Привод конвейера

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Федеральное агентство  по образованию

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра  конструирования  и стандартизации  машиностроения

                                                                                 Допускаю к защите

Руководитель, доцент, к.т.н.

ПРИВОД КОНВЕЙЕРА

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ  ЗАПИСКА

к  курсовой работе (проекту)  по  дисциплине

 «Детали машин».

       Выполнил  студент  группы РТ-06-1  

          Нормоконтроль

Курсовая работа защищена

                                                                     с  оценкой

Иркутск, 2008 г.

1.04 .00.00  ТЗ

Изм

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Разработал

Привод

конвейера

Лит

Лист

Листов

Проверил

    1

               ИрГТУ

Гр.РТ-06-1

Н.контроль

Утверждаю

Содержание

            Введение....................................................................................................................................3

1. Выбор электродвигателя и кинематический расчёт…………………………………...4

1. Выбор электродвигателя……………………………………………………………………..4

2. Кинематический расчёт……………………………………………………………………...5

2. Расчёт зубчатых колёс редуктора………………………………………………………...6

1. Выбор материала и определение допускаемых контактных напряжений………………6

2. Определение межосевого расстояния………………………………………………………7
3. Определение нормального модуля зацепления……………………………………………7
4. Определение числа зубьев шестерни и колеса…………………………………………….7
5. Определение основных размеров шестерни и колеса……………………………………..8
6. Проверка контактных напряжений…………………………………………………………9
7. Проверка зубьев на выносливость по напряжениям изгиба………………………………9

3. Конструирование и предварительный расчёт валов редуктора……………………..11

1. Ведущий вал………………………………………………………………………………….11

2. Ведомый вал………………………………………………………………………………….12

4. Конструирование размеров шестерни и колеса………………………………………...13

1. Шестерня……………………………………………………………………………………...13

2. Зубчатое колесо………………………………………………………………………………13

5. Конструктивные размеры корпуса редуктора и эскизная компоновка…………….14

6. Проверка долговечности подшипников…………………………………………………15

7. Проверка прочности шпоночных соединений…………………………………………..20

8. Уточненный расчёт валов…………………………………………………………………21

9. Подбор посадок для сопрягаемых поверхностей………………………………………..23

10. Выбор смазки………………………………………………………………………………...24

11. Сборка редуктора…………………………………………………………………………...24

Список литературы…………………………………………………………………………25

            1.04.00.00.ПЗ

Лист

2

Изм.

Лист

 № докум.

Подпись

Дата

Введение

          Цель курсового проектирования – систематизировать, закрепить, расширить теоретические знания, а также развить расчетно-графические навыки студентов. Основные требования, предъявляемые к создаваемой машине: высокая производительность, надежность, технологичность, минимальные габариты и масса, удобство в эксплуатации и экономичность. В проектируемом редукторе используется зубчатая передача.

          Редуктором называют механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненный в виде отдельного агрегата и служащий для передачи мощности от двигателя к рабочей машине.

          Назначение редуктора – понижение угловой скорости и повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с валом ведущим

            1.04.00.00.ПЗ

Лист

3

Изм.

Лист

 № докум.

Подпись

Дата

1. Выбор электродвигателя и кинематический расчёт

Частота вращения приводного вала, на котором установлена звездочка  конвейера n₃ = 75 об/мин

  Мощность на приводном валу конвейера  Р₃ = 12 кВт

По  таблице 1.1. (п.1) выбираются значения КПД отдельных передач, входящих в привод,

и определяется общий КПД привода 

η_общ = η_р.п, η_з.з.п. η_под.²η_м² =

                   где,

                                 η_р.п  –КПД ременной передачи,=0.96

                          η_з.з.п. – КПД закрытой зубчатой передачи,  =0.97           

                          η_м - КПД муфты,  = 0.98                                                                           

                                η_под. – КПД пары подшипников качения,  = 0.99                      

                                          n – число пар подшипников качения.                                                           

           Расчетная мощность на валу  электродвигателя:

 с мощностью Р_дв  =15 кВт  (табл. П.1): это электродвигатели, имеющие соответственно                                                                      

номинальную частоту вращения n_дв1=3000 мин^-1; n_дв2=1500 мин^-1; n_дв3=1000 мин^-1; n_дв4=750 мин^-1      

Исходя из этого получаем четыре возможных варианта значения общего передаточного

отношения привода:

Далее по таблице предварительно принимаем  в соответствии с рекомендациями стандартное 

значение передаточное отношение редуктора u_ред =5         (п.1 стр.36)   и вычисляем       

возможные значения передаточного  отношения цепной передачи:

            1.04.00.00.ПЗ

Лист

4

Изм.

Лист

 № докум.

Подпись

Дата

В соответствии с рекомендациями  оптимальное значение передаточное отношение для

цепных передач находится в пределах  u_ц.п. = 2 …6, поэтому окончательно принимаем:

u_ред =  5  ;  u_р.п.=4     .

Таким образом, в приводе конвейера  используем электродвигатель 1500 об/мин, Р=15 кВт Марка 4А160S4 
____________________________________________________________________________                               

1.2.Кинематический расчёт

Частота вращения быстроходного вала редуктора:

n₁ = n_дв=1500 мин ^–1

Частота вращения тихоходного вала редуктора:

Мощность на валах  редуктора:

На быстроходном валу:

          Р₁ = P_{р.дв *} η_м  =

на тихоходном валу:

Р₂ = Р_{1 *} η_з.з.п*

Вращающий момент на валах  редуктора:

На быстроходном валу:

         где Р₁ в ваттах.

на тихоходном валу:

Т₂ = Т₁ u_ред =

            1.04.00.00.ПЗ

Лист

5

Изм.

Лист

 № докум.

Подпись

Дата

2. Расчёт зубчатых колёс редуктора

2.1 Выбор материала  и определение допускаемых контактных  напряжений

По таблице 3.3. (п.1) в соответствии с рекомендациями выбираем материалы: для изготовления шестерни сталь 40Х,  σ_в = 930 МПа,  σ_т = 700 МПа, твёрдость H₁ = 270 HB, термообработка – улучшение; для изготовления колеса сталь 45 (после нормализации),  σ_в = 690 МПа, σ_т = 340 МПа, твёрдость H₂ = 200 HB.

Допускаемые контактные напряжения определяем по формуле

                                                                                                  (п.1, формула 3.9.)

где: σ_Нlimb – предел контактной выносливости при базовом числе циклов (таб. 3.2. п.1);

        K_HL - коэффициент долговечности;

       [S_H] – коэффициент безопасности (1,1)                                                (п.1, стр.33)

Для углеродистых сталей с твердостью поверхностей зубьев менее НВ 350 и  термической обработкой (улучшением)

                                                           σ_Нlimb = 2НВ + 70                      (п.1, таблица 3.2.)

 При длительной  эксплуатации редуктора число  циклов нагружения больше базового, поэтому принимаем  K_HL =1.

 Для косозубых колес расчетное допускаемое контактное напряжение

                                                   [σ_Н]=0,45([σ_Н1] + [σ_Н2] ),                   (п.1, формула 3.10)

где:  ([σ_Н1] – расчетное контактное допускаемое напряжение для шестерни;

         [σ_Н2] - расчетное контактное допускаемое напряжение для колеса.

Для шестерни:

                          ,МПа.                          

для колеса:

[σ_Н] =0,45([σ_Н1] + [σ_Н2])= 0.45(554+427)=441.45 ,МПа

    Требуемое условие  [σ_Н]≤1,23[σ_Н2])       441.45   ≤ 525.21        выполнено.                              

            1.04.00.00.ПЗ

Лист

6

Изм.

Лист

  № докум.

Подпись

Дата

2.2 Определение межосевого расстояния

 Межосевое расстояние  из условия контактной выносливости  активных поверхностей зубьев

где:   К_α –вспомогательный коэффициент. Для косозубых передач = 43,0

         K_Hβ –коэффициент неравномерности нагрузки по длине зуба. Для передач с

симметричным расположением  колес по отношению к   опорам   = 1,0                                                                                                           

                                                                                                                        [п.1, таблица 3,5]

         ψ_ba – коэффициент ширины зубчатого венца. Для косозубых колес принимаем = 0,4.

Принимаем стандартное  значение межосевого расстояния a_w =160 мм.     [п.1,стр.36]

2.3 Определение нормального  модуля зацепления

Модуль передачи 

Принимаем стандартное  значение модуля   m_n =2 мм.                                  [п.1,стр. 36]

2.4 Определение числа  зубьев шестерни и колеса

 Принимаем предварительно  угол наклона зубьев β = 10^о и определяем числа зубьев шестерни и колеса

 Принимаем  z₁ = 26

z₂ = z₁ u_ред  =

 Уточненное значение  угла наклона зубьев

β_у = 14.06

            1.04.00.00.ПЗ

Лист

7

Изм.

Лист

 № докум.

Подпись

Дата

2.5 Определение основных  размеров шестерни и колеса 

Диаметры делительных  окружностей:

Шестерни        ,мм;

 Колёса                   ,мм.

Проверка межосевого расстояния:

что соответствует определённому  ранее значению.

Диаметры окружностей вершин зубьев:

Шестерни      ,мм;

Колёса            ,мм.

Диаметры окружностей  впадин зубьев:

Шестерни      53-5=48 мм

Колёса            267-5=262 мм

Определяем ширину колеса:   b₂ = ψ_ba a_w = , мм.

                                       шестерни: b₁ =  b₂ + 5 мм =64+5=69 ,мм.

      Определяем коэффициент  ширины шестерни по диаметру  ψ_bd =

     Окружная скорость  колес  υ =0,5 ω₁ d₁ = = м/с

  При такой скорости для  косозубых колес следует принять  8-ю степень точности (п.1, стр.32).

Силы в зацеплении:

Окружная

радиальная

осевая

            1.04.00.00.ПЗ

Лист

8

Изм.

Лист

 № докум.

Подпись

Дата

2.6 Проверка контактных  напряжений

Проверочный расчёт на контактную прочность проводиться по формуле:  

                                                    [п.1, формула 3,6.]

где:  K_{H –} коэффициент нагрузки;

     Коэффициент расчётной нагрузки при расчёте на контактную прочность

K_H= K_Hβ K_Hα K_Hυ.,

где: K_Hα – коэффициент. Учитывающий распределение нагрузки между зубьями колес. При

                 υ≤5 м/с и 8-й степени точности  = 1,09                                   [п.1, таблица 3,4.]

        K_Hυ – коэффициент динамической нагрузки. Для косозубых передач при υ≤5 м/с =1,0

                                                                                                                      [п.1, таблица 3,6.]

Значение  было найдено при расчёте межосевого расстояния.

Таким образом,                            K_H= 1 х 1,09 х 1 = 1,09

σ_H =

Условие контактной прочности  соблюдается.

2.7 Проверка зубьев  на выносливость по напряжениям  изгиба 

 Допускаемое напряжение на изгиб определяется по формуле

                                            [σ_F]=

где: σ_Flimb  -предел выносливости соответствующему базовому числу циклов. Для стали 45

                    улучшенной при твердости НВ ≤ 350   = 1,8 НВ                [п.1, таблица 3,9]

        [S_F] – коэффициент безопасности.

[S_F] = [S_F]΄  [S_F]^˝,

где: [S_F]΄  - коэффициент, учитывающий нестабильность свойств материала зубчатых колес.

                   Для стали 45 улучшенной = 1,75                                            [п.1, таблица 3,9]

        [S_F]^˝  - коэффициент, учитывающий способ получения заготовки зубчатого колеса. Для

                    поковок и штамповок = 1,0

Следовательно, [S_F] = 1,75 х 1 =1,75

Допускаемое напряжение: для шестерни       [σ_F1] = МПа

                                       для колеса        [σ_F2]= МПа

            1.04.00.00.ПЗ

Лист

9

Изм.

Лист

 № докум.

Подпись

Дата

Проверочный расчёт на изгибную прочность проводится по формуле: 

где: Y_F – коэффициент, учитывающий форму зуба и зависящий от эквивалентного числа

               зубьев.

 Для шестерни z_F1 = z₁ /cos³β_у = 26/0,912=28.

для колеса z_F2 = z₂ /cos³β_у = 130/0,912=142.

                Соответственно, Y_F1=  3.90 ,            Y_F2 =  3.60.                                [п.1, стр.42]

        Y_β – коэффициент, компенсирующий погрешности, возникающие из-за применения той

                же расчетной схемы зуба, что  и в случае прямых зубьев.

        K_F – коэффициент нагрузки.

       К_Fα – коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между

                 зубьями. При 8-й степени точности = 0.91                                      [п.2, стр. 66.]

K_F = K_Fβ K_Fυ, = 1.3

где: K_Fβ - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по длине

                 зуба. Зависит от ψ_bd и HB. При НВ≤ 350 и ψ_bd = 0,23;  K_Fβ =   1     [п.1, табл. 3,7.]    

       K_Fυ – коэффициент динамичности.   = 1,3                                                 [п.1, табл. 3,8.]

Расчёт на изгиб производится для  шестерни или колеса в зависимости  от отношения 

:

Для шестерни 278/3,90=71

Для колеса 206/3,60=57

Так как для колеса это отношение  меньше, расчёт проведём по колесу.

Y_β =1 –β_у / 140 = 1-14.06/140=0,9

σ_F =104.6 МПа

Таким образом, условие прочности  на изгиб соблюдается.

            1.04.00.00.ПЗ

Лист

10

Изм.

Лист

 № докум.

Подпись

Дата

3. Конструирование и  предварительный расчет валов  редуктора

Простые по конструкции  гладкие валы выполняются одинакового  номинального диаметра по всей длине; для обеспечения требуемых посадок деталей предусматриваются на участках вала соответствующие отклонения диаметра. Для удобства сборки и разборки узла вала, замены подшипников и других насаживаемых деталей вала – валы выполняются ступенчатыми.

Предварительный расчет проводим на кручение по пониженным допускаемым  напряжениям.

1. Ведущий вал

Материал ведущего вала выбираем такой же, как уже выбранный  материал шестерни, предполагая , что  шестерню будем выполнять заодно с валом.

Диаметр выходного конца вала определяем из расчёта только на кручение по пониженным напряжениям  по формуле

где: Т₁ – крутящий момент ведущего вала, Н мм;

       [τ_к] - допускаемое напряжение на кручение, МПа.

d_в11=

Корректируем d_в11по предполагаемому ряду чисел, при необходимости по стандартным размерам муфт: d_в11 =30 мм                                                                            [п.1, стр.161]

Разрабатываем конструкцию вала.

Длина ступени  l₁₁  под полумуфту          l₁₁= (1.0 ÷1.5) d_в11= мм

Диаметр второй ступени d₂ под подшипники качения определяется

t = 1…..2,5; принимаем t=2.5                                                                                                                  

d_в12 =30+5= 35 мм

Принимается d_в12 – по ближайшему значению внутреннего диаметра подшипников качения средней серии: d_в12 =35 мм                                                                             [п.1, табл. П3.].         

Предварительно принимаем радиальный шариковый подшипник № 307 (d =35 D=80    B=2)             

Длина ступени l₁₂ принимается с учётом уплотнения крышки с отверстием и ширины подшипника для вал-шестерни.

l₁₂ =

Принимаем для шестерни рассчитанные ранее размеры d_а, , d_ш1 , b_1.

Определяем  .                                                   l₁₃ = b₁ +2,4δ,

где δ – толщина  стенки редуктора (не менее 8 мм).

l₁₃ =69+2.4

Определяем d_в13.                                d_в13 = d_в12 +3,2 r,   

      где  r –радиус галтели=1                                                                               [п.1, стр. 168.]

d_в13 =35+3.2

4-ая ступень d_в14  - для установки второго подшипника  d_в14 = d_в12 =35 мм

l₁₄ = B + с,

где: В – ширина подшипника;

        с – размер фаски.                                                                                   [п.1, стр. 167.]

l₁₄ =21+2=23 мм

            1.04.00.00.ПЗ

Лист

11

Изм.

Лист

 № докум.

Подпись

Дата

3.2.Ведомый вал

Диаметр выходного конца ведомого вала: 

[τ_k]₂ – допускаемое напряжение на кручение для материала ведомого вала.

Принимаем d_в21 =50 мм                  l₂₁= (1.0 ÷1.5) d_в21= мм

Аналогично расчёту ведущего вала определяем остальные размеры вала, а именно

      Определяем                                             d_в22 = d_в21+2 t =50+5=55  мм

      Принимается d₂ – по ближайшему значению внутреннего диаметра подшипников качения средней серии: d_в22 = 55                                                                                [п.1, табл. П3.].

      Предварительно  принимаем радиальный шариковый  подшипник №  311  (d=55 D=120 B=29)             

l₂₂ = 1.25 d_в22 =

Определяем d_в23.         d_в23 = d_в22 +3,2 r,   

      где  r –радиус галтели,=1.                                                                           [п.1, стр. 168.]

d_в23 =

      Принимаем l₂₃   равное  l₁₃ ведущего вала = 88 мм      l₂₃ >b₂

d_в24 = d_в22= 55 мм

l₂₄ = В +с=29+2= 31 мм

  Подбираем подшипники по внутреннему диаметру для эскизной компоновки редуктора.

            1.04.00.00.ПЗ

Лист

12

Изм.

Лист

 № докум.

Подпись

Дата

4. Конструктивные размеры  шестерни и колеса

4.1.  Шестерня

Шестерню выполняем  за одно целое с валом; ее размеры:

d_ш1 =53 мм; d_a1 =57 мм; b₁ =69 мм.

4.2. Размеры колеса

d_к2 =267 мм; d_a2 =271 мм; b₂ =64 мм

Диаметр ступицы 

d_в =   d_в23 =  58 мм

 мм

Длина ступицы

 мм, принимаем L_ст = 83 мм.

Толщина диска

   b₂ =64 мм

 мм, принимаем С = 20 мм.

Толщина обода

    m =2   мм

 мм, принимаем d₀ =  8     мм.

 Основные  размеры зубчатого колеса