Курсовая работа: Привод к скребковому конвееру

Расчет клиноременной передачи

Выбор типа сечения ремня

По номограмме [1;с.123] принимаем сечение клинового ремня А нормального сечения

Определяем диаметра ведомого шкива d2

d2= d1u( 1-ε )                 (2.26)

где, ε=0,015- коэффициент скольжения [1;с.81]

d1=100 мм [1;с.89]

d2=100·3,69(1- 0,015)=363,46 мм

Принимаем d2=355, по таблице К40 [1;с.449]

Уточняем фактическое передаточное число uф

uф= d2/ d1( 1-ε )             (2.27)

uф=355/100(1-0,015)=3,6

∆u= uф – u/ u·100%=3,6 – 3,69/ 3,69·100% =2,4 %≤3%

Определяем межосевое расстояние α, мм

α≥0,55(d1 + d2 ) +h(H)            (2.28)

где, h(H)=8 – высота сечения клинового ремня по таблице К31 [1;с.440]

α≥0,55(100+355)+8=258,25

Определяем расчетную длину ремня LР

L=2α+π/2(d1 + d2 )+(d2 – d1)2/4 α              (2.29)

L=2·258+3,14/2(100+355)+(355-100) 2/4·258=1293 мм

Принимаем L=1250 мм, по таблице К31[1;с.440]

Уточняем значение межосевого расстояния

α=1/8[2L-π (d2 +d1)+√[ 2L-π (d2 +d1)]2 -8(d2 – d1) 2] (2.30)

α=1/8[2·1250 – 3,14(355+100)+√[2·1250-3,14(355+100)] 2 -8(355-100) 2]=354 мм

При монтаже передачи необходимо обеспечить возможность уменьшения межосевого расстояния на 0,01 L=0,01·1250=12,5 мм для обеспечения надевания ремней на шкивы и возможность увеличения его на 0,025 L=0,025·1250=31,25 мм для увеличения натяжения ремней.

Определяем угол обхвата ремней ведущего шкива

α1 = 180º - 57º (d2 – d1)/α                  (2.31)

α1 = 180º- 57º (355- 100)354 - 57º =127º>120º

Определяем частоту пробегов ремня

U=u/L

U=4,97/1250=0,004 с   -1                (2.32)

Определяем скорость ремня υ,м/с

υ=πd1n1/60·103                       (2.33)

υ=3,14·100·950/60·103=4,97≤25 м/с

Определяем допускаемую мощность

Р=Р оСРСαС1Сz                      (2.34)               

где, Р о=0,67 кВт – допускаемая приведенная мощность, по таблице 5.2 [1;с.89]

СР=1 – коэффициент динамической нагрузки;

Сα=0,95 – коэффициент угла обхвата;

Сυ =1,04 – коэффициент влияния от натяжения от центробежных сил;

Сz=0,9 – коэффициент числа ремней в комплекте

С1=1 – коэффициент влияния отношения L/l [1;с.82]

Р=0,67·1·0,95·1,04·0,9=0,52 кВт

Определяем количество клиновых ремней

z=Рном/Р               (2.35)

z=2,32/0,52=4,46 кВт

Принимаем z=4

Определяем силу предварительно натяжения ремня

Fo=850 Рном С1/ zυ Сα СР                  (2.36)

Fo=850·2,32·1,04/4·0,95·1·4,97=109 Н

Определяем окружную силу

Ft= Рном103/υ

Ft= 2,32·103/4,97=466 Н                           (2.37)

Определяем силы натяжения ведущей F1 и ведомой F2 ветвей    

F1= Fo + Ft/2z                (2.38)

F1=109+466/2·4=167 Н

Определяем силу давления ремней на вал

Fon=2 Foz·sin α1/2                   (2.39)

Fon=2·109·4· sin127º/2=780 Н        

Результаты расчета сводим в таблицу 3

Таблица 3 – Параметры клиноременной передачи,мм

3. Предварительный расчет валов редуктора

Предварительный расчет валов редуктора ставит целью определить ориентировочно геометрические размеры каждой ступени вала : ее диаметр и длину. Ведущий вал

                  (3.1)

=27,4 мм

где Т2=82,9 Нм, вращающий момент на валу

τ adm = 30 МПа

Принимаем диаметр выходного конца вала dв1=30 мм

Диаметр вала под подшипники принимаем dп1=35 мм

Рисунок 1 – Конструкция ведущего вала

вал ведомый

где Т3=321,7 Нм, вращающий момент на валу

τ adm = 30 МПа

Принимаем dв2=40 мм

Диаметр вала под подшипники принимаем dв2=45 мм

Диаметр под зубчатое колесо dк2=50 мм

Диаметр буртика d2=55 мм

Рисунок 2 – Конструкция ведомого вала

электродвигатель шпонка подшипник вал

Конструктивные размеры шестерни и колеса

Шестерня выполняется за одно целое с валом

d1=56 мм

dа1=60 мм

df1=51 мм

b1=60 мм

Колесо кованное

d2=224 мм

dа2=228 мм

b2=56 мм

Диаметр ступицы

dст=1,6 dк2

dст=1,6·50=80 мм

Длина ступицы

L ст=(1,2…1,5) dк2

L ст=(1,2…1,5)50=60..75       (3.2)

Принимаем L ст=70 мм

Толщина обода

δ=(2,5…4) mn          (3.3)

δ=(2,5…4)2=5…8 мм

Принимаем δ=8 мм

Толщина диска            (3.4)

С=0,3 b2

С=0,3·56=16,8

Принимаем С=18 мм

4. Эскизная компоновка

Компоновку проводят в2 этапа.1-ый этап служит для приближенного определения положения зубчатых колес и звездочки относительно опор для последующего определения опорных реакций и подбора подшипников.

Примерно посередине листа параллельно его длиной стороне проводим горизонтальную осевую линию, затем 2 вертикальные линии – оси валов на расстоянии αW =140 мм.

Вычерчиваем упрощенно шестерню и колесо в виде прямоугольников, шестерня выполнена за одно целое с валом, длина ступицы колеса равна ширине венца и не выступает за пределы прямоугольника.

Очерчиваем внутреннюю стенку корпуса. Принимаем зазор между торцом шестерни и внутренней стенкой корпуса А1 = 1,2 δ . Принимаем зазор окружности вершин зубьев колеса до внутренней стенки корпуса А = δ . Назначаем радиальные шарикоподшипники легкой серии.

Таблица – 4 Шарикоподшипники радиальные однорядные, мм ГОСТ 8338-75

5. Подбор и проверочный расчет шпонок

Для соединения вала с деталями передающих вращение, кручение принимаем призматические шпонки из стали имеющие σв≥600 МПа – сталь 45, по таблице 8.9 [4;с.171].Длину шпонки назначаем из стандартного ряда, так чтобы она была несколько меньше длины ступени.

Таблица5 – Шпонки призматические, мм ГОСТ 23360-78

Вал ведущий, d=30 мм

Расчетная длина шпонки

Принимаем L=30 мм

Напряжение смятия

Вал ведомый

Для ступени вала под колеса при

Принимаем L=55 мм

Напряжение смятия

Для ступени вала под муфту при

Принимаем L=60 мм

6. Расчёт элементов корпуса

Толщина стенок корпуса и крышки

δ=0,025 а+1                  (6.1)

δ=0,025·140+1=2,5 мм

Принимаем δ=8мм

δ1=0,02 а+1

δ1=0,02·140+1=3,8 мм           (6.2)

Принимаем δ1=8мм

Толщина фланцев поясов корпуса и крышки для верхнего пояса

L1=1,5 δ1                                                             (6.3)

L1=1,5·8=12мм

Для нижнего пояса крышки

L=1,5 δ                (6.4)

L=1,5·8=12мм

р=2,35 δ              (6.5)

р=2,35·8=19мм

принимаем р=20мм

Толщина ребер основания корпуса

m=(0,85…1) δ              (6.6)

m=(0,85…1) 8=6,8…8

принимаем m=7мм

Диаметр болтов фундаментных

d1=(0,03…0,036) а+12                    (6.7)

d1=(0,03…0,036) ·140+12=16,2…17мм

Принимаем болты с резьбой М16

Крепящую крышку к корпусу у подшипников

d2=(0,07…0,75) d1                 (6.8)

d2=(0,07…0,75) 16=11,2…12мм

Принимаем болты с резьбой М12

Соединяющие крышку с корпусом

d3=(0,5…0,6) d1            (6.9)

d3=(0,5…0,6) 16=8…9,6

Принимаем болты с резьбой М8

Размер определяющей положение болтов d2

е=(1…1,2) d2                           (6.10)

е=(1…1,2) 12=12…14,4

q≥0,5 d2+ d3                   (6.11)

q≥0,5·12+8=14

7. Подбор и расчёт муфты

Выбираем муфту по ГОСТ 20884-82 – упругая муфта с торообразной оболочкой

Таблица 6 – Параметры муфты, мм

=2Т3/(πD12 δ)≤ τadm=0,5 МПа(7.1)

D1=0,75 D(7.2)

D1=0,75 ·280=210мм(7.3)

δ=0,05·D=0,05·280=14мм

=2·321,7·103/(3,14·2102·14)0,33 МПа≤τadm=0,5МПа

8. Расчетные схемы валов

Рисунок 3 – Схема нагружения валов

Вал ведущий

Исходные данные:

Т2=82,9 Нм;

Ft1=2872 Н;

Fr1=1158 Н;

Fn1=780 H;

Рисунок 4 – Расчётная схема ведущего вала

Вертикальная плоскость

Реакция опор

∑МА=0; -Fn1·0,031+ Fr1·0,054-RBY·0,108 =0;

∑МВ=0; -Fn1·0,139-Fr1·0,054+RАY·0,108 =0;

Проверка:

∑Fi=-Fn1+RАY-Fr1+RBY=-780+355-1158+1583=0

Изгибающие моменты в сечениях вала

Строим эпюру Мх

Горизонтальная плоскость

Реакции опор

RАХ = RВХ =Ft1/2=2872/2=1436 Н

Изгибающие моменты в сечениях вала

Строим эпюру Му

Определяем суммарный изгибающий момент в сечении вала по формуле

          (8.1)

Крутящий момент

Т=Т2=82,9 Нм

Вал ведомый

Исходные данные

Т3= 321,7Нм;

Ft2= Ft1=2872 Н;

Fr2= Fr1=1158 Н;

Рисунок 5 – Расчетная схема ведомого вала

Вертикальная плоскость

RDY= RCY=Fr2/2=1158/2=579

Изгибающие моменты в сечениях вала

Строим эпюру Му

Горизонтальная плоскость

Проверка:

Изгибающие моменты в сечениях вала

Определяем суммарный изгибающий момент в сечении вала

Крутящий момент

Т=Т3=321,7 Нм

9. Подбор подшипников качения

Вал ведущий

Предварительно принимаем шарикоподшипники радиальные однорядные легкой серии 207 по ГОСТ 8338-7, Сr=20,1 кН; Соr=13,9кН

Определяем коэффициент влияния осевого нагружения

                (9.1)

Принимаем коэффициенты по таблице 9.3 [1; с.133])

Х=0,56 - коэффициент радиальной нагрузки;

Y=1,31 - коэффициент осевой нагрузки;

е=0,34 - коэффициент осевого нагружения;

V=1 – коэффициент вращения

Определяем осевые составляющие радиальной нагрузки

               (9.2)

        (9.3)

     (9.4)

Определяем эквивалентную нагрузку

       (9.5)

           (9.6)

где - температурный коэффициент

 - коэффициент безопасности

Определяем динамическую грузоподъемность

,               (9.7)

где ,рад/с- угловая скорость на валу;

 ,ч- расчетная долговечность

,

Подшипник пригоден

Расчетная долговечность

Вал ведущий

Предварительно принимаем шарикоподшипники радиальные однорядные легкой серии 209 по ГОСТ 8338-7, Сr=2571 кН; Соr=18,9кН

Определяем коэффициент влияния осевого нагружения

Принимаем коэффициенты по таблице 9.3 [1; с.133])

Х=0,56 - коэффициент радиальной нагрузки;

Y=1,3 - коэффициент осевой нагрузки;

е=0,33 - коэффициент осевого нагружения;

V=1 – коэффициент вращения

Определяем осевые составляющие радиальной нагрузки

Определяем эквивалентную нагрузку

где - температурный коэффициент

 - коэффициент безопасности

Определяем динамическую грузоподъемность

,

где ,рад/с- угловая скорость на валу;

 ,ч- расчетная долговечность

,

Подшипник пригоден

Расчетная долговечность

10. Проверочный расчет валов на выносливость

Уточненные расчеты на сопротивление усталости отражают влияние разновидности цикла напряжений, статических и усталостных характеристик материалов, размеров, формы и состояние поверхности. Расчет выпоняют в форме проверки коэффициента S запаса прочности, минимально допустимое значение которого принимают в диапазоне [S] =1,5-2,5 в зависимости от ответственности конструкции и последствий разрушение вала, точности определения нагрузок и напряжений, уровня технологии изготовления и контроля.

Для каждого из установленных предположительно опасных сечений вычисляют коэффициент S:

           (10.1)

где Sσ и Sτ– коэффициенты запаса по нормальным и касательным напряжением, определяемые по зависимостям

                (10.2)

Здесь  и – амплитуды напряжений цикла;  и  - средние напряжения цикла ;  и  - коэффициенты чувствительности к асимметрии цикла напряжений для рассматриваемого сечения.

В расчетах валов принимают, что нормальные напряжения изменяются по симметричному циклу:  и , а касательные напряжения –по отнулевому циклу : и

Тогда

 (10.3)

Напряжение в опасных сечениях вычисляют по формулам

 (10.4)

где - результирующий изгибающий момент, Н·м; Мк – крутящий момент ( Мк = Т), Н·м; W и Wк – моменты сопротивления сечения вала при изгибе и кручении, мм3

Пределы выносливости вала в рассматриваемом сечении:

 (10.5)

где  и  - пределы выносливости гладких образцов при симметричном цикле изгиба и кручения (таблица 10.2 [2; с.163]);  и  - коэффициенты снижения предела выносливости.

Значения  и  вычисляют по зависимостям:

 (10.6)

, (10.7)

где  и  - эффективные коэффициенты концентрации напряжений;  и  - коэффициенты влияния абсолютных размеров поперечного сечения (таблица 10.7 [2; с.170]);  и  - коэффициенты влияния качества поверхности (таблица 10.8 [2; с.170]); - коэффициенты влияния поверхностного упрочнения (таблица 10.9 [2; с.170]);

Коэффициенты влияния асимметрии цикла для рассматриваемого сечения вала

, (10.8)

где  - коэффициент чувствительности материала к асимметрии цикла напряжений (таблица 10.2 [2; с.163]).

Вал ведомый. Сечение 2-2 – место установки зубчатого колеса на вал d=55мм; колесо посажено с натягом концентрат напряжений гарантирован натягом. Материал валов – сталь 45

Напряжение в опасном сечениях

Пределы выносливости в рассматриваемом сечении

,

где

Коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям

Коэффициент запаса прочности

11. Выбор типа смазывания

Смазывание зубчатого зацепления производится окунанием зубчатого колеса в масло, заливаемое внутрь корпуса до уровня, обеспечивающего погружение колеса примерно на 10 мм. Объем масляной ванны V из расчета 0,4… 0,8 л на 1 кВт передаваемой мощности: V=2,32·(0,4…0,8)=1,44…2,88 дм3

По таблице 10.21 [ 1.,с.255] устанавливаем вязкость масла. При контактных напряжениях σНР=466 МПа и скорости υ =0,76 м/с рекомендуемая вязкость масла должна быть примерно равно 34· 10-6 м2/с. По таблице 10.21 [1.,с.255] принимаем сорт масла И-Г-А 32

(индустриальное- для гидравлических систем – масло без присадок – класс кинематической вязкости 32, по ГОСТ 17479.4-87).

Определение уровня масла.При окунании В масляную ванну колеса

m<hm<0,25d2                (11.1)

2< hm<0,25·224=56 мм

Камеры подшипников заполняем вручную смазочным материалом при снятой крышке подшипникового узла на несколько лет. Смену смазочного пластинчатого материала производят при ремонте. Принимаем смазочный пластинчатый материал УТ -1.

12. Выбор посадок

Посадки назначаем в соответствии с указаниями, данными в таблице 10.13 [ ]

Посадка зубчатого колеса на вал

Шейки валов под подшипники выполняем с отклонением вала . Отклонение отверстий в корпусе под наружные кольца

13. Технико-экономическое обоснование конструкции

Технический уровень целесообразно оценивать количественным параметром, отражающим соотношение затраченных средств и полученного результата. «Результатом» для редуктора является его нагрузочная способность, в качестве характеристики которой можно принять вращающий момент Т3, на его тихоходном валу. Объективной мерой затраченных средств является масса редуктора m, кг в котором практически интегрирован весь процесс его проектирования .За критерий технического уровня можно принять относительную массу γ = m/Т3 .

Определение массы редуктора

m=φ ρ V·10 -9           (13.1)

где φ=0,41– коэффициент заполнения ; [ 1,с.277]

ρ=7,4·10 3 кг/м 3 - плотность чугуна;

V – условный объём редуктора

m=0,41·7,4·10 3·280·180·250·10 -9=38,2 кг

Критерий технического уровня

γ = m/Т3                         (13.2)

γ =38,2/321,7=0,11

Вывод: Технический уровень редуктора средний; в большинстве случаев производство экономически неоправданно.

14. Сборка редуктора

Перед сборкой внутреннюю полость корпуса редуктора тщательно очищают и покрывают маслостойкой краской.

Сборку производят в соответствии со сборочным чертежом редуктора, начиная с узлов валов:

на ведущий вал насаживают мазеудерживающие кольца и шарикоподшипники, предварительно нагретые в масле до 80 - 100˚С;

в ведомый вал закладывают шпонку и напрессовывают зубчатое колесо до упора в бурт вала; затем надевают распорную втулку, мазеудерживающие кольца и устанавливают шарикоподшипники, предварительно нагретые в масле.

Собранные валы укладывают в основание корпуса редуктора и надевают крышку корпуса, покрывая предварительно поверхности стыка крышки и корпуса спиртовым лаком. Для центровки устанавливают крышку на корпус с помощью двух конических штифтов; затягивают болты, крепящие крышку к корпусу.

После этого на ведомый вал надевают распорное кольцо, в подшипниковые камеры закладывают пластичную смазку, ставят крышки подшипников с комплектом металлических прокладок для регулировки.

Перед постановкой сквозных крышек в проточки закладывают войлочные уплотнения, пропитанные горячим маслом. Проверяют проворачиванием валов отсутствие заклинивания подшипников (валы должны проворачиваться от руки) и закрепляют крышки винтами.

Далее на конец ведомого вала в шпоночную канавку закладывают шпонку, устанавливают шкив и закрепляют ее торцовым креплением; винт торцового крепления стопорят специальной планкой.

Затем ввертывают пробку маслопускного отверстия с прокладкой и жезловый маслоуказатель.

Заливают в корпус масло и закрывают смотровое отверстие крышкой с прокладкой из технического картона; закрепляют крышку болтами.

Собранный редуктор обкатывают и подвергают испытанию на стенде по программе, устанавливаемой техническими условиями.

Список литературы

1. А.Е. Шейнблит «Курсовое проектирование деталей машин», Калининград, 1999

2. П.Ф. Дунаев «Конструирование деталей и узлов машин», Москва «Высшая школа»,2001

3. М.И. Фролов, «Техническая механика. Детали машин», Москва , «Высшая школа» 1990

4. С.А. Чернавский «Курсовое проектирование деталей машин»,Москва,машиностроение,1997

5. П.Ф. Дунаев, О.П. Леликов «Детали машин. Курсовое проектирование»Москва , «Высшая школа» 1984