125886 (Проектирование привода цепного конвейера)

Оглавление

Задание

Введение

1. Описание назначения и устройства проектируемого привода.

2. Выбор электродвигателя и кинематический расчет.

3. Выбор материалов шестерен и колес и определение допускаемых напряжений.

4. Расчет второй ступени редуктора.

5. Расчет первой ступени редуктора.

6. Основные размеры корпуса и крышки редуктора.

7. Проектный расчет валов, подбор подшипников.

8. Расчет тихоходного вала и расчет подшипников для него.

9. Расчет промежуточного вала и расчет подшипников для него.

10. Расчет быстроходного вала и расчет подшипников для него.

11. Расчет тяговой звездочки.

12. Расчет приводного вала и расчет подшипников для него.

13. Смазка

14. Проверка прочности шпоночных соединений.

15. Выбор муфт

16. Сборка редуктора.

Список использованной литературы

Приложение: спецификация редуктора.

Вариант 12

Спроектировать привод цепного сборочного конвейера, состоящий из электродвигателя фланцевого (1), муфты (2), редуктора коническо-цилиндрического (3), муфты (4), звездочек тяговых (5). Цепи по ГОСТ 588-64, тип ПВР. В одной из муфт предусмотреть предохранительное устройство.

Техническая характеристика привода:

Окружное усилие на звездочке Р, кг: 260.

Скорость цепи конвейера V, м/с: 1,5.

Число зубьев звездочки z: 9.

Шаг цепи t, мм: 100.

Ресурс t_Σ, ч: 48000.

Введение

Редуктор является неотъемлемой составной частью современного оборудования. Разнообразие требований, предъявляемых к редукторам, предопределяет широкий ассортимент их типов, типоразмеров, конструктивных исполнений, передаточных отношений и схем сборки.

При выполнении проекта используются математические модели, базирующиеся на теоретических и экспериментальных исследованиях, относящихся к объемной и контактной прочности, материаловедению, теплотехнике, гидравлике, теории упругости, строительной механике. Широко используются сведения из курсов сопротивления материалов, теоретической механики, машиностроительного черчения и т. д. Все это способствует развитию самостоятельности и творческого подхода к поставленным проблемам.

При выборе типа редуктора для привода рабочего органа (устройства) необходимо учитывать множество факторов, важнейшими из которых являются: значение и характер изменения нагрузки, требуемая долговечность, надежность, КПД, масса и габаритные размеры, требования к уровню шума, стоимость изделия, эксплуатационные расходы.

Из всех видов передач зубчатые передачи имеют наименьшие габариты, массу, стоимость и потери на трение. Коэффициент потерь одной зубчатой пары при тщательном выполнении и надлежащей смазке не превышает обычно 0,01. Зубчатые передачи в сравнении с другими механическими передачами обладают большой надежностью в работе, постоянством передаточного отношения из-за отсутствия проскальзывания, возможностью применения в широком диапазоне скоростей и передаточных отношений. Эти свойства обеспечили большое распространение зубчатых передач; они применяются для мощностей, начиная от ничтожно малых (в приборах) до измеряемых десятками тысяч киловатт.

К недостаткам зубчатых передач могут быть отнесены требования высокой точности изготовления и шум при работе со значительными скоростями.

Одной из целей выполненного проекта является развитие инженерного мышления, в том числе умение использовать предшествующий опыт, моделировать используя аналоги. Для курсового проекта предпочтительны объекты, которые не только хорошо распространены и имеют большое практическое значение, но и не подвержены в обозримом будущем моральному старению.

Существуют различные типы механических передач: цилиндрические и конические, с прямыми зубьями и косозубые, гипоидные, червячные, глобоидные, одно- и многопоточные и т. д. Это рождает вопрос о выборе наиболее рационального варианта передачи. При выборе типа передачи руководствуются показателями, среди которых основными являются КПД, габаритные размеры, масса, плавность работы и вибронагруженность, технологические требования, предпочитаемое количество изделий.

При выборе типов передач, вида зацепления, механических характеристик материалов необходимо учитывать, что затраты на материалы составляют значительную часть стоимости изделия: в редукторах общего назначения - 85%, в дорожных машинах - 75%, в автомобилях - 10% и т. д.

Поиск путей снижения массы проектируемых объектов является важнейшей предпосылкой дальнейшего прогресса, необходимым условием сбережения природных ресурсов. Большая часть вырабатываемой в настоящее время энергии приходится на механические передачи, поэтому их КПД в известной степени определяет эксплуатационные расходы.

Наиболее полно требования снижения массы и габаритных размеров удовлетворяет привод с использованием электродвигателя и редуктора с внешним зацеплением.

1. Описание назначения и устройства проектируемого привода

Проектируемый привод предназначен для передачи вращательного движения от электродвигателя к приводному валу цепного сборочного конвейера. В состав данного привода входят:

1. Электродвигатель фланцевый.

2. Муфта.

3. Редуктор коническо-цилиндрический.

4. Муфта.

5. Звездочки тяговые.

Рассмотрим более подробно составные части привода. Вращательное движение от электродвигателя через муфту передается на быстроходный вал редуктора. Кроме передачи вращательного движения муфта также компенсирует несоосность вала двигателя и быстроходного вала редуктора. В качестве электродвигателя широкое применение получили асинхронные двигатели. В этих двигателях значительное изменение нагрузки вызывает несущественное изменение частоты вращения ротора.

Коническо-цилиндрический редуктор передает вращательное движение от двигателя к приводному валу, при этом изменяя угловую скорость и крутящий момент по величине и направлению. Изменение направления связано с наличием в редукторе конической передачи.

Еще одна муфта передает вращательное движение от тихоходного вала редуктора к приводному валу цепного сборочного конвейера. Кроме передачи вращательного движения муфта также компенсирует несоосность тихоходного вала редуктора и приводного вала конвейера. Предусмотрим в этой муфте предохранительное устройство для предотвращения поломки привода при заклинивании исполнительного элемента.

Звездочки тяговые установлены на приводном валу и приводят в движение цепи по ГОСТ 588-64, тип ПВР.

1. Выбор электродвигателя и кинематический расчет

Изобразим кинематическую схему привода на рис. 1. Расчет ведем по [1].

Рис.1

Потребляемая мощность привода:

Р_вых = F_t · V = 2,6 · 10³ · 1,5 = 3,9 кВт.

Требуемая мощность двигателя:

Р_{э потр} = Р_вых/ η_общ , где:

η_общ = η_ред · η_м² · η_п - общий КПД привода.

η_ред – КПД редуктора.

η_ред = η_цп · η_кп · η_п³

По таблице 1.1 из [1]:

η_цп = 0,96…0,98; принимаем η_цп = 0,97 – КПД закрытой цилиндрической передачи;

η_кп = 0,95…0,97; принимаем η_кп = 0,96 – КПД закрытой конической передачи;

η_п = 0,99 – КПД пары подшипников качения.

η_м = 0,98 – КПД муфты.

η_ред = 0,97 · 0,96 · 0,99³ = 0,9

η_общ = 0,9 · 0,98² · 0,99 = 0,86

Р_{э потр} = 3,9/ 0,86 = 4,53 кВт.

Частота вращения вала электродвигателя:

n_э = n_вых · U₁ · U₂ , где:

U₁ – передаточное число конической передачи;

U₂ – передаточное число цилиндрической передачи.

По таблице 1.2 из [1] примем рекомендуемые значения передаточных чисел:

U₁ = 2;

U₂ = 3.

n_вых = 60v / (πD_зв) = 60 · 1,5 / (3,14 · 0, 287) = 99,9 об/мин

D_зв = zp_зв / (π · 10³) = 9 · 100 / (3,14 · 10³) = 0,287 м

n_э = 99,9 · 2 · 3 = 599,4 об/мин

По таблице 24.8 [1] выбираем электродвигатель 132М8: Р = 5,5 кВт;

n = 720 об/мин.

Общее передаточное число привода:

U_общ = U_ред = n / n_вых = 720/99,9 = 7,2

По таблице 1.3 [1]:

U₁ = U_ред / U₂ = 7,2 / 2,95 = 2,44

U₂ = 1,1 = 1,1 = 2,95

Частота вращения валов:

n₁ = n = 720 об/мин;

n₂ = n₁ / U₁ = 720 / 2,44 = 295,1 об/мин;

n₃ = n_вых = 99,9 об/мин.

Угловые скорости валов:

ω₁ = πn₁ / 30 = 3,14 · 720 / 30 = 75,4 рад/с;

ω₂ = πn₂ / 30 = 3,14 · 295,1 / 30 = 30,9 рад/с;

ω₃= ω_вых = πn₃ / 30 = 3,14 · 99,9 / 30 = 10,5 рад/с.

Вращающие моменты на валах:

Т_вых = Т₃ = F_t D_зв / 2 = 2,6 · 10³ · 0,287 / 2 = 373 Н·м;

Т₂ = Т₃ / (η_цп · U₂) = 373 / (0,97 · 2,95) = 130,4 Н·м;

Т₁ = Т₂ / (η_кп · U₁) = 130,4 / (0,96 · 2,44) = 55,7 Н·м.

Мощности на валах:

Р₁ = Р · η_м · η_п = 5,5 · 0,98 · 0,99 = 5,34 кВт;

Р₂ = Р₁ · η_кп · η_п = 5,34 · 0,96 · 0,99 = 5,08 кВт;

Р₃ = Р₂ · η_цп · η_п = 5,08 · 0,97 · 0,99 = 4,88 кВт;

Р_вых = Р₄ · η_м · η_п = 4,88 · 0,98 · 0,99 = 4,73 кВт.

3. Выбор материалов шестерен и колес и определение допускаемых напряжений

По таблице 2.1 [1] выбираем материалы колеса и шестерни.

Материал колес – сталь 45; термообработка – улучшение: 235…262 НВ₂;

248,5 НВ_СР2; σ_в = 780 МПа; σ_т = 540 МПа; τ = 335 МПа.

Материал шестерен – сталь 45; термообработка – улучшение: 269…302 НВ₁;

285,5 НВ_СР1; σ_в = 890 МПа; σ_т = 650 МПа; τ = 380 МПа.

Допускаемые контактные напряжения и напряжения изгиба для шестерни и колеса принимаем по таблице 2.2 [1]:

[σ]_H1 = 1,8HB_CP1 + 67 = 285,5 · 1,8 + 67 = 581 МПа

[σ]_H2 = 1,8HB_CP2 + 67 = 248,5 · 1,8 + 67 = 514 МПа

[σ]_F1 = 1,03HB_CP1 = 285,5 · 1,03 = 294 МПа

[σ]_F2 = 1,03HB_CP2 = 248,5 · 1,03 = 256 МПа

[σ]_H1max = 2,8 σ_т = 2,8 · 650 = 1820 МПа

[σ]_H2max = 2,8 σ_т = 2,8 · 540 = 1512 МПа

[σ]_F1max = 2,74 HB_CP1 = 2,74 · 285,5 = 782,3 МПа

[σ]_F2max = 2,74 HB_CP2 = 2,74 · 248,5 = 680,9 МПа

Для дальнейших расчетов принимаем: [σ]_H = [σ]_H2 = 514 МПа.

4. Расчет второй ступени редуктора

Исходные данные: U₂ = 2,95; Т₃ = 373 Н·м; n₃ = 99,9 об/мин.

α_w2 ≥ К_α(U₂ + 1) = 4950 · (2,95 + 1) = 0,15642 м

К_α = 4950 – для прямозубых передач [1].

К_Нβ = 1 – при постоянной нагрузке [1].

ψ_d = 0,5 ψ_α(U₂ + 1) = 0,5 · 0,25 (2,95 + 1) = 0,49

Принимаем: ψ_α = 0,25 [1].

Т_НЕ2 = К_НД Т₃ – эквивалентный момент на колесе, где:

К_НД = К_НЕ ≤ 1

Коэффициент эквивалентности:

К_НЕ = 0,56 (таблица 2.4 [1])

N_HG = (HB_cp)³ = 248,5³ = 1,53 · 10⁷ – базовое число циклов нагружений.

К_НД = 0,56 · = 0,78