Кинематический и силовой расчет привода ленточного конвейера. Выбор материалов и допускаемых напряжений, конструктивные размеры корпуса редуктора и червячного колеса. Расчет червячной передачи и валов, компоновка редуктора. Тепловой расчет редуктора.
Аннотация к работе
Редуктором называют механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненный в виде отдельного агрегата и служащий для передачи мощности от двигателя к рабочей машине. Редуктор состоит из чугунного корпуса, в котором помещены элементы передачи - червяк, червячное колесо, подшипники, вал и пр. Входной вал посредством муфты соединяется с двигателем, выходной - так же посредством муфты соединяется с приводным валом барабана конвейера. Выбираем двигатель 4А80А4УЗ: частота вращения вала двигателя nдв = 1420 об/мин, мощность на валу двигателя Рдв = 1,1 КВТ. Определить коэффициент долговечности для материалов первой группы при сроке службы передачи L=5 лет, коэффициенте годовой загрузки Кгод=0,6, коэффициенте суточной загрузки Ксут=0,29, коэффициенте распределения времени действия нагрузки ?=0,5, частоте вращения вала колеса n2=24,42 об/мин.
Введение
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.
Нам в нашей работе необходимо спроектировать редуктор для ленточного конвейера, а также подобрать муфты, двигатель, спроектировать раму. Редуктор состоит из чугунного корпуса, в котором помещены элементы передачи - червяк, червячное колесо, подшипники, вал и пр. Входной вал посредством муфты соединяется с двигателем, выходной - так же посредством муфты соединяется с приводным валом барабана конвейера.
1. Кинематический и силовой расчет привода
Целью кинематического расчета является подготовка исходных данных для проектирования передач
Исходными данными для расчета являются: окружная сила на рабочем органе F, КН; скорость движения ленты или тяговой цепи V, м/с; диаметр барабана Dб, мм; или число зубьев Z и шаг тяговой звездочки t, мм.
Определение мощности на приводном валу Рпр
Рпр = Ft.V, где Рпр- мощность на приводном валу, КВТ; Ft - тяговое усилие цепи конвейера, КН, 7,2; V - скорость движения цепи, м/с, 0,7.
Рпр = 3,25·0,23 = 0,75 КВТ
Определение КПД привода (таблица 1) привод ленточный конвейер редуктор
Таблица 1
Значения КПД и передаточных чисел звеньев кинематической цепи
Определение ориентировочного значения мощности двигателя Р`дв
Р`дв = Рпр/?0, где Р`дв - ориентировочное значение мощности двигателя, КВТ.
Р`дв = 0,75/0,8=0,94 КВТ
Определение частоты вращения приводного вала nпр
Определение ориентировочного значения частоты вращения вала двигателя n`дв = nпр·іцп где n`дв - ориентировочное значение частоты вращения вала двигателя;
іцп - передаточное отношение червячной передачи, принимаем ічп=70. n дв = 24,42·70=1709 об/мин
Выбор двигателя по значению мощности Р`дв и частоте n`дв произведем по таблице 2
Выбираем двигатель 4А80А4УЗ: частота вращения вала двигателя nдв = 1420 об/мин, мощность на валу двигателя Рдв = 1,1 КВТ.
Таблица 2
Электродвигатели асинхронные серии 4А ГОСТ28330- Мощность КВТСИНХРОННАЯ частота вращения, диаметр вала, мм
Определение передаточного числа привода u0 u0 = nдв/ nпр u0 = 1420/24,42=58,15
Определение передаточного числа редуктора uред uред = u0/іцп, uред = 43,3/2=21,65
Определение частот вращения валов привода
Входной вал
Частота вращения входного вала nвх = 1420 об/мин
Выходной вал где nвых - частота вращения выходного вала, об/мин;
Приводной вал где nпр - частота вращения приводного вала, об/мин.
Определение крутящих моментов на валах привода
Вал двигателя
Тдв = 9550·Рдв/nдв, где Тдв - крутящий момент на валу двигателя, Н·м.
Тдв = 9550·1,1/1420=7,4 Н·м
Входной вал редуктора
Твх = Тдв· ?м· ?пп где Твх - крутящий момент на входном валу редуктора, Н·м.
Твх= 7,4·0,98·0,99=7,2 Н·м
Выходной вал редуктора
Твых = Твх·ічп· ?пп· ?чп, где Твых - крутящий момент на выходном валу редуктора, Н·м.
Твых=7,2·58,15·0,99·0,86=356,5 Н·м
Приводной вал
Тпр=Твых·?пм цп, где Тпр - крутящий момент на приводном валу, Н·м.
Тпр = 356,5·0,99.0,98=345,9 Н·м
Исходные данные для расчета передач
Р=1,1 КВТ
N=1420 об/мин i=ічп=58,15
2. Редуктор
2.1 Выбор материалов и выбор допускаемых напряжений
Для червяка выбираем материал с учетом передаваемой мощности и длительности работы сталь 40Х. Производим объемную закалку до твердости HRC (45-53), шлифование и полирование витков червяка.
Расчет допускаемых контактных напряжений
Коэффициент долговечности для материалов: тц = 365 L 24 Kcyt Кгод
Определить коэффициент долговечности для материалов первой группы при сроке службы передачи L=5 лет, коэффициенте годовой загрузки Кгод=0,6, коэффициенте суточной загрузки Ксут=0,29, коэффициенте распределения времени действия нагрузки ?=0,5, частоте вращения вала колеса n2=24,42 об/мин. График нагрузки приведен на рисунке 1. а) Срок службы передачи в часах тц = 5•365•24•0.6•0.29 = 7621,2 б) Эквивалентное число циклов перемены напряжений
Уточним кпд передачи ? = ? = =0,71 где ? - угол трения в зацеплении, принять по рекомендациям.
VS, м/с ? VS, м/с ? VS, м/с ?
0,1 4°30?…5°10? 1,5 2°20?…2°?50 3,0 1°35?…2°
0,5 3°10?…3°40? 2,0 2°00?…2°35? 4,0 1°26?…1°43?
1,0 2°30?…3°10? 2,5 1°40?…2°20? 7,0 0°55?…1°22?
Максимальный диаметр колеса z1 1 2 4
DAM2 ?da2 2 m ?da2 1,5 m ?da2 m
DAM2?da2 2 m=210,53 2 •3,5=217,53
Проверка передачи при перегрузках
1 по контактным напряжениям
2 по напряжениям изгиба
Проверка передачи на нагрев масла в редукторе
, , где P1 - мощность на валу червяка, Вт;
KT - коэффициент теплопередачи, 11 Вт/(м2с);
aw - межосевое расстояние, м.
Так как ТМ<90o принудительное охлаждение генератора не требуется.
2.4 Расчет валов
Предварительный расчет валов проводится на кручении по пониженным допускаемым напряжениям.
Входной вал
1.Принимаем диаметр вала под муфту
Диаметр вала в опасном сечении при допускаемом напряжении [?]=12 МПА
2. Определим диаметр вала под подшипники.
3. Определяем диаметр буртика на валу.
4. Принимаем
=20
Рис.11.4 Входной вал редуктора
Выходной вал
1. Определим диаметр вала в опасном сечении под колесом где - крутящий момент на выходном валу, Н-мм.
2.Принимаем диаметр вала под подшипники ближайший меньший относительно .
3. Уточним диаметр вала под колесом
4. Диаметр буртика вала у подшипника dб=dп 2·h dб=50 2·5,5=61 мм
5.Принимаем диаметр вала под втулку
=52 мм
6.Принимаем диаметр вала под уплотнение
=50 мм
7. Определим диаметр вала под муфту из уравнения
Рис. 11.8 Конструкция выходного вала
2.5 Конструктивные размеры червячного колеса
Диаметр ступицы dct=1,55dk dct=1,55·52=81
Длина ступицы lct=(0,8…1,5)dk=1,2·52=62
Толщина обода
S=2,2m 0,05b2
S=2,2·4 0,05·47,25=11,12 мм
2.6 Расчет сил
Входной вал
Из предыдущих расчетов имеем
Ft = 18058,06Н; Fr = 1274,42Н; Fa = 3503,26 Н; d1 = 56 мм;
- консольная сила для одноступенчатого редуктора вследствие несоосности соединяемых валов.
Из компоновочной схемы имеем l1 = 113 мм; l2 = 103 мм; l3 = 79мм; L = 216мм.
Реакции опор а) в плоскости XOZ - горизонтальная плоскость
Проверка б) в плоскости YOZ - вертикальная плоскость
Проверка в) реакции от силы Fm
Проверка
Суммарные реакции опор для расчета подшипников
2.7 Расчет подшипниковых узлов
Частота вращения вала n = 1420 об/мин. Требуемая долговечность подшипника Lц = 7621,2 ч.
Принимаем радиальные однорядные шарикоподшипники d = 30 мм; D =52 мм; В =19 мм; С = 28,1 КН; С0 = 14,6КН; е = 0,42; Y = 1,04.
Основные составляющие радиальных реакций конических подшипников.
Осевые нагрузки подшипников. В нашем случае , тогда
Рассмотрим правый подшипник.
Отношение , поэтому следует учитывать осевую нагрузку.
Эквивалентная динамическая нагрузка при коэффициенте безопасности КБ = 1,4 - при нагрузке с умеренными толчками и температурном коэффициенте KT = 1, для конических подшипников при , Х = 0,4; Y = 2,16 равна
Расчетная долговечность подшипника в млн. об.
Расчетная долговечность подшипника в ч.
Рассмотрим левый подшипник.
Отношение поэтому не следует учитывать осевую нагрузку Х = 1,Y = 0.
Эквивалентная динамическая нагрузка при коэффициенте безопасности Kb = 1,4 - при нагрузке с умеренными толчками и температурном коэффициенте КТ = 1, равна
Расчетная долговечность подшипника в млн. об.
Расчетная долговечность подшипника в ч.
Это выше требуемой долговечности 5640 ч, поэтому подшипник пригоден.
Выходной вал.
Из предыдущих расчетов имеем: Ft2 = 3503 Н; Fr2 = 1274Н; Fa2 =257 Н; d2 = 204мм.
F = 6575 Н - сила от гибкой передачи, - вертикальная составляющая силы от гибкой передачи.
- горизонтальная составляющая силы от гибкой передачи.
3. Тепловой расчет редуктора
Для проектируемого редуктора площадь теплоотводящей поверхности А = 1,5 м?.
Условие работы редуктора без перегрева при продолжительной работе:
Считаем, что обеспечивается достаточно хорошая циркуляция воздуха, и принимаем коэффициент теплопередачи kt = 20 Вт/м2, тогда:
Допускаемый перепад температур [?t = 60°].
4. Конструктивные размеры корпуса редуктора
Толщина стенок корпуса должна отвечать требованиям технологии литья и необходимой жесткости корпуса редуктора: .
Толщина стенки крышки:
Толщина фланцев поясов корпуса и крышки: верхний пояс корпуса: , нижний пояс крышки: .
Ширина пояса: .
Выступ фланцев под подшипники: Диаметры болтов: Соединяющих крышку с корпусом принимаем болты с резьбой M9
Фундаментных принимаем болты с резьбой М16.
Число болтов при AWT < 250 мм равно 4.
5. Смазка редуктора
Смазка редуктора производится окунанием зубчатого колеса в масло, заливаемого до уровня, обеспечивающие погружение колеса на всю высоту сцепляющихся зубьев.
Рекомендуют применять глубокоочищенные легированные индустриальные масла в зависимости от скорости скольжения в контактных напряжений. При V < 2 м/с и = 182 МПА применяем масло И-30-А.
Объем масляной ванны: V =(0,35... 0,7) Рд = (0,35...0,7)7,5=2,6... 5,3л.
Подшипники смазываем пластиночной смазкой, которую закладываем при сборке и периодически пополняем шприцем через пресмасленки. Сорт смазки УТ-1.
6. Выбор муфты
Для соединения входного и выходного вала редуктора выбираем муфты упругие втулочно-пальцевой которые допускают небольшие радиальные смещения валов: Муфта упругая втулочно - пальцевая 1 -63-20 ГОСТ 21424-75.
Проверка прочности элементов муфты не проводится, т. к. муфты стандартные и рассчитаны на определенный момент.
7. Выбор посадок
Выбор посадок зубчатых колес, звездочек и подшипников производим в соответствии с рекомендациями, данными в [ 2,4 ].
Посадка зубчатых колес на вал Н7/k6 по ГОСТ 25347-82
Посадка звездочек на вал редуктора Н7/h6.
Шейки валов под подшипники выполняем с отклонением вала k6.
Отклонения отверстий в корпусе под наружные кольца подшипников по Н7.
8. 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 входной вал насаживают подшипник, предварительно нагретый в масле до 80... 100 С; на другие валы последовательно накладывают шпонки, напрессовывают зубчатые колеса, надевают разграничивающие втулки и насаживают подшипники, предварительно нагретые в масле до 80...100?С. Собранные валы укладывают в основание корпуса редуктора и надевают крышку корпуса, покрывая предварительно поверхности стыка герметиком. Для центровки крышки и корпуса устанавливают цилиндрические шрифты. Затягивают болты. После этого в подшипниковые камеры закладывают пластическую смазку, ставя крышки подшипников с комплектом регулировочных прокладок. Перед постановкой сквозных крышек в проточки устанавливают манжеты. Затем ввертывают пробку маслосливного отверстия с прокладкой и жезловый маслоуказатель. Заливают в корпус масло и закрывают смотровое отверстие крышкой с прокладкой и закрепляют болтами.
9. Экономическое обоснование
Выбор данных конструктивных особенностей обосновывается экономическими средствами. Масло И-30-А используем для смазывания редуктора, оно относительно не дорогое, в качестве густой смазки, для подшипников, применяем смазку УТ-1.
Червяк изготавливаем из легированной стали 40Х, колеса изготавливаем из бронзы. Так как данные материалы экономически выгодные и соответствуют конструктивным особенностям, то редуктор получается относительно недорогим и соответствует стандартам качества.
Список литературы
1. Курсовое проектирование деталей машин /С.А. Чернавский, Москва, 1979 г./1.
2. Иванов М.Н. Детали машин: Учеб. для студентов высш. техн. учеб. заведений. 5-е изд. перераб. -М.: Высш. шк., 1991.
3. Дунаев П.Ф. Детали машин. Курсовое проектирование. Москва, 1990 г.
4. Детали машин /К. И. Заблонский. -К.: Высш. шк. Головное изд-во, 1985. - 518с./
5. Проектирование механических передач: Учебно - справочное пособие для вузов /С.А. Чернавский и др. -М.: Машиностроение, 1984.55 -560 с.,ил./