Привод ленточного конвейера

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова Кафедра прикладной механики и графики КУРСОВОЙ ПРОЕКТ по дисциплине:

Детали машин и основы конструирования на тему:

Привод ленточного конвейера Исполнитель: Шамсутдинов А.Г.

Руководитель: Кадошников В.И.

Магнитогорск, 2014

1. Выбор электродвигателя. Кинематические расчеты

1.1 Выбор электродвигателя

1.2 Кинематические расчеты

1.3 Определение вращающего момента на валах редуктора

2. Расчеты зубчатых колес редуктора

2.1 Срок службы приводного конвейера

2.2 Выбор материала быстроходной передачи

2.2 Расчет геометрических параметров конических колес

2.3 Выбор материала тихоходной передачи

2.4 Расчет геометрических параметров цилиндрических колес

3. Эскизное проектирование редуктора

3.1 Предварительный расчет валов

3.2 Конструктивные параметры корпуса редуктора

3.3 Конструкционные параметры колес

3.3.1 Коническая передача

3.3.2 Цилиндрическая передача

3.4 Выбор подшипников

3.5 Проверка долговечности подшипников

4. Проверка прочности шпоночных соединений

5. Уточненный расчет валов

6. Смазка зубчатых зацеплений и подшипников Литература

1. Выбор электродвигателя. Кинематические расчеты

1.1 Выбор электродвигателя Общий КПД привода :

где — КПД пары подшипников качения, — КПД конической передачи,

— КПД цилиндрической передачи, — КПД ременной передачи, — КПД опоры вала барабана,

— КПД муфты;

Требуемая мощность:

Требуемая мощность электродвигателя:

Частота вращения:

Электродвигатель 4А112МА6У3 по ГОСТ 19 523

МощностьP_э =3 кВт, Асинхронная частота вращенияn_э = 1000 об/мин со скольжением 4,7%.

1.2 Кинематические расчеты Номинальная частота вращения двигателя Выберем передаточное отношение:

По таблице 1.3. [4]

Фактически полученное передаточное число редуктора:

принимаем 3,15 согласно ГОСТ 2185;

принимаем 4,0 согласно ГОСТ 2185.

Частота вращения и угловая скорость ведущего вала:

Частота вращения и угловая скорость промежуточного вала:

Частота вращения и угловая скорость тихоходного вала:

1.3 Определение вращающего момента на валах редуктора

Вращающий момент на выходном валу редуктора:

Вращающий момент на тихоходном валу редуктора:

Вращающий момент на промежуточном валу редуктора:

Вращающий момент на быстроходном валу редуктора:

Результаты кинематических расчетов редуктора:

2. Расчеты зубчатых колес редуктора

2.1 Срок службы приводного конвейера где

Фактическое значение срока службы с учетом ремонтов, праздничных дней и выходных:

2.2 Выбор материала быстроходной передачи По табл. 3.3 применяем для шестерни сталь 40Х, улучшение +закалка ТВЧ, твердость HRC 46; для колеса сталь 40Х, улучшенную с твердостью НВ 255.

Определить коэффициент долговечности :

где

Допускаемые контактные напряжения:

Среднее допускаемое напряжение:

где

2.2 Расчет геометрических параметров конических колес

Внешний делительный диаметр колеса, мм:

при консольном расположении шестерни.

Принимаем по ГОСТ 12 289.

Принимаем число зубьев шестерни:

;

Число зубьев колеса:

;

Внешний окружной модуль:

Уточняем значение:

Отклонение от стандартного составит:

Углы делительных конусов:

Внешнее конусное расстояние и длина зуба b:

Принимаем b=25 мм.

Внешний делительный диаметр шестерни:

Средний делительный диаметр шестерни:

Внешние диаметры шестерни и колеса (по вершинам зубьев):

Средний окружной модуль:

Коэффициент ширины шестерни по среднему диаметру:

Средняя окружная скорость колес:

Для конических передач обычно назначают 7-ю степень точности.

Коэффициент нагрузки:

Проверка контактных напряжений по формуле:

Силы действующие в зацеплении:

Окружная:

Радиальная для шестерни, равная осевой для колеса:

Осевая для шестерни, равная радиальной для колеса:

Проверяем зубья на выносливость по напряжениям изгиба по формуле:

Коэффициент нагрузки По табл. 3.7,

По табл. 3.8,

Эквивалентное число зубьев:

cтр.42

Находим отношения :

Проверки на выносливость по напряжениям изгиба проведем для шестерни, так как допустимое значение для шестерни меньше:

Проверяем прочность зуба колеса на изгиб:

Условие прочности выполнено.

2.3 Выбор материала тихоходной передачи

По табл. 3.3 применяем для шестерни сталь 40Х, улучшение +закалка ТВЧ, твердость HRC 38; для колеса сталь 40Х, улучшенную с твердостью НВ 215.

Определить коэффициент долговечности :

где

Допускаемые контактные напряжения:

Среднее допускаемое напряжение:

где

2.4 Расчет геометрических параметров цилиндрических колес Межосевого расстояния из условия контактной выносливости, мм:

=118,31 мм

учитывая силы действующие со стороны барабана ведущие к деформации вала и ухудшению контакта зубьев.

Принимаем межосевое расстояние по ГОСТ 2185

Модуль передачи Принимаем m по ГОСТ 9563 m=2 мм Принимаем предварительный угол наклона зубьев =10? и определим числа зубьев шестерни и колеса:

Уточненное значение угла наклона зубьев:

Делительные диаметры шестерни и колеса:

Проверка:

Диаметры вершин зубьев:

Ширина колеса и шестерни:

Определяем коэффициент ширины шестерни по диаметру:

Окружная скорость колес и степень точности передач:

При такой скорости для косозубых колес принимаем 8-ю степень точности.

Коэффициент нагрузки:

Проверка контактных напряжений по формуле:

Силы действующие в зацеплении:

Окружная Радиальная Осевая Проверяем зубья на выносливость по напряжениям изгиба по формуле:

Коэффициент нагрузки По табл. 3.7:

По табл. 3.8:

Эквивалентное число зубьев:

cтр.42

Находим отношения :

Проверки на выносливость по напряжениям изгиба проведем для колеса, так как допустимое значение для колеса меньше:

Определяем недостающие коэффициенты:

Среднее значение торцевого перекрытия:

Проверяем прочность зуба колеса на изгиб:

Условие прочности выполнено.

электродвигатель редуктор вал колесо

3. Эскизное проектирование редуктора

3.1 Предварительный расчет валов

Крутящие моменты в поперечных сечениях валов:

Ведущего вала:

Диаметр выходного конца вала при допускаемом напряжении, мм:

Так как вал редуктора соединен муфтой с валом электродвигателя, то необходимо согласовать диаметры ротора и вала. Выбираем МУВП по ГОСТ 20 761–80, с расточками полумуфт под и .

Диаметры подшипниковых шеек .

Промежуточного вала:

Диаметр вала под колесом:

Принимаем 45 мм.

Диаметры подшипниковых шеек .

Ведомого вала:

Диаметр выходного конца вала:

Принимаем диаметр выходного вала, диаметр вала под подшипники, диаметр вала под зубчатым колесом .

3.2 Конструктивные параметры корпуса редуктора Толщина стенок корпуса и крышки редуктора:

Толщина поясов корпуса и крышки редуктора:

Толщина нижнего пояса при наличии бобышек:

Диаметр болтов фундаментальных:

Принимаем болты с резьбой М16.

Диаметр болтов крепящих крышку к корпусу у подшипников:

Принимаем болты с резьбой М12.

Диаметр болтов соединяющих крышку с корпусом:

Принимаем болты с резьбой М10.

3.3 Конструкционные параметры колес.

3.3.1 Коническая передача

Шестерня:

Длина посадочного участка шестерни: принимаем

Колесо:

Размеры: ;

Диаметр ступицы:

длина ступицы

Толщина обода:

Толщина диска: С=(0,1

3.3.2 Цилиндрическая передача Шестерню выполняют за одно целое с валом.

Определенные ранее размеры:

Параметры зубчатого колеса:

Диаметр ступицы:

Длина ступицы:

Толщина обода:

Толщина диска:

3.4 Выбор подшипников

Для быстроходного вала, используем роликоподшипники конические однорядные легкой серии: ГОСТ 333

Для промежуточного вала: ГОСТ 333

Для тихоходного вала, используем роликоподшипники конические однорядные легкой серии: ГОСТ 333

3.5 Проверка долговечности подшипников:

Быстроходный вал:

Рис. 1 Эпюра моментов сил действующих на быстроходном валу Реакции опор:

В плоскости хz

Проверка:

В плоскости yz

Проверка:

Суммарные реакции:

Осевые составляющие радиальных реакций конических подшипников:

Осевые нагрузки подшипников. В нашем случае

Тогда:

Рассмотрим левый подшипник:

Отношение Осевые силы не учитывают.

Эквивалентная нагрузка по формуле:

Расчетная долговечность, млн. оборотов:

Расчетная долговечность, ч:

Удовлетворяет требованию ГОСТ 16 162–85.

Промежуточный вал:

l=155 мм.

Рис. 2 — Эпюра моментов сил действующих на промежуточном валу Реакции опор:

В плоскости xz

Проверка:

В плоскости yz

Проверка:

Суммарные реакции:

Осевые составляющие радиальных реакций:

Осевые нагрузки подшипников. В нашем случае

Тогда:

Рассмотрим левый подшипник:

Отношение Осевые силы не учитывают.

Эквивалентная нагрузка по формуле:

Расчетная долговечность, млн. оборотов:

Расчетная долговечность, ч:

Удовлетворяет требованию ГОСТ 16 162–85.

Рассмотри правый подшипник.

Отношение Поэтому эквивалентную нагрузку определяют с учетом осевой;

Расчетная долговечность, млн. оборотов:

Расчетная долговечность, ч:

Удовлетворяет требованию ГОСТ 16 162–85.

Тихоходный вал:

Расстояние между опорами:

Реакции опор: В плоскости xz

Проверка:

Рис. 3 — Эпюра моментов сил действующих на тихоходном валу В плоскости yz

Проверка:

Суммарные реакции:

Осевые составляющие радиальных реакций конических подшипников:

Осевые нагрузки подшипников. В нашем случае

Тогда:

Для правого подшипника:

Отношение Осевые силы не учитывают.

Эквивалентная нагрузка по формуле:

Расчетная долговечность, млн. оборотов:

Расчетная долговечность, ч:

Для левого подшипника:

Отношение Осевые силы учитывают.

Эквивалентная нагрузка по формуле:

Расчетная долговечность, млн. оборотов:

Расчетная долговечность, ч:

Удовлетворяет требованию ГОСТ 16 162–85

4. Проверка прочности шпоночных соединений

Для передачи вращающих моментов применяем шпонки призматические со скругленными торцами (ГОСТ 23 360−78). Материал шпонок сталь 45 нормализованная.

Напряжение смятия и условия прочности:

;

;

Допускаемые напряжения смятия при стальной ступице:

;

Проверка прочности шпонки на ведущем валу:

проверяем шпонку под ременной передачей:

где;; ;- длина шпонки; - момент на валу

;

;

На промежуточном валу шпонка под колесом:

где;; ;- длина шпонки; - момент на валу

;

;

Условие и выполнено для всех шпонок.

На тихоходном валу шпонка под колесом:

где;; ;- длина шпонки; - момент на валу

;

;

Условие и выполнено для всех шпонок.

На тихоходном валу шпонка на выходном конце вала:

где;; ;- длина шпонки; - момент на валу

;

;

Условие и выполнено для всех шпонок.

5. Уточненный расчет валов Примем, что нормальные напряжения от изгиба изменяются по симметричному циклу, а касательные от кручения — по нулевому (пульсирующему).

Уточненный расчет состоит в определении коэффициентов запаса прочности n опасных сечений и сравнении их с требуемым (допускаемым) значением [n]. Прочность соблюдена при .

Будем производить расчет для предположительно опасных сечений каждого из валов.

Ведущий вал

Материал вала тот же что и для шестерни (шестерня выполнена заодно с валом), т. е. сталь 45, термообработка-улучшение.

Среднее значение:

Предел выносливости при симметричном цикле изгиба:

Предел выносливости при симметричном цикле касательных напряжений:

Достаточно выбрать одно сечение с наименьшим коэффициентом запаса прочности, а именно сечение в месте посадки подшипника, ближайшего к шестерни.

В этом сечении действует максимальные изгибающие моменты М_У, М_Х и крутящий момент Т_Z = T_Б.

Сечение, А — А.

Изгибающие моменты в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

относительно оси y:

;

относительно оси x:

;

Суммарный изгибающий момент:

Момент сопротивления сечения:

Амплитуда нормальных напряжений:

Коэффициент запаса прочности:

где; 4; ;

;

Полярный момент сопротивления:

;

Амплитуда и средние напряжение цикла касательных напряжений:

;

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:

где ,;

;

Коэффициент запаса прочности:

;

Для обеспечения прочности, коэффициент запаса прочности должен быть не менее: (достаточно) Промежуточный вал Материал вала тот же что и для шестерни, т. е. сталь 45, термообработка-улучшение.

Среднее значение:

Предел выносливости при симметричном цикле изгиба:

Предел выносливости при симметричном цикле касательных напряжений:

Сечение А-А В этом сечении возникает наибольший изгибающий момент; концентрации напряжений обусловлено наличием шпоночной канавки.

Изгибающий момент:

Результирующий изгибающий момент:

Момент сопротивления сечения нетто:

Амплитуда нормальных напряжений изгиба:

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений:

где ,.

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:

где ,.

;

Общий коэффициент запаса прочности:

(допустимо) Ведомый вал Материал вала тот же что и для шестерни, т. е. сталь 45, термообработка-улучшение.

Среднее значение:

Предел выносливости при симметричном цикле изгиба:

Предел выносливости при симметричном цикле касательных напряжений:

Сечение А-А (шпоночная канавка).

;

;

Суммарный изгибающий момент А-А:

;

Момент сопротивления кручению:

;

Момент сопротивления изгибу:

;

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательного напряжения:

;

Амплитуда нормального напряжения изгиба:

; ;

Коэффициент запаса прочности по нормальному напряжению:

где

;

Коэффициент запаса прочности по касательному напряжению:

где ;;

;

Общий коэффициент запаса прочности по касательному напряжению:

;

6. Смазка зубчатых зацеплений и подшипников

Зацепления смазывают окунанием зубчатых колес в масло. Уровень масла должен обеспечивать погружение конического колеса и червяка.

Объем масляной ванны (из расчета 0,5 на 1 кВт передаваемой мощности):

где 3 — передаваемая мощность от электродвигателя (в кВт).

Подшипники смазываются тем же маслом за счет разбрызгивания.

Вязкость масла выбирается в зависимости от окружной скорости:

среднее значение вязкости: ;

Выбираем масло индустриальное И-70А (по ГОСТ 20 799– — 75*).

1. Курсовое проектирование деталей машин: Учебное пособие для техникумов / С. А. Чернавский, Г. М. Ицкович, К. Н. Боков и др. — М.: Машиностроение, 1980. — 416 с.

2. Курсовое проектирование деталей машин: Учебное пособие для техникумов / А. Е. Шейнблит — М.: Высшая школа, 1991. — 213 с.

3. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т.8-е издание, переработанное и дополненное/ В. И. Анурьев — М.: Машиностроение, 2001.

4. Конструирование узлов и деталей машин: Учебное пособие для техн. спец. вузов / П. Ф. Дунаев, О. П. Леликов — 7-е изд., испр. — М.: Высш. шк., 2001. — 447 с.