Привод электромеханический: расчет и проектирование - Курсовая работа

ГОУ ВПО Кемеровский технологический институт пищевой промышленности Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине Техническое задание на курсовой проект по деталям машин студентке Сушенцевой М.А гр. Спроектировать привод электромеханический по схеме, приведенной на рисунке 1.В данной работе требуется выполнить кинематический и силовой расчет привода, выбрать электродвигатель и спроектировать привод электромеханический. Привод состоит из двигателя, цилиндрического редуктора, цепной передачи, муфты и рабочей машины. Электродвигатель соединяется с редуктором через муфту, а тихоходный вал с помощью цепной передачи. Редуктор - механическая передача, установленная в отдельной закрытой коробке(корпусе), служащая для уменьшения угловой скорости и повышение крутящего момента на ведомом(тихоходном) валу. Также необходимо выполнить расчет передач на ЭВМ, проектировочный и проверочный расчет валов, осуществить выбор подшипников, муфты, смазки передач и подшипников.В данной работе были произведены кинематический и силовой расчет привода, состоящего из электродвигателя, ременной передачи, цилиндрической передачи, муфты и рабочей машины.

В данной работе требуется выполнить кинематический и силовой расчет привода, выбрать электродвигатель и спроектировать привод электромеханический. Привод состоит из двигателя, цилиндрического редуктора, цепной передачи, муфты и рабочей машины. Электродвигатель соединяется с редуктором через муфту, а тихоходный вал с помощью цепной передачи.

Редуктор - механическая передача, установленная в отдельной закрытой коробке(корпусе), служащая для уменьшения угловой скорости и повышение крутящего момента на ведомом(тихоходном) валу. Зубчатые редукторы благодаря их долговечности, большому диапазону скоростей и нагрузок нашли широкое применение в машиностроении.

Цепная передача основана на зацеплении цепи и звездочек. Принцип зацепления позволяют передавать цепью большие нагрузки. Цепные передачи применяют при значительных межосевых расстояниях, а также, для передачи движения от одного ведущего вала нескольким ведомым в тех случаях, когда зубчатые передачи неприменимы, а ременные недостаточно надежны.

Также необходимо выполнить расчет передач на ЭВМ, проектировочный и проверочный расчет валов, осуществить выбор подшипников, муфты, смазки передач и подшипников.

Целью данной работы является приобретение навыков в работе с учебной, справочной литературой, государственными и отраслевыми стандартами. При выполнении данной работы студенты анализируют назначение и условие работы деталей, учатся принимать обоснованные конструктивные и технологические решения.

1. Кинематический и силовой расчеты привода

1.1 Выбор электродвигателя

1.1.1 Определение общего КПД привода

?общ= ?1*?2*?3*?43, где ?1 - КПД цепной передачи

?2 - КПД цилиндрической передачи;

?3 - КПД муфты;

?4 - КПД пары подшипников.

Примем из [1, с7] ?1 =0,93, ?2 =0,97, ?3 = 0,98, ?4 =0,99.

?общ =0,93*0,97*0,98*0,993 = 0,86.

1.1.2 Определение требуемой мощности электродвигателя

Р0 = = = 2,9 КВТ.

1.1.3 Определение требуемой частоты вала электродвигателя n0 = np.м.*uобщ. np.м. = = = 144 об/мин. uобщ = u1*u2, u1 - передаточное число цепной передачи;

u2 - передаточное число цилиндрической передачи.

Из [1, с7] примем

=2,5 =5.6

=1,5 =3

=2.5*1.5=3.75

=5.6*3=16.8

=144*3.75=540 об/мин

=144*16.8=2419.2 об/мин

1.1.4 Выбор электродвигателя

По требуемой мощности и по требуемой частоте вращения выбирают электродвигатель с характеристикой

= 3 КВТ

= 1500 об/мин

= 1410 об/мин

Двигатель АИР 100SЧТУ16-525.564-84

Эскиз электродвигателя представлен на рисунке 2

1.2 Кинематический и силовой расчет привода

1.2.1 Определение общего передаточного числа и разбивка его по передачам uобщ = = =9,79

Пример стандартным значение передаточного числа передачи, находящегося в редукторе

Примем uцеп. = 2,5 u1 = = =3,92

1.2.2 Определение частот вращения и угловых скоростей на каждом валу привода

Вал дв. n = nac =1410 об/мин;

Вал II n2 = = = 359,69 об/мин;

Вал III n3 = = = 143.876 об/мин;

Вал дв. ? = = = 37,65 c-1;

Рисунок 2-Электродвигатель с установочными и габаритными размерами АИР 100S4 ТУ 16-525.564-84

Вал II ?2 = 37.65 c-1;

Вал III ?2= = 15.06 с-1;

1.2.3 Определение мощностей на каждом валу привода

Вал. дв. Р=2,9 КВТ

Вал I Р1=2.9*0,98*0,99=2,62 КВТ

Вал II Р2=2,62*0,97*0,99=2,34 КВТ

Вал III Р3=2,34*0,98*0,99=2,48 КВТ

1.2.4 Определение крутящих моментов на каждом валу привода

Вал дв. Тэл= *9550=19.64 H*м

Вал I T1= *9550=17.75 H*м

Вал II T2= *9550=62.13 H*м

Вал III T3= *9550=138.73 H*м

Результаты расчетов сведем в таблицу 1

Таблица 1-Результат кинематических расчетов

Вал n, об/мин ?, с-1 Р, КВТ Т, Н*м

Дв. 1410 147.58 2.9 19.64

I 1410 147.58 2.52 17.75

II 359.69 37.65 2.34 62.19

III 143.876 15.06 2.09 138.73

2. Расчет передач

2.1 Анализ результатов и выбор оптимального варианта. Выбор материала. Эскиз сил действующих в зацеплении

1. Термообработка: улучшение

=30.361, не удовлетворяет условию

2. Термообработка: закалка

=19,067, не удовлетворяет условию

3. Термообработка: азотирование

=19,067, не удовлетворяет условию

4. Термообработка: улучшение

=41,917, удовлетворяет условию

5. Термообработка: улучшение

=46,527, удовлетворяет условию

6. Термообработка: улучшение

=49,617, удовлетворяет условию

Выбрали 4 вариант, т.к. он удовлетворяет условию и минимальное межосевое расстояние

3. Проектировочный расчет валов

3.1 Расчет быстроходного вала

Диаметр выходного конца dбп ?

Примем dп = 30 мм-диаметр под подшипники dбп ? 30 3*2=36 мм -диаметр буртика

3.2 Расчет тихоходного вала

Диаметр выходного конца d 6)

Примем d=25 мм

Диаметр по подшипники dп2 = d 2t = 25 2*2,2 = 29,4 мм.

Примем dп2 = 30 мм.

Диаметр буртика подшипника dбп2 = dп2 3r =30 3*2 = 36 мм.

4. Выбор муфты и корректировка диаметра

Выбирают муфту упругую втулочно-пальцевую. Упругие муфты используются для сглаживания ударных и вибрационных нагрузок. Муфта выбирается по диаметру вала, на котором она находится, а также по крутящему моменту

D=25мм

T=63 Н*м

Выбирают муфту

Упругую втулочно-пальцевую 63-25-1 ГОСТ 21424-75

5. Расчет и выбор шпоночных соединений привод электромеханический проектирование вал

Расчет шпоночного соединения на выходном конце быстроходного вала d = 25 мм. b = 8 мм, L = 4 мм.

Рабочая длина шпонки

Lполумуфты =60 мм lш = 60-10=50 мм

Выбираю шпонку 8х7х50 ГОСТ 23360 - 78.

Расчет шпоночного соединения на выходном конце тихоходного вала d=1.5*25 = 37.5мм. b = 8 мм, L = 11 мм

Примем Lступицы=38 мм lш = 38-10=28 мм

Выбираю шпонку 10х8х28 ГОСТ 23360 - 78.

Расчет шпоночного соединения под колесом d= 36 мм. b = 10 мм,L= 8 мм

Lct

Рабочая длина шпонки

Примем lct = 55мм.

Lш=55-10=45 мм

Выбираю шпонку 10*8*45 ГОСТ 23360 - 78.

5.1 Проверка прочности шпоночных соединений

Шпонка предназначена для закрепления деталей на валах и осях и передачи вращающегося момента.

Призматическая шпонка выбирается, в зависимости от диаметра вала, на который насаживается деталь по ГОСТ 23360-78

Длину шпонки назначают из стандартного ряда, так, чтобы она была несколько меньше длины ступицы (примерно на 5-10 мм)

Прочностной расчет шпоночных соединений ведут только на сжатие, так как размеры шпонок по ГОСТУ подобраны так, что если условие на смятие выполняется, то и на срез условие выполняется.

Напряжение смятия узких граней шпонки не должно превышать допускаемого, т.е. должно удовлетворять условию:

T - передаваемый вращающий момент, Н*м d - диаметр вала вместе установки шпонки, м h - высота шпонки

При стальной ступице и спокойной нагрузке допускаемое напряжение смятия < 100 МПА; при колебаниях нагрузки следует снижать на 20-25 %, при ударной нагрузке снижать на 40-50%, для насаживаемых на вал чугунных деталей приведенные значения снижать вдвое.

С учетом приведенных выше значений , получаем формулу:

1. Принимаем b = 8, h =7,

82,84 МПА < 100 МПА

2. Принимаем b = 10, h = 8, = 5

< 100 МПА

При проверке шпонок оказалось значительно ниже , это означает, что можно уменьшить конструкцию шпонок и обязательно проверить их на смятие

6. Выбор подшипников

Для цилиндрического редуктора выбираем шариковые радиальные однорядные подшипники средней серии

Таблица 2 - Шариковые радиальные однородные 306 ГОСТ 8338-75

Обозначение Размеры, мм Грузоподъемность, КН d D B r D Cr Cor

306 30 72 19 2 12.303 28.1 14.6

7. Смазка подшипников

Смазка подшипников и зацепления бывает двух видов: совместная и раздельная. Совместную смазку применяют исходя из скорости вращения колес. В корпус редуктора заливают масло на высоту (длину) зуба. Колесо вращаясь разбрызгивает масло, внутри корпуса образуется масляный туман, который покрывает все детали, в том числе подшипники. Раздельную смазку применяют когда скорость вращения колеса меньше 1 м/с или когда один из подшипников удален от общей системы смазки. Подшипники смазывают пластичным смазочным материалом, узел подшипника отделяют от общей системы смазки мазеудерживающим кольцом.

При окружной скорости , выбираем картерный способ смазывания.

Выбираем совместную смазку, т.к V>1 м/с .Выбираем [1, с.253] вязкость масел для смазывания зубчатой передачи при , при окружной скорости <2 м/с.

Выбираем [2, с.200] сорт масла.

Масло индустриальное И-Г-А-68.

Уровень масла по высоте зуба:

Контроль уровня масла, находящегося в корпусе редуктора, производят с помощью маслоуказателей .

Выбираем [1, с.254] жезловый маслоуказатель.

Для удаления загрязненного масла и для промывки редуктора в нижней части корпуса делают отверстие под пробку с цилиндрической или конической резьбой.

Под цилиндрическую пробку ставят уплотняющую прокладку из кожи, маслостойкой резины, алюминия или меди. Для заливки масла и осмотра зацепления в крышке корпуса имеется окно, закрываемое крышкой.

8. Проверочный расчет вала

8.1 Определение опорных реакций

Fa - осевая сила, Fa = 108.307 Н

Fr - радиальная сила, Fr=265.2 H

Ft - окружная сила, Ft=712,159

Fm - сила от муфты a = 45, b = 45, c=67

Находим реакции в опорах: =

=

Ma2 = Fa * , Ma2=108.307* = 9448, 87

=

=

Изгибающие моменты в горизонтальной плоскости

Изгибающие моменты в вертикальной плоскости

=993.1*45=44689.5

=993.1*90-620.65*45=61449.75

Определение суммарных моментов

Эпюры крутящих моментов

Т1 = ТА = ТД = ТС = 62,13 Н*м, ТВ = 0.

Определение опасного сечения:

Опасное сечение в точке D

Эпюра изгибающих и крутящих моментов тихоходного вала представлена на рисунке 4

8.2 Проверочный расчет вала на выносливость

Основными нагрузками на валы являются сила от передач, силы на валы передаются через насаженные на них детали: зубчатые или червячные колеса, шкивы, звездочки, полумуфты. При расчетах принимаем, что силы и моменты приложены на середине зубчатого венца, обода, шкивы, по торцу полумуфты.

Расчет вала выполняют на статическую прочность и на сопротивление усталости

Материал вала - сталь 45 нормализация.

Принимаем [1, с.34]

Пределы выносливости:

Опасное сечение под ступицей на колесе: Диаметр вала в этом сечение 36 мм.

Концентрация напряжения обусловлена шпоночной канавкой [1,с. 165]

, коэффициенты

Крутящий момент: Суммарный изгибающий момент: Осевой момент сопротивлению: Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:

.

Результирующий коэффициент запаса прочности для сечения под подшипником:

;

условие выполнено.

Расчет на статическую прочность:

Примем диаметр равным 28, 28<40, условие выполнено

Амплитуда нормальных напряжений изгиба:

Среднее напряжение

Полярный момент сопротивлению:

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений:

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:

.

9. Проверочный расчет быстроходного вала

9.1 Определение опорных реакций

Fa - осевая сила, Fa = 108.307 Н

Fr - радиальная сила, Fr=265.2 H

Ft - окружная сила, Ft=712,159

Fm - сила от муфты a = 45, b = 45, c=62

Находим реакции в опорах: = Н

= Н

Ma2 = Fa * , Ma2=888,193* = 22261,2 Н*мм=22,261 Н*м

=

H

=

Изгибающие моменты в горизонтальной плоскости

Изгибающие моменты в вертикальной плоскости

=985.28*45=44337.6 Н*мм=44,34 Н*м

=985,28*90-881,69*45=48999,15 Н*мм = 48,99 Н*м

Определение суммарных моментов

Эпюры крутящих моментов

Т1 = ТА = ТД = ТС = 62,13 Н*м, ТВ = 0.

Определение опасного сечения:

Опасное сечение в точке С

Эпюра изгибающих и крутящих моментов тихоходного вала представлена на рисунке 5

10. Проверка долговечности подшипников

Ведущий вал: Суммарные реакции:

Fa /Co=108,307/14600=0,0074.

Этой величине [1, с. 305] соответствует

X=1, Y=0

Эквивалентная нагрузка: Рэ=(X•V•P2 Y•Pa)•K? •KT; V=1; K?=1; KT=1;

Рэ=(1*1*866,27 0)=866,27Н.

Расчетная долговечность: L=(С/Рэ)3;

L=(28,1•103 /866,27)3=34131,79 млн. об.

Расчетная долговечность: Lh=L•106/60•n;

Lh=34131,79•106/60•359,69=158,15*104 ч.

Ведомый вал: Суммарные реакции:

Fa /Co=108,307/14600=0,0074.

Этой величине [1, с. 305] соответствует

X=1, Y=0

Эквивалентная нагрузка: Рэ=(X•V•P2 Y•Pa)•K? •KT; V=1; K?=1; KT=1;

Рэ=(1*1*1034,29 0)=1034,29Н.

Расчетная долговечность: L=(С/Рэ)3;

L=(28,1•103 /1034,29)3=20053,58 млн. об.

Расчетная долговечность: Lh=L•106/60•n;

Lh=20053,58•106/60•359,69=93•104 ч.

Расчетный ресурс долговечности больше требуемого, назначенный подшипник пригоден

11. 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 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, 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.

После этого ставят крышки подшипников с комплексом прокладок для регулировки и предварительно установленными в них манжетами.

Далее на конец ведомого вала в шпоночную канавку закладывают шпонку. Затем ввертывают пробку маслоспускного 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.

Разборка редуктора осуществляется в обратном порядке.

В данной работе были произведены кинематический и силовой расчет привода, состоящего из электродвигателя, ременной передачи, цилиндрической передачи, муфты и рабочей машины.

Выбран двигатель АИР100S4 ТУ 16-525, 564-84

Для изготовления колеса и шестерни выбрали материал сталь 45 (норм.)

.

Спроектированный привод удовлетворяет заданным исходным данным и требуемой прочности и долговечности.

1. Курсовое проектирование деталей машин : / С. А. Чернавский [и др.] - М.: Машиностроение, 1988. - 416 с.

2. Дунаев, П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин. Учеб.пособие для студ.техн.спец.вузов / П. Ф. Дунаев, О. П. Леликов.- М.: Издательский центр «Академия», 2004.- 496 с.

3. Иванов, М. Н. Детали машин. Учебник для машиностроительных специальностей вузов / М. Н. Иванов, В. А. Финогентов - М.:Высш.шк., 2006. - 408 с.

Размещено на .ru