Проект привода к ленточному конвейеру

• Введение
• Техническое задание на курсовой проект
• 1. Обоснование выбора расчетной схемы привода. Выбор редуктора и открытой передачи
• 2. Кинематический расчет привода и выбор электродвигателя
• 3. Расчёт закрытой цилиндрической зубчатой передачи
• 4. Расчет открытой клиноременной передачи
• 5. Прочностной расчет быстроходного вала редуктора
• 6. Расчет подшипников качения
• 7. Обоснование и выбор соединительных муфт привода
• 8. Расчет шпонок
• 9. Смазывание
• 10. Конструирование сварной рамы
• Список использованной литературы

Привод — это устройство для приведения в действие машин от двигателя через передаточные механизмы. Соединение вала машины с валом электродвигателя возможно лишь в относительно редких случаях, однако в химическом машиностроении это имеет место. Например, в компрессорах, подвесных центрифугах, быстроходных мешалках, когда частота валов совпадает с частотой вращения электродвигателей. В основном для привода машина необходима установка повышающей или понижающей передачи. Оптимальный тип передачи определяют с учётом ряда факторов: эксплуатационных условий, характера нагрузки, срока службы, техники безопасности, удобства расположения, обслуживания, стоимости привода.

Наиболее совершенным и прогрессивным является индивидуальный привод, т.к. он устраняет потери энергии в трансмиссиях, допускает наиболее рациональное размещение узлов, агрегатов машин, улучшает условия труда. Индивидуальный привод к рабочему валу машины осуществляется разными вариантами, в которые входят электродвигатель, открытые передачи (ремённые, цепные, зубчатые), редуктор, возможно вариатор, муфты.

Промышленность выпускает несколько типов электродвигателей.

По роду тока двигатели выпускаются постоянного тока, однофазные асинхронные двигатели небольшой мощности, трёхфазные синхронные двигатели, трёхфазные асинхронные двигатели. Последний тип электродвигателей наиболее распространён в химической промышленности, хотя имеют место и привода с электродвигателями постоянного тока, а также синхронные в установках большой мощности и однофазные асинхронные электродвигатели в химических аппаратах.

Редуктор предназначен для уменьшения частоты вращения и увеличения вращающегося момента. Механизм, совершающий обратное преобразование, называют мультипликатором.

Редуктор — закрытый зубчатый (в т.ч. червячный) механизм, соединяемый с электродвигателем и рабочей машиной через муфты, ремённые, цепные и открытые зубчатые передачи.

В корпусе редуктора размещены зубчатые (цилиндрические, конические, волновые) или червячные передачи, неподвижно закреплённые на валах. Валы опираются на установленные в корпус подшипники.

Тип редуктора определяется составом передач, порядком их размещения в направлении от быстроходного вала к тихоходному и положением осей зубчатых колёс в пространстве. Наиболее распространены редукторы с валами, расположенными в горизонтальной плоскости, но могут быть выполнены и вертикальные редукторы.

Ремённой передачей называется передача, осуществляемая гибкой связью посредством трения между ремнём и шкивом. Ремённая передача является одной из самых старых передач, применяемых во всех отраслях машиностроения.

Достоинствами ремённой передачи, например, в сравнении с зубчатыми являются: плавность и бесшумность работы, возможность передачи мощности на значительные расстояния, предохранение механизмов от резких колебаний нагрузки за счёт упругости ремня и от перегрузок за счёт проскальзывания, простота конструкции и эксплуатации.

К недостаткам следует отнести большие габариты, некоторые непостоянство передаточного числа за счёт проскальзывания ремня, низкую долговечность ремня (1000−5000 ч), повышенную нагрузку на валы (в 2,5−4 раза превышает окружное усилие Р). Ремённые передачи классифицируются:

1. По виду применяемого ремня — на плоскоремённые, клиноремённые, поликлиноремённые, круглоремённые, с зубчатым ремнём.

2. По расположению валов в пространстве — открытые, перекрёстные, полуперекрёстные, угловые с вспомогательными роликами, передача на несколько ведомых шкивов.

3. По способу натяжения ремня — с предварительным натяжением, с периодическим подтягиванием и с непрерывным натяжением.

Техническое задание на курсовой проект

Спроектировать привод к ленточному конвейеру по следующим исходным данным:

1. Обоснование выбора расчетной схемы привода. Выбор редуктора и открытой передачи

В приводах к ленточному конвееру вращение от электродвигателя к валу может быть передано через цилиндрические, конические и червячные редукторы. В качестве открытой передачи зачастую используется клиноременная или открытая зубчатая передача. В нашем случае Для клиноременной передач .

Для цепной передачи .

Исходя из этого, мы можем разбить ориентировочное передаточное отношение следующим образом:

Судя по U_р мы можем выбрать:

a. Одноступенчатый редуктор (1ЦУ-100; 1ЦУ-160)

b. Червячный редуктор (Ч-100; Ч-125; Ч-160)

Возможные варианты выбора:

Если в качестве открытой передачи выбрать клиноременную, соединяющую вал электродвигателя и быстроходный вал редуктора, то момент на выходном валу редуктора не будет завесить от передаточного числа открытой передачи:

По тихоходному расчетному моменту выбираем редуктора:

Если в качестве открытой передачи выбрать цепную (которая размещается после редуктора). В данном случае, момент на тихоходном валу редуктора будет зависеть от передаточного числа открытой передачи:

Если в качестве открытой передачи выбрать цепную (которая размещается после редуктора). В данном случае, момент на тихоходном валу редуктора будет зависеть от передаточного числа открытой передачи:

Таким образом, наиболее целесообразно воспользоваться схемой (А), состоящей из открытой клиноременной передачи и редуктора типа 1ЦУ-160-(3,15−6,3).

Окончательно останавливаемся на выборе редуктора 1ЦУ-160−6,3.

Выбор открытой ременной передачи справедлив тем, что такие передачи работают плавно и бесшумны в работе, могут передавать мощность на расстояния, за счет упругого ремня предохраняют механизмы от резких колебаний. Ременные передачи дешевле, чем цепные, и более просты в обслуживании.

Схема привода к ленточному транспортеру

1 — Электродвигатель

2 — Муфта

3 — Открытая клиноременная передача

4 — Ведущий шкив клиноременной передачи

5 — Ведомый шкив клиноременной передачи

6 — Подшипники качения

7 — Редуктор 1ЦУ-160−6,3

8 — Подшипники скольжения

9 — Рабочий вал

2. Кинематический расчет привода и выбор электродвигателя

Двигатель является одним из основных элементов машинного агрегата. От типа двигателя, его мощности, частоты вращения зависят конструктивные и эксплуатационные характеристики рабочей машины.

2.1. Общий коэффициент полезного действия привода где:

= 0,98- КПД муфты,

= 0,96 — КПД открытой клиноременной передачи,

= 0,993 — КПД пары подшипников качения,

= 0,975 — КПД зацепления закрытой зубчатой передачи Подставим значения КПД в формулу и определим общее КПД привода.

2.2. Выбор электродвигателя Требуемая мощность электродвигателя:

Выбираем асинхронный электродвигатель 4А132М6У3 [2. табл.3.8 стр.27]:

мощность = 7,5 кВт синхронная частота n_с = 1000 об/мин скольжение S = 3,2%

Перегрузка электродвигателя Перегрузка не превышает допустимую (5%), следовательно, электродвигатель подходит.

Асинхронную частоту вращения определим по формуле:

2.3. Передаточное число и выбор редуктора Общее передаточное число привода определим по формуле:

2.4 Частоты на валах привода:

а) Вал электродвигателя:

б) Быстроходный вал:

в) Тихоходный вал:

г) Рабочий вал:

2.5 Мощности на валах привода:

а) Вал электродвигателя:

б) Быстроходный вал:

в) Тихоходный вал:

г) Рабочий вал:

2.6 Крутящие моменты на валах:

а) Вал электродвигателя:

б) Быстроходный вал:

в) Тихоходный вал:

Недогрузка:

не более 15%

г) Рабочий вал:

2.7 Угловые скорости на валах:

а) Вал электродвигателя б) Быстроходный вал:

в) Тихоходный вал:

привод редуктор зубчатый клиноременной г) Рабочий вал:

Данные кинематического расчета:

3. Расчёт закрытой цилиндрической зубчатой передачи

3.1 Определим модуль, мм

мм

Принимаем по ГОСТ 9563–60

3.2 Определим суммарное число зубьев

3.3 Определим число зубьев шестерни и колеса

3.4 Уточним межосевое расстояние, мм

мм

Принимаем по ГОСТ 21 185–66 мм

3.5 ширина венца зубчатого колеса, мм:

мм

3.6 Определяем окружную скорость передачи:

Делительный диаметр, мм

Уточняем межосевое расстояние:

По найденной окружной скорости передачи можно судить о типе цилиндрической передачи. В нашем случае, при данном значении скорости передачи имеем прямозубую передачу.

3.7 Определим силы, действующие в зацеплении

Окружная сила, кН

Радиальная сила, кН

где — угол зацепления [1, стр.81]

3.8 Определим геометрические параметры

1) Модуль зацепления:

2) Торцовый модуль:

3) Делительный диаметр:

4) Диаметр вершин зубьев:

5) Диаметр впадин зубьев:

6) Окружная толщина зубьев:

7) Ширина впадин зубьев:

8) Высота зуба:

9) Высота ножки зуба:

10) Высота головки зуба:

11) Радиальный зазор:

12) Ширина венца:

13) Межосевое расстояние:

4. Расчет открытой клиноременной передачи

4.14 Сила предварительного натяжения ремня

4.15 Сила, действующая на валы ременной передачи

4.16 Диаметры валов а) Диаметр ведущего шкива равен диаметру электродвигателя

б) Диаметр ведомого шкива равен диаметру быстроходного вала

4.17 Геометрические параметры открытой клиноременной передачи:

5 Прочностной расчет быстроходного вала редуктора

Исходные данные:

Расчетные данные:1ЦУ-160−6,3

— крутящий момент шестерни

— частота вращения шестерни

— делительный диаметр шестерни

— окружная сила

— радиальная сила

— осевая сила

Конструктивные данные:

— диаметр выходного конца вала

— диаметр вала под подшипник

— диаметр вала под шестерней

5.1 Определяем расстояния между точками приложения нагрузок:

— длинна выходного конца вала;

— толщина крышки подшипника ШР № 311 с

— ширина подшипника;

5.2 В горизонтальной плоскости XOZ на вал действуют окружная сила .

Определяем реакции в подшипниках в горизонтальной плоскости.

Проверка:

— реакции определены верно.

Сечение 1−1 (Справа)

При

При

Сечение 2−2 (Слева)

При

При

В вертикальной плоскости на вал действуют внешние радиальные и осевые силы, и реактивные силы в подшипниках.

Определяем реакции в подшипниках в вертикальной плоскости:

Проверка:

— реакции определены верно.

Сечение 1−1 (Справа)

При

При

Сечение 3−3 (Слева)

При

При

Сечение 2−2 (справа):

При

При

Между шестерней и ведомым шкивом клиноременной передачи действует внутренний крутящий момент:

Опасное сечение проходит под подшипником В:

Суммарный изгибающий момент в этом сечении:

Диаметр вала в опасном сечении:

Где: — допускаемое напряжение на изгиб.

— предел прочности материала вала.

Принимаем, что вал изготовлен из стали 40Х:

В данном случае, минимальный диаметр вала будет составлять:

Условие прочности выполняется.

6 Расчет подшипников качения

6.1 Ранее нами были выбраны подшипники шариковые радиальные однорядные средней серии ШР № 311 ГОСТ 8338, так как

У данного подшипника:

— Динамическая грузоподъемность

— Статистическая грузоподъемность

6.2 Определяем радиальные силы в подшипниках:

6.3 Определяем эквивалентную нагрузку на каждом подшипнике:

Так как, то:

Условие динамической прочности выполняется

6.4 Долговечность подшипника составит:

Условие долговечности выполняется.

Выбранный нами подшипник серии ШР № № 311 ГОСТ 8338–75 подходит и динамической прочности, и по долговечности.

7. Обоснование и выбор соединительных муфт привода

Муфта — устройство, предназначенной для соединения валов и передачи крутящего момента между ними или между валом и свободно на нем установленными деталями: зубчатыми колесами, шкивами, звездочками.

Подбор муфт осуществляют с помощью эквивалентного крутящего момента и диаметров валов под полумуфты.

Эквивалентный крутящий момент на валу:

Где — коэффициент режима работы.

Где — коэффициент, учитывающий тип двигателя

— коэффициент, учитывающий тип рабочей машины.

Муфта, соединяющая тихоходный вал редуктора и рабочий вал:

Таким образом, выбираем МУФП — 2000;55-I.1−60-II.2-У3 ГОСТ 21 424?93.

8. Расчет шпонок

А) Расчет шпонки под ведущим шкивом:

— максимально допустимая длинна шпонки.

Выбираем шпонку призматическую по ГОСТ 23 360–78:

Сечение шпонки:

Глубина паза ступицы:

Рабочая длинна шпонки:

Тогда напряжение смятия по выступающей из вала части будет равно:

При непрерывном использовании привода и полной нагрузке для шпонок из стали 45 принимают

условие прочности выполнено.

Б) Расчет шпонки под ведомым шкивом:

— максимально допустимая длинна шпонки.

Выбираем шпонку призматическую по ГОСТ 23 360–78:

Сечение шпонки:

Глубина паза ступицы:

Рабочая длинна шпонки:

Тогда напряжение смятия по выступающей из вала части будет равно:

Выбранные нами шпонки подходят

9. Смазывание

9.1 Смазка зубчатого зацепления Смазывание зубчатых зацеплений и подшипников применяют в целях защиты от коррозии, снижения эффекта трения, уменьшения износа, отвода тепла и продуктов износа от трущихся поверхностей, снижения шума и вибрации.

а) Для редукторов общего назначения применяют непрерывное смазывание жидким маслом каретным непроточным способом (окунанием). Этот способ применяют для зубчатых передач при окружных скоростях от 0,3 до 12,5 м/с.

б) Выбор сорта масла зависит от значения расчетного контактного напряжения в зубьях и фактической окружной скорости колес.

При и следует выбрать сорт масла И-Г-А-64.

в) Количество масла

(0,4…0,8) л на 1 кВт передаваемой мощности л.

9.2 Смазка подшипников Смазывание подшипников осуществляется в результате разбрызгивания масла из картера редуктора колесом, образования масляного тумана и растекания масла по валам (Это возможно при скорости V > 2 м/с).

10. Конструирование сварной рамы

Проектируем раму, сваренную из элементов проката.

Базисный швеллер № 12 ГОСТ 8240– — 80 будет представлять основную коробку рамы. Для удобства постановки болтов, швеллеры располагают полками наружу. На внутреннюю поверхность наваривают косые накладки, которые выравнивают опорную поверхность под головками болтов.

Так как в качестве открытой передачи используется клиноременная передача, то нет нужды в компенсировании разницы высот между основанием электродвигателя и редуктора. Следует заметить, что для возможности снятия ремней для замены, электродвигатель крепиться не на саму раму, а на специальное устройство — салазки.

Так как рама при сварке коробится, то все опорные поверхности на которые устанавливаются механизмы привода, обрабатываются после сварки.

Закрепление на раме электродвигателя производим болтами М14 ГОСТ 7798–70 с соответствующими шайбами ГОСТ 6402–70 и гайками ГОСТ 5915–70, редуктора болтами М20.

Предусматриваем на раме закрепление кожуха в месте установки муфты с целью их ограждения.

Вся сварная рама закрепляется на производственной площадке фундаментными болтами М24.

Проверяем выбранные швеллеры:

Где:

(т.к. самый большой диаметр резьбы)

Необходимое условие для выбора швеллера выполнено.

1. Шейнблит А. Е. Курсовое проектирование деталей машин: учеб. пособие для техникумов / А. Е. Шейнблит. — М: Высш. шк., 1991. — 432 с.

2. Киселев Б. Р. Курсовое проектирование по механике: Учеб. пособие / Б. Р. Киселев. — Иван. гос. хим.-технол. ун-т. Иваново: 2003. — 208 с.

3. Киселев Б. Р., Проектирование приводов машин химического производства: Учеб. пособие./ Иван. гос. хим.-технол. ун-т. Иваново: 2001. — 180 с.

4. Комарова Т. Г., Механика. Курсовое проектирование: Учебное Пособие / Т. Г. Комарова, В. В. Бойцова, В. П. Зарубин, Б. Р. Киселев / Иван. гос-хим-технол. ун-т. Иваново: 2010. — 145 с.