чертежи деталей

Проект предоставить к защите 21.05.2012

Задание получил 31.01.2012 разработчикА.И.Лукьянчик

^{(подпись)}

Руководитель разработки В.Е. Коновалов

ст. преподаватель ^{(подпись)}

Введение.

Проект – это комплекс технических документов, относящихся к изделию, предназначенному для изготовления или модернизации, и содержащий чертежи, расчеты, описание с принципиальными обоснованиями, макеты и пр.

Заданием на курсовой проект является конструирование привода ленточного конвейера, который, как и любая другая машина, включает в себя три основных узла: двигатель – передаточный механизм (редуктор) – исполнительный механизм(вал приводного барабана ленточного конвейера).

В данном проекте разработке подлежат второй узел механизма. В качестве двигателя используется стандартный электромотор.

Редуктор состоит из стального корпуса, в котором помещены элементы передачи. Входной вал посредством муфты соединяется с двигателем, выходной посредством цепной передачи с конвейером.

Исполнительным механизмом (ИМ) является приводной вал конвейера. Для ленточного конвейера - это вал при­водного барабана.

1. Предварительный расчет привода.

1.1 Определение недостающих геометрических размеров

исполнительного механизма.

На этапе предварительного расчета определяем недостающие размеры (не указанные в исходных данных), необходимые для выполнения чертежа вала исполнительного механизма (ИМ).

Так как в качестве ИМ задан вал приводного барабана ленточного конвейера, то дополнительно определяем длину барабана (мм):

В_б = В + (50…100), (1.1)

где В – ширина ленты транспортера, мм (задана в исходных данных)

В_б=300+100=400 мм

1.2 Определение потребной мощности и выбор электродвигателя.

Расчетную мощность электродвигателя определяем по зависимости:

(1.2)

где Т_Е – постоянный вращающийся момент на валу ИМ, эквивалентный переменному моменту, заданному графиком нагрузки (рис.1), кНм;

ω- угловая скорость вращения вала ИМ конвейера, рад/с;

— общий КПД привода.

Эквивалентный вращающийся момент рассчитываем следующим образом:

(1.3)

где: Т_i, t_i — ступени нагрузки и соответствующее ей время работы по графику нагрузки (рис.1);

t— общее время под нагрузкой;

T— номинальный вращающий момент на ИМ, кНм.

Рис.1. График нагрузки.

Номинальный момент находим по формуле:

(1.4)

где: F_t – окружное усилие на рабочем элементе ИМ, кН;

D_б – диаметр барабана, мм

Угловую скорость вращения вала ИМ определяем по формуле:

(1.5)

где V- скорость тягового элемента конвейера, м/с.

Общий КПД привода находим как произведение КПД отдельных звеньев кинематической цепи:

(1.6)

Выбираем из таблицы 1 коэффициенты полезного действия (КПД) отдельных звеньев кинематической цепи

Таблица 1

Тип звена	Обозначение	КПД
Передача зубчатая: Цилиндрическая закрытая		0,97-0,99
Муфта соединительная		0,98
Подшипники качения (пара)		0,99

кВт

Для однозначного выбора электродвигателя одной расчетной мощности недостаточно. Необходимо также знать расчетную частоту вращения вала электродвигателя или возможный диапазон ее изменения.

(1.7)

где: , - соответственно максимальная и минимальная( для заданной кинематической схемы привода) расчетная частота вращения вала электродвигателя, об/мин;

- частота вращения вала ИМ, об/мин;

, - соответственно максимальное и минимальное общее передаточное отношение кинематической схемы привода.

(1.8)

об/мин

Общее передаточное отношение привода определяется как произведение передаточных отношений отдельных ступеней передач, входящих в кинематическую схему:

(1.9)

Твердость зубьев << HRC 56

Так как редуктор стандартный, то максимальные и минимальные передаточные отношения быстроходной и тихоходной ступеней будут равны:

Таблица 2

Тип передачи	Uрек	Uпред
Зубчатая цилиндрическая тихоходная ступень (во всех редукторах)	2,5 - 5,0	6,3
Зубчатая цилиндрическая быстроходная ступень в редукторах с развернутой схемой	3,15 - 5,0	8,0

об/мин

об/мин

Из таблиц характеристик стандартных электродвигателей единой серии АИР выбираем электродвигатель по условиям

Р_р < Р_таб

(1.10)

n_Эmin < n_таб < n_Эmax

где Р_таб, n_таб – табличные значения соответственно мощности, кВт и частоты вращения вала, об/мин,

Электродвигателей отвечающих условию (1.10) – три, выпишем основные их параметры:

Таблица 3

№	Ртаб,кВт	двигатель	n, об/мин	ψn
	1,5	4А80B4УЗ		2,0
	4А90L6УЗ		2,0
	4А100L8УЗ		1,7

Далее проводим проверку выбранного двигателя на перегрузку. Она преследует цель предотвратить «опрокидывание» при резком увеличении нагрузки. Проверку производим при возможных неблагоприятных условиях эксплуатации: напряжение падает на 10%, а нагрузка максимальна:

(1.11)

где - номинальная мощность двигателя по каталогу (таб.3), кВт;

Т_max – максимальный момент при эксплуатации ( по графику нагрузки), кНм;

n_таб – асинхронная частота вращения вала электродвигателя по каталогу (таб3), об/мин;

- кратность пускового момента по каталогу (таб.3) на электродвигатель

U₀ – общее передаточное отношение привода:

(1.12)

Для первого электродвигателя (таб. 3):

1,5>0,966 – условие выполняется.

По рекомендациям П.Ф.Дунаева[5]:

, U_б = (1.13)

где - передаточное отношение тихоходной ступени,

передаточное отношение быстроходной ступени

,

U_б =

Округляем по стандартному ряду.

Точность разбивки общего передаточного числа проверяем по следующему условию:

ΔU= (1.14)

ΔU= - условие выполняется.

Для второго электродвигателя (таб. 3):

1,5>0,841 – условие выполняется.

U_б =

Округляем по стандартному ряду.

ΔU=

Для третьего электродвигателя (таб. 3):

1,5>0,989 – условие выполняется.

U_б =

Округляем по стандартному ряду.

ΔU=

Выбираем 1-й двигатель и вычерчиваем его эскиз с указанием его основных характеристик.

Исполнение IM1081

Таблица 4

Тип двигателя

Число полюсов

d30

L1

L30

d1

b1

h1

L10

L31

d10

b10

h

h10

h31

80B

1.3 Составление таблицы исходных данных

Пронумеруем в исходных данных на кинематической схеме привода валы по порядку начиная с вала, связанного через муфту с валом электродвигателя. Затем производим расчет кинематических и силовых характеристик каждого вала. Этот расчет оформляем в виде таблицы исходных данных (таб.5)

При расчете мощности на каждом валу учитываем потери (КПД) на участке кинематической цепи от электродвигателя до рассматриваемого вала (Р₁) и от предыдущего вала до рассматриваемого (Р₂, Р₃,…). При расчете Р₁ за мощность электродвигателя примем номинальную расчетную мощность полученную по формуле:

(1.15)

Р_рн=

Таблица исходных данных

Таблица 5

№ валов	ni, об/мин	Рi, кВт	Тi, Нм
	n1=nтаб=1415
	n4=n3=62,888

Проверим выполнение следующих двух примерных равенств: n_{4 им}, Т₄

62,888

121,487

Проверим выполнение условий (1.16), (1.17)

ΔТ= (1.16)

ΔТ=

Δn= (1.17)

Δn=

Расчет быстроходной ступени

2.1 Выбор материала.

Выбор материала для зубчатых колес обуславливается необходимостью обеспечения достаточной изгибной и контактной прочности зубьев, характером производства, требованием к габаритам передачи и др.

Основными материалами для зубчатых колес являются термически обрабатываемые стали.

Для колеса и шестерни выбрана Сталь 40Х в комбинации II (ТВЧ+У), твердость сердцевины HB=269…302, примем HB=290, поверхности HRC=45…50, примем HRC=47.

2.2 Предварительные расчеты.

Допускаемые контактные напряжения σ_нр определяем раздельно для шестерни и колеса по формуле:

(2.1)

, выбирается для шестерни и колеса в зависимости от способа термической обработки, средней твердости поверхности зубьев и стали (по таб. 3[8])

Шестерня: МПа

Колесо: МПа

Коэффициент запаса прочности для шестерни и колеса:

S_H1=1,2

S_H2=1,1

N_нlim – базовое число циклов напряжений, соответствующее пределу выносливости:

=30 (2.2)

N_к=N_кc1=60nL_n1 – число циклов напряжений в соответствии с заданным сроком службы.

L_n1 =5 - ресурс передачи, ч (2.3)

L_n1 =5 ч

Частота первого(быстроходного) вала из (таб.5) - n₁=1415, об/мин

N_к1=N_кc1=60

N_к2 =N_кc2=60

При нагрузке на передачу, изменяющейся по ступенчатой циклограмме (рис.1),

N_к=N_НЕ

(2.4)

N_c11=0,003

N_c12=0,3

N_кc1> 0,849 – коэффициент долговечности.

N_кc2> 0,874

Z_R- коэффициент, учитывающий шероховатость сопряженных поверхностей зубьев. Значение Z_R, общее для шестерни и колеса, принимаем в зависимости от параметра шероховатости более грубой поверхности пары шестерня-колесо.

Z_R1,2=1

Z_V- коэффициент, учитывающий окружную скорость.

Z_V1,2=0,95

МПа

МПа

МПа

522,94<1,25

522,94<613,3

Допускаемые напряжения изгиба зубьев определяют раздельно для шестерни и колеса по формуле:

(2.5)

установлен для отнулевого цикла напряжений и определяется в зависимости от способа термической или химико-термической обработки.

S_F1,2=1,7

Y_Z=1- коэффициент, учитывающий способ получения заготовки зубчатого колеса.

Y_А=1 – коэффициент, учитывающий влияние двустороннего приложения нагрузки

Y_X=1- коэффициент, учитывающий диаметр зубчатого колеса, мм

Y_N – коэффициент долговечности

q_F=6 (2.6)

N_Flim - базовое число циклов напряжений,