Эскизное проектирование узла вала рабочего органа

 

Эскизное проектирование узла вала рабочего органа преследует следующие цели:

1) подобрать стандартные детали узла, которые подходили бы друг к другу по размерам и увязывались с размерами тихоходного вала редуктора;

2) подготовить базу для дальнейших расчётов деталей узла.

Определяется крутящий момент Т, который нужно приложить к концу вала рабочего органа для создания заданного окружного усилия  на рабочем органе конвейера, по формулам, :

для схемы I                                ;

для схемы II                               ;

для схемы III                              .

Начинать проектирование нужно с разработки конструкции левой по кинематической схеме привода опоры вала рабочего органа (ближней к месту подведения к валу крутящего момента), которая с целью уменьшения присоединительных размеров (расстояния между осями отверстий под болты крепления редуктора и опоры вала рабочего органа на раме привода) делается неподвижной в осевом направлении (фиксированной). Эта опора определяет положение рабочего органа конвейера относительно редуктора.

 Если сделать вторую опору вала рабочего органа тоже фиксированной, то при монтаже его опор на раме из-за разности расстояний между отверстиями под болты в корпусах опор вдоль длины вала и на раме, обусловленной допусками на изготовление изделий, в подшипниках могут возникнуть осевые нагрузки, которые приведут к их заклиниванию. Поэтому вторая опора вала делается плавающей.

Для повышения ясности рассуждений разработку узла неподвижной опоры вала проведём на конкретном примере с указанием числовых значений размеров элементов конструкции по рисунку 8.

 Предположим, по исходным данным на курсовое проектирование получено расчётом потребное значение подводимого к концу вала рабочего органа крутящего момента Т = 490  и расчётного (потребного) на тихоходном валу редуктора крутящего момента при = 0,99  = 495 . По моменту  в соответствии с указанным в задании типом выбран редуктор ЦУ-160 с крутящим моментом на выходном валу = 1000  (см. табл.3) и диаметром конца выходного вала  = 55 мм (см. табл. 7).

 Сравнивая значения Т и , делаем вывод, что диаметр конца вала рабочего органа  можно сделать меньше .

Наименьшее значение этого диаметра можно определить по зависимости:

= 43 мм.

Для определения значения диаметра конца вала рабочего органа нужно выбрать муфту для соединения этого вала с валом редуктора и учесть её возможности. Так как с вала редуктора будет передаваться на вал рабочего органа крутящий момент 490 , выбираем цепную муфту, способную передавать момент 500  (табл. 11). Выбранная муфта может соединять валы с диаметрами 40, 42, 45, 48, 50, 53, 55 и 56 мм. Принимая во внимание значение наименьшего диаметра конца вала рабочего органа (43 мм) и возможности муфты, можно выбрать значение диаметра  равным 45 или 48 мм. Следующий по длине участок вала для установки на нём подшипника должен быть кратным пяти, а бурт на валу для упора полумуфты будет образован втулкой, следовательно, большого перепада между значениями диаметров этих участков вала не требуется. Поэтому принимаем диаметр конца вала рабочего органа равным
48 мм (с целью повышения его прочности) и его диаметр для установки подшипника – 50 мм. Конец вала рабочего органа делаем цилиндрическим.
С учётом исполнения концов валов редуктора (конический) и рабочего органа (цилиндрический) и значений диаметров этих валов соответственно 55 и 48 мм выбранная муфта типа 1 (с однорядной цепью ПР-31,75 – 8900 ГОСТ 13568 – 97 с числом звеньев z =14) имеет обозначение:

Муфта 500 – 1 – 55 – 2 – 48 – 1 У3 ГОСТ 20742-93.

Таблица параметров на валах привода

Вал	Частота вращения, об/мин	Момент крутящий, Н · м	Мощность, Вт
электро-двигателя   редуктора быстроходный (входной)     редуктора тихоходный (выходной)   рабочего органа	А: Б: В:   А:   Б: В:     А:   Б: В:	А: Б: В:   А: Б: В:   А: Б: В:   Т	А:   Б: В:     А:   Б: В:     А: Б: В:   А: Б: В:

 

А – схема привода (рис. 1а);

Б – схема привода (рис. 1б);

В – схема привода (рис. 1в).

 

Таблица 11

Цепные муфты (по ГОСТ 20742-93)

Размеры, мм

Номинальный крутящий момент Т, Нм			D, не более	L не более для исполнений		для испол-нений		Компенси- рующие свойства		Частота вращения, 1/с-1	Цепь, ГОСТ 13568 – 97	Число звеньев цепи
								Смещение
	Ряд 1	Ряд 2		1	2	1	2	Угловое	Радиальное
500	40	-	200     200	222	172	82	57		0,32	18	ПР-31,75-8900	14	2,0
	-	42
	45	-
	-	48
	50	-
	-	53
	55	-
	-	56
1000	50	-	210						0,40	16	ПР-38,1-12700	12	3,5
	-	53
	55	-
	-	56
	60	-		284	220	105	73				ПР-50,8-22700
	63	-
	-	65
	70	-
	71	-

 

Окончание табл. 11

Номинальный крутящий момент Т, Нм			D, не более	L не более для исполнений		для испол-нений		Компенси- рующие свойства		Частота вращения, 1/с-1	Цепь, ГОСТ 13568 – 97	Число звеньев цепи
								Смещение
	Ряд 1	Ряд 2		1	2	1	2	Угловое	Радиальное
2000	63	-	280	284	220	105	73		0,50	14	ПР-50,8-22700	12	3,8
	-	65
	70	-
	71	-
	-	75
	80	-		344	272	130	94
	-	85
	90	-

 

По диаметру вала 50 мм выбираем подшипник радиальный шариковый двухрядный сферический средней серии 1310, имеющий диаметр наружного кольца 110 мм и ширину 27 мм (прил. II). По диаметру 110 мм с учётом рекомендаций ГОСТ 1328.3–80 выбираем корпус УМ 110 (прил. III).

С учётом серии подшипника и его посадочного диаметра на вал выбираем по таблице 12 диапазон диаметра заплечика для установки подшипника. В рассматриваемом случае получается от 60 до 63 мм. По диаметру отверстия в корпусе с учётом диапазона диаметра заплечика подбираем крышку торцовую для корпуса. Крышки высокая (МВ) (табл. ПIII.7) и средняя (МС) (табл. ПIII.8)
не подходят, т.к. имеют отверстия под вал меньше значения диаметра запле-чика. Подходит крышка низкая (МН) с диаметром отверстия под вал 60 мм (табл. ПIII. 9):

Крышка МН 110 60 ГОСТ 13219.6 – 81.

С левой стороны корпуса устанавливаем такую же крышку. Для обеспечения совпадения диаметров вала и отверстия в крышке, ставим на валу втулку с наружным диаметром 60 мм, которая будет выполнять ещё и функцию буртика для полумуфты, насаживаемой на вал.

Таблица 12

Заплечики для установки подшипников качения (по ГОСТ 20226-82)
для подшипников по ГОСТ 28428-90

 

Лёгкой серии
d	D	, min	, max	, max	a, min
35	72	42,0	-	65,0	2,0
40	80	47,0	48,0	73,0
45	85	52,0	53,0	78,0
50	90	57,0	58,0	83,0
55	100	62,0	65,0	91,0	3,0
60	110	67,0	71,0	101
65	120	72,0	77,0	111
70	125	77,0	82,0	116
75	130	82,0	85,0	121
80	140	90,0	92,0	130
Средней серии
D	, min	, max	,max	, min	a, min
80	42,0	44,0	71,0	-	2,0
90	47,0	51,0	81,0	80,0
100	52,0	56,0	91,0	89,0
110	60,0	63,0	99,0	98,0
120	65,0	67,0	110	109,0	3,0
130	72,0	75,0	118	115,0
140	76,0	78,0	128	125,0
150	81,0	85,0	138	136,0
160	86,0	93,0	148	144,0
170	91,0	99,0	158	155,0

Размеры даны в миллиметрах.

 

Конец вала рабочего органа можно принять коническим (рис. 9). При таком решении будет одно достоинство этой конструкции – обе полумуфты применяемой муфты одного исполнения.

 

 

Рис. 9. Конструкция вала с коническим концом

 

При этом будут иметь место следующие недостатки:

1) потребуется применить крышку подшипника со стороны конца вала, отличную от поставленной с другой стороны опоры, из-за различия диаметров вала, что увеличит номенклатуру заказываемых крышек;

2) для сохранения статуса неподвижности этой опоры вала закрепить подшипник на нём можно только с помощью пружинного упорного кольца, что потребует применения дополнительной детали в форме кольца, толщина которого подбирается при монтаже. Это удорожает конструкцию. Кроме того, паз под пружинное кольцо ослабляет сечение вала.

Размеры пружинных упорных плоских наружных колец концентрических (ГОСТ 13940-68) и эксцентрических (ГОСТ 13942-68), а также размеры канавок для них выбираются в зависимости от диаметра вала .

 

Диаметр болта, с помощью которого прижимаются торцовые крышки к корпусу подшипника, определяется диаметром отверстий в крышках и корпусе (в данном случае – 11 мм), а его длина обусловлена шириной корпуса, толщиной фланцев крышек и прокладок между корпусом и крышками, высотой гайки и толщиной шайбы пружинной (см. рис. 11). В рассматриваемой конструкции опоры применены болты нормальной точности класса прочности 5.8

Болт М 10  75. 58 ГОСТ 7798  70.

Для упрощения процесса замены болта левой опоры вала при случайном повреждении на нём резьбы устанавливаем эти болты со стороны рабочего органа конвейера. В противном случае для замены болта потребовалось бы снимать с вала полумуфту, что без разборки всего узла невозможно.

Положение торца резьбовой части болта определяет положение левого торца втулки, а, следовательно, её длины. Чтобы за болт не зацеплялась при вращении вала насаженная на него деталь, торец втулки (по рис. 8) должен быть левее торца резьбовой части болта.

Рабочий орган на валу относительно опоры располагаем с учётом возможности постановки этих болтов при сборке подшипникового узла.

В (Рис. 11)

Б (Рис. 8)

 

Рис. 10. Вид на опору вала слева

 

Для предотвращения вытекания смазки из подшипникового узла между торцами корпуса и крышками устанавливаются прокладки толщиной около
1 мм, изготавливаемые из картона прокладочного (ГОСТ 9347-74) или паронита (ГОСТ 481-80), а в крышки вставляются резиновые армированные манжеты (ГОСТ 8752-79). В рассматриваемом примере применены манжеты типа 1 (однокромочные) исполнения 1 (с механически обработанной кромкой) для вала диаметром 60 мм с наружным диаметром 85 мм из резины группы 1 (пригодной для работы при скорости скольжения до 10 ) (табл. 13):

Манжета 1. 1– 60 85 – 1 ГОСТ 8752-79

Для обеспечения осевой неподвижности подшипника относительно корпуса опоры вала между торцами наружного кольца подшипника и крышек устанавливаются стальные кольца толщиной, равной зазору между этими поверхностями. Для обеспечения осевой неподвижности вала относительно подшипника применяем концевую шайбу (ГОСТ 14734–69), которая после установки на вал полумуфты будет прижимать полумуфту, втулку и внутреннее кольцо подшипника к заплечику вала при завинчивании в вал болта. Размеры концевой шайбы выбираются по диаметру вала. В данном случае с учётом диаметра конца вала (48 мм) применена шайба 2 исполнения (прижимаемая болтом)

Шайба 7019-0633 ГОСТ 14734-69.

Таблица 13

Основные размеры резиновых армированных манжет, мм (ГОСТ 8752 – 79)

 

Диаметр вала	30; 32	35; 36	38	38	40	42	45	48; 50	52	55; 56; 58	60	63; 65	70; 71	75
D	52	58	52	58	60; 62	62	65	70	75	80	85	90	95	100
h	10	10	7	10	10	10	10	10	10	10	10	10	10	10
, не более	14	14	10	14	14	14	14	14	14	14	14	14	14	14

 

 Продолжение табл. 13

Диаметр вала	80	85	90; 92; 95	100	105	110	115	120	125	130	140
D	105	110	120	125	130	135	145	145; 150	155	160	170
h	10	12	12	12	12	12	12	12	12	15	15
, не более	14	16	16	16	16	16	16	16	16	20	20

В правой опоре вала (рис. 11), в отличие от левой, одна из крышек глухая и для обеспечения возможности осевого перемещения подшипника относительно корпуса не ставятся кольца между торцами наружного кольца подшипника и крышек. Для исключения случайного сползания подшипника с вала при работе привода применена концевая шайба, размеры которой определились посадочным на вал диметром подшипника и диаметром заплечика для него.

Крышки глухие (табл. П III. 8).

Шайбы концевые (прил. IV, табл. ПIV.1)

Крышка ГН 110 ГОСТ 13219.2 – 81

Шайба 7019 – 0634 ГОСТ 14734 – 69.

 

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ НА ВАЛ РАБОЧЕГО ОРГАНА КОНВЕЙЕРА
ИЗ-ЗА ВОЗМОЖНОГО СМЕЩЕНИЯ СОЕДИНЯЕМЫХ
МУФТОЙ ВАЛОВ

Кроме крутящего момента, числовое значение которого определено в п. 2, на вал рабочего органа действует сила от натяжения ветвей ленты в приводе ленточного конвейера или от натяжения ветвей тяговой цепи в приводе цепного конвейера. В обоих случаях при соединении валов редуктора и рабочего органа муфтой на валы будут действовать силы, обусловленные возможным относительным смещением валов при монтаже.

Для выбранной в п. 2 цепной муфты получаем   делительный диаметр звёз-дочки полумуфты ,

где  шаг цепи муфты; z  число звеньев цепи муфты.

  В нашем случае  = 31,75 мм; z = 14. Тогда  142,683 мм.

Окружное усилие на звёздочке полумуфты в ньютонах ,

где Т  крутящий момент, подводимый к валу рабочего органа, Н·м.

По расчетам в п. 2 Т = 490 Н·м. Тогда  6868,4 Н.

Усилие на вал от муфты определяется по формуле , т.е.  (1030,3  1717,1) Н.

Максимальное значение усилия  (1717 Н) нужно сравнить с допускаемой радиальной силой на конец тихоходного вала выбранного редуктора
(см. табл. 3–5, 14) и тем самым убедиться в пригодности выбранного редуктора по этому параметру.

Для расчёта вала рабочего органа и его подшипников принимаем усреднённое значение силы = 1400 Н. Эта сила считается приложенной в точке, совпадающей с серединой длины конца вала.

 

Таблица 14

Наибольшие радиальные консольные силы на концы валов

червячных одноступенчатых редукторов типа Ч, кН

Вал	Т и п о р а з м е р р е д у к т о р а
	Ч-50	Ч-63	Ч-80	Ч-100	Ч-125	Ч-160
Входной Выходной	250 2000	345 2800	500 4000	600 5600	875 8000	1180 11200

 

4. КОНСТРУИРОВАНИЕ РАБОЧЕГО ОРГАНА
ЛЕНТОЧНОГО КОНВЕЙЕРА

В ленточном конвейере движущая сила передаётся на ленту силой трения между лентой и барабаном. Различают приводы однобарабанные, двухбарабанные и трёхбарабанные. При небольшой производительности конвейера применяются в основном однобарабанные приводы. Для повышения силы трения между лентой и барабаном увеличивают угол обхвата барабана лентой установкой в приводе отклоняющего барабана (ролика).