Кинематический и силовой расчёт привода

Содержание

Введение

1. Кинематический и силовой расчёт привода

1.1Схема привода

1.2 Выбор электродвигателя

1.3 Кинематический и силовой расчёт

2. Расчёт зубчатых передач

2.1. Схема передачи, исходные данные, цель расчёта

2.2. Критерий работоспособности и расчёта

2.3. Выбор материалов зубчатых колёс

2.4. Расчёт допускаемых напряжений

2.5. Проектный расчёт передачи

2.6. Подбор основных параметров зацепления

2.7 Определение основных геометрических размеров

2.8. Проверочные расчёты

2.9. Силы, действующие в зацеплении

3. Расчет цепной передачи 5-6.

3.1 Выбор типа цепи.

3.2 Определение числа зубьев звездочек.

3.3 Коэффициент эксплуатации цепной передачи.

3.4 Расчетный шаг цепи.

3.5 Выбор приводной цепи.

3.6 Проверочные расчеты передачи.

3.7 Нагрузка на валы цепной передачи.

4. Компановка редуктора.

4.1 Ориентировочный расчёт валов.

4.2 Конструктивные размеры корпуса редуктора.

4.3 Подбор подшипников.

5. Выбор и проверка шпонок

5. Уточненный расчёт вала и подшипников

5.1 Уточненный расчет вала

5.2 Расчет подшипников на долговечность

6. Выбор смазки

7. Выбор муфты

8. Сборка и регулировка редуктора

Заключение

Список использованной литературы

 

 

 

Введение

Согласно задания требуется разработать привод ленточного транспортера, состоящий из электродвигателя, редуктора и цепной передачи.

Требуется выбрать электродвигатель, рассчитать зубчатые и цепную передачи, спроектировать и проверить пригодность шпоночных соединений, подшипников, разработать общий вид редуктора, разработать рабочие чертежи деталей.

Электродвигатель выбирается исходя из потребной мощности и частоты вращения. Зубчатые передачи рассчитываются по условиям контактной выносливости зубьев, проверяются на статическую прочность. Валы проектируются из условия статической прочности (ориентировочный расчет) и проверяются на выносливость по коэффициенту запаса прочности. Шпоночные соединения проверяются на срез, смятие и размеры принимаются в зависимости от диаметра соответствующего участка вала. Пригодность подшипников оценивается долговечностью по динамической грузоподъёмности. Типовой размер муфты определяется исходя из передаваемого момента, частоты вращения соединяемых валов и условий эксплуатации.

При расчёте и проектировании ставится цель получить компактную, экономичную и эстетичную конструкцию, что может быть достигнуто использованием рациональных материалов для деталей передач, оптимальным подбором передаточного числа передач, использованием современных конструктивных решений, стандартных узлов и деталей при проектировании привода.

 

1. Кинематический расчёт привода

Схема привода

Рисунок 1.1 Схема привода.

 

На схеме обозначены:

1-2 – зубчатая передача цилиндрическими косозубыми колесами закрытая;

3-4 – зубчатая передача цилиндрическими косозубыми колесами закрытая;

5-6 – цепная передача открытая.

От двигателя через муфту движение передается валу 1, который в свою очередь передает движение колесу 1. посредством зубчатой передачи колесо 1 передает движение колесу 2, а оно передает движение валу 2-3. этот вал передает движение колесу 3. Через зубчатую передачу движение передается колесу 4, от него – валу 4-5. Вал приводит во вращение звездочку 5, от которой движение через цепную передачу передается звездочке 6, а затем и валу 6. Вал 6 передает движение на барабан.

 

 

Выбор электродвигателя

Определение требуемой мощности электродвигателя

где Рвых –мощность на выходом валу, кВт. hобщ – общий КПД привода; hобщ= h12×h34 ×h56×hmп×hм где,

Определение требуемой частоты вращения вала

n_эд = n_вых × i’_общ

где, i₁₄^’ – общее передаточное отношение;

n_вых – частота вращения выходного вала привода.

об/мин

i’_общ = i₁₂ × i₃₄ × i₅₆,

где i₁₂= 4 – рекомендованное передаточное отношение передачи цилиндрическими косозубыми колесами;

i’₃₄= 4 – рекомендованное передаточное отношение закрытой цилиндрической косозубой передачи;

i₅₆= 3 - рекомендованное передаточное отношение цепной открытой передачи;

i_общ^’ = 4 × 4× 3 = 48

n_эд= 48 × 42,97183 = 2062,65 об/мин

Выбор электродвигателя

На основании выполненных расчётов выбираем электродвигатель по следующему условию:

n_эд≈ n’_эд Р_эд ≥Р’_эд

Выбираем электродвигатель 4А80А4 переменного тока, асинхронный, единой серии

Параметры: Р_эд= 1,1кВт , n_эд = 1430об/мин , d₁ = 22мм , Т_пуск / Т_ном = 2

 

Рисунок 1.2 Эскиз электродвигателя

Уточнение передаточных отношений

iобщ = iобщ = i16 = iред× где i56 - передаточное отношение открытой цепной передачи;

Определение мощностей на валах

где Р₁, Р₂₃, Р₄₅, Р₆ – мощности на соответствующих валах.

Угловая скорость вращения валов

Крутящие моменты на валах

,

Частота вращения валов привода

Передача 3-4

Определение коэффициентов нагрузки.

при расчёте на контактную выносливость: КН = КНb × КНV при расчёте на изгибную выносливость: КF = КFb × КFV, где КНb, КFb - коэффициенты, учитывающие неравномерность распределения нагрузки по длине зуба при расчёте по…

Передача 1-2

, тогда КНb = 1.04 КFb = 1.06 м/с

Подбор основных параметров зацепления.

Модуль передачи

Передача 3-4

Принимаем m₃₄ = 1мм

Передача 1-2

Принимаем m₁₂ = 1мм

2.6.2 Определение числа зубьев зубчатых колёс

Передача 3-4

где - угол наклона на делительном цилиндре. Зададимся величиной .

Передача 1-2

Зададимся величиной . Принимаем = 175

Передача 3-4

,   ,

Передача 1-2

 

Определение окружной скорости

Передача 3-4

Так как значение окружной скорости осталось в том же временном интервале м/с, то значение коэффициентов нагрузки принимаем окончательно.

Передача 1-2

Так как полученное значение окружной скорости и ее ориентировочное значение находятся в разных диапазонах, то следует уточнить значение коэффициентов нагрузки.

К_НV = 1.04; К_FV = 1.11

Таким образом:

К_Н = 1.04 × 1.04 = 1.0816

К_F = 1.06 × 1.11 = 1.1766

2.8.2Проверочный расчёт по контактным напряжениям:

Передача 3-4

 

 

Недогруз передачи не превышает 10%, значит находится в пределах допустимого.

Передача 1-2

2.8.3 Проверочный расчёт по напряжениям изгиба:

Передача 3-4

;

;

 

где Y_F3 = Y_F4 = 3.75 – коэффициенты прочности зубьев шестерни и колеса.

 

МПа < 293,7 МПа

 

МПа < 241,714 МПа

 

Передача 1-2

Y_F1 = 3,96

Y_F2 = 3.75

МПа< 293,7 МПа;

МПа< 241,714 МПа.

 

Проверочный расчет по кратковременным перегрузкам.

Передача 3-4

,

,

Передача 1-2

,

,

Силы, действующие в зацеплении

Передача 3-4

Окружная сила: Н

Радиальная сила: Н

Осевая сила: Н

Передача 1-2

Радиальная сила: Н Осевая сила: Н Все данные расчета сводим в итоговые таблицы.

Расчет цепной передачи 5-6.

Выбор типа цепи.

Выбираем цепь приводную роликовую однорядную ПР (по ГОСТ 13568-75).

Определение числа зубьев звездочек.

Так как , то принимаем . Число зубьев ведомой звездочки:

Уточнение межосевого расстояния, длина цепи.

мм.

Принимаем a = 760мм.

Монтажное межосевое расстояние:

мм.

Длина цепи:

мм.

Проверочные расчеты передачи.

3.6.1 Критерии расчета и работоспособности:

1) износостойкость шарниров приводной цепи;

Условие работоспособности:

p – давление на опорной поверхности шарниров при передаче номинальной нагрузки, Мпа.

- базовое допускаемое давление в шарнирах.

2) статическая прочность цепи по разрушающей нагрузке;

3) сопротивление усталости пластин цепи по проушинам при длительном действии пульсирующей или знакопеременной нагрузки или скорости цепи м/с и работе с легкими и средними ударами при знакопостоянной нагрузке.

Проверочный расчет на износостойкость шарниров.

Условие износостойкости:

- окружная сила, Н

Р5 - мощность на валу ведущей звездочки, Вт

V – скорость цепи, м/с.

Н.

Недогруз 25,5% - допускается. Условие износостойкости выполняется.

Расчет на статическую прочность.

S - условный коэффициент запаса прочности; - нормативный коэффициент запаса прочности; = 8,2

Проверочный расчет цепи на сопротивление усталости пластин.

- коэффициент влияния на сопротивление усталости пластин числа зубьев малой… = 2,4.

Нагрузка на валы цепной передачи.

- коэффициент, учитывающий расположение передачи в пространстве.

= 1,15.

Определение геометрических размеров звездочек.

Делительный диаметр:

Диаметр окружности выступов:

Диаметр окружности впадин:

, где r – радиус впадины,

r = 0.5025d1 + 0,05

r = 0.5025∙15,88 + 0,05 =8,0297мм.

Диаметр проточки:

Ширина зуба звездочек:

Компановка редуктора.

4.1.1 Ориентировочный расчёт входного вала. Рисунок 3.1 Эскиз входного вала 1.

Конструктивные размеры корпуса редуктора.

, где L –габарит передачи Принимаем .

Подбор подшипников.

Рисунок 3.3 Эскиз подшипника шарикового радиального.  

Уточненный расчет вала.

 

 

Рисунок 5.1 Пространственная схема редуктора

 

 

Рисунок 5.2 Схема сил на промежуточном валу

 

 

Определение реакций опор.

Ft3 ×36,5 – Ft2 × 128,5 - RXB × 158 = 0; тогда Н Ft2 × 29,5 - Ft3 × 121,5 + RXA × 158 = 0;

Расчет вала на сопротивление усталости.

Будем производить расчёт для предположительно опасных сечений вала. Материал вала ─ сталь 40Х. Сечение А-А: Сечение рассматриваем на изгиб и кручение, концентратором напряжений является шпоночная канавка и…

Проверка долговечности подшипников.

На опору А действуют радиальная реакция RА = 1163.34Н и внешняя осевая сила F = Fa3-Fa2 = 320.69 - 99.94 = 220.75 Н. … Для принятых подшипников значения базовой динамической и статической радиальной грузоподъемности: Cr = 15900H;…

Рисунок 4.1 Шпоночное соединение.

 

Таблица 4.1

Вал	Место установки	Посадочная поверхность	d	dср	b	h	t1	t2	L	lр
	хвостовик	коническая		18,9			2,5	1,5
2-3	Под колесо	цилиндрическая					3,5	2,8
4-5	Под колесо	цилиндрическая						3,3
4-5	хвостовик	коническая		27,1				2,3

6.2 Проверка шпонок на смятие:

где, Т – крутящий момент на валу, Н×мм;

d – диаметр участка вала под шпонку, мм;

h – высота шпонки, мм;

t₁ – глубина паза вала, мм;

l – длина шпонки, мм;

b – ширина шпонки, мм;

Вал 1(хвостовик): МПа,

Вал 2-3 (под колесо): МПа,

Вал 4-5 (под колесо): МПа,

Вал 4-5 (под хвостовик): .

Вывод: выбранные шпонки пригодны для использования.

 

7. Выбор муфты.

Исходя из условий работы привода, используем муфту упругую с торообразной оболочкой (ГОСТ 20884-82). Муфта выбирается по диаметру вала редуктора d = 20мм, диаметру вала электродвигателя d = 22мм и по величине расчетного момента.

где k – коэффициент, учитывающий эксплуатационные условия для ленточных транспортеров при нагрузке спокойной, k = 1,3…1,5.

Нм

Муфта состоит из двух полумуфт: 1-я - с коническим отверстием на короткий конец вала, 2-я - с цилиндрическим отверстием на длинный конец вала (на вал электродвигателя).

Основные параметры муфты упругой с торообразной оболочкой:

Т =40Нм, D = 125мм, lцил=52мм, lкон=26мм.

Принимаем:

Муфта упругая с торообразной оболочкой 40-20.4-22.1 ГОСТ 20884-82

 

 

8. Выбор смазки.

При минимальном количестве масла смазывание редуктора осуществляется погружением колеса на высоту зуба в масло - картерное смазывание. Подшипники смазываются тем же маслом, что и детали передач. При смазывании колёс погружением на подшипники попадают брызги масла, стекающего с колёс, валов и стенок корпуса.

Смазывание зубчатого зацепления производится окунанием зубчатого колеса в смазку (масло), заливаемую внутрь корпуса до уровня, обеспечивающего погружение колеса примерно на 1/3. Объём масляной ванны V определяется из расчёта 0,3..0,8 дм³ масла на 1кВт передаваемой мощности: V = (0,3…0,8)× Р

V = 0,321…0,856 дм³.

По таблице устанавливаем вязкость масла. При контактных напряжениях до 600 МПа и скорости V до 5 м/с рекомендуемая вязкость масла должна быть примерно равна 34 м/с. По таблице принимаем масло

И –Г –А 32 (ГОСТ 101413 – 78).

Контроль масла, находящегося в корпусе редуктора осуществляется с помощью фонарного маслоуказателя.

 

 

9. Сборка и регулировка редуктора.

Перед сборкой полость корпуса редуктора подвергают очистке и покрывают маслостойкой краской. Сборку редуктора производят в соответствии с чертежом общего вида.

На входной вал насаживают подшипники 304, предварительно нагретые в масле до 80 - 100˚С.

На промежуточный вал насаживают подшипник 304 предварительно нагретый в масле до 80 - 100˚С. Затем закладывают шпонку и напрессовывают зубчатое колесо до упора в бурт вала. Насаживают подшипник 304 предварительно нагретый в масле до 80 - 100˚С.

На выходной вал закладывают шпонку и напрессовывают зубчатое колесо, насаживают подшипники 307, предварительно нагретые в масле до 80 - 100˚С.

Валы устанавливают в корпус. Для центровки устанавливают крышку редуктора на корпус с помощью конических штифтов, затягивают болты, крепящие крышку редуктора с корпусом.

На конический хвостовик входного вала закладывают шпонку и надевают муфту. На конический хвостовик выходного вала закладывают шпонку.

Ввёртывают пробку маслоспускного отверстия. Устанавливают маслоуказатель. Заливают в корпус масло и закрывают смотровое отверстие крышкой с прокладкой, закрепляя крышку винтами.

Собранный редуктор обкатывают и подвергают испытаниям на стенде по программе установленной техническими условиями.

 

10. Подбор посадок

Зубчатые колёса: H7/p6.

Крышки торцовых узлов на подшипниках качения: H7/h8.

Внутренние кольца подшипников качения на валы: L0/m6.

Наружные кольца подшипников качения в корпус: H7/l0.

Шпоночные соединения: P9/h9.

 

 

Заключение

1. Согласно заданию был разработан привод с цепной передачей

и редуктором

2. Был выбран электродвигатель, рассчитаны зубчатые передачи, спроектированы и проверены на пригодность шпоночные соединения, подшипники, разработан общий вид редуктора, разработаны рабочие чертежи деталей: выходного вала, зубчатого колеса, крышки подшипника и звездочки.

3. Электродвигатель был выбран исходя из потребной мощности и условий работы привода.

4. Шпоночные соединения были проверены смятие. Пригодность подшипников была оценена по ресурсу долговечности.

5. Форма и размеры деталей редуктора и рамы привода были определены конструктивными и технологическими соображениями, а также выбором материалов и заготовок.

 

Список использованной литературы

1. Анурьев В.И. справочник конструктора машиностроителя. В 3-х томах. Т.1.М.: Машиностроение, 1992.

2. Дунаев П. Ф., Леликов О. П. Конструирование узлов и деталей машин. Учебное пособие. М.: Издательский центр «Академия», 2003.

3. Расчёт зубчатых передач: Методические указания по курсовому проектированию для студентов / Составил А. В. Фейгин. – Хабаровск: издательство ХГТУ, 1997.

4. Курсовое проектирование деталей машин: Учебное пособие/ Чернавский С.А., Боков К. Н.: Машиностроение, 1988г.