ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ И КЕНИМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ.

ВВЕДЕНИЕ.

 

Цель курсового проектирования – систематизировать, закрепить, расширить теоретические знания, а также развить расчетно-графические навыки студентов. Основные требования, предъявляемые к создаваемой машине: высокая производительность, надежность, технологичность, минимальные габариты и масса, удобство в эксплуатации и экономичность. В проектируемом редукторе используются зубчатые передачи.

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 цепного конвейера, а также подобрать муфту, двигатель. Редуктор состоит из литого чугунного корпуса, в котором помещены элементы передачи – 2 шестерни, 2 колеса, подшипники, валы и пр. Входной вал посредством муфты соединяется с двигателем, выходной посредством цепной передачи с конвейером.

ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ И КЕНИМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ.

 

Кинематический анализ схемы привода.

 

Привод состоит из электродвигателя, двухступенчатого редуктора. При передаче мощности имеют место ее потери на преодоление сил вредного сопротивления. Такие сопротивления имеют место и в нашем приводе: в зубчатой передаче, в опорах валов, в муфтах и в ремнях с роликами. Ввиду этого мощность на приводном валу будет меньше мощности, развиваемой двигателем, на величину потерь.

 

Коэффициент полезного действия привода.

 

По таблице 1.1 [1] коэффициент полезного действия пары цилиндрических колес η₁ = 0,98; коэффициент, учитывающий потери пары подшипников качения, η₂ = 0,99; коэффициент, учитывающий потери в муфте η₃ = 0,98; коэффициент, учитывающий потери при передаче цепной η₄ = 0,97.

Общий КПД привода:

= 0,98²·0,99³ · 0,94·0,99 = 0,866

  

Выбор электродвигателя.

Мощность на валу звездочки:

N_з=V·S=0.7·2.5=1.75 кВт ,

где: V-скорость транспортера,

            S-окружное усилие;

Требуемая мощность электродвигателя:

N_тр=N_з/ =1.75/0,866=2,02 кВт,

Частота вращения звездочки:

где: d_зв – диаметр звездочки

При выборе электродвигателя учитываем возможность пуска транспортера с полной загрузкой.

Пусковая требуемая мощность:

N_п=N_тр·1,4м=2,02·1,4=2,8 кВт

 

                                   

По ГОСТ 19523-81 (см. табл. П1 приложения [1]) по требуемой мощности

N_тр = 2,02 кВт выбираем электродвигатель трехфазный асинхронный

короткозамкнутый серии 4А закрытый, обдуваемый с синхронной частотой

n = 1000 об/мин 4А90L4 с параметрами N_дв = 2,2 кВт и скольжением

S=5,1 %,.

 Номинальная частота вращения двигателя:

            где: n_дв – фактическая частота вращения двигателя, мин^-1;

                n – частота вращения, мин^-1;

                s – скольжение, %;

Передаточное отношение редуктора:

U=n_дв/n_з=1423/18=79

Передаточное отношение цепной передачи U_ц=4, передаточное отношение цилиндрической зубчатой передачи первой ступени принимаем U₁=4, передаточное отношение цилиндрической зубчатой передачи второй ступени принимаем U₂=5, уточняем передаточное отношение привода:

U=U₁U₂U_ц=4·5·4=80

Отклонение от заданного составляет:

 

 

Крутящие моменты.

Момент на входном валу:

,

где: N_тр – требуемая мощность двигателя, кВт;

                – угловая скорость вращения двигателя, об/мин;

где: n_дв – частота вращения двигателя, мин^-1;

     Частота вращения на промежуточном валу:

n₂ = n₁/ u₁ =1423/4 = 355 мин^-1,

где: n₁ – частота вращения первого вала,

              u₁ – передаточное отношение первой ступени;

Момент на промежуточном валу:

Т₂ = Т₁ · u₁ · η₂

Т₂ = 13,20·4·0,98 = 52,8 Нм

где: u₁ – передаточное отношение первой ступени;

              η₂ – КПД второго вала;

Угловая скорость промежуточного вала:

Частота вращения на выходном валу:

n₃ = n₂/ u₂ = 355/5= 71,75 мин^-1,

где: n₂ – частота вращения второго вала,

              u₂ – передаточное отношение второй ступени;

Момент на выходном валу:

Т₃ = Т₂ · u₂ · η₃

где: u₂ – передаточное отношение второй ступени;

              η₃ – КПД третьего вала;

Т₃ = 52,8 · 5· 0,99 = 264 Нм

Угловая скорость выходного вала:

Частота вращения на выходном валу:

n₄ = n₃/ u_ц = 71,75/4= 17,79 мин^-1,

где: n₃ – частота вращения выходного вала,

              u_ц – передаточное отношение цепной передачи;

Момент на выходном валу:

Т₄ = Т₃ · u_ц · η

где: u_ц – передаточное отношение цепной передачи;

              η – КПД привода;

Т₄ = 264 · 4· 0,99 = 1056 Нм

Угловая скорость выходного вала:

Все данные сводим в таблицу 1:

 

таблица 1

	Частота вращения, об/мин	Угловая скорость, рад/с	Крутящий момент, Нм	Мощность кВт
Быстроходный вал	n1=1423	w1= 148,94	T1= 13,20	N1=2,2
Промежуточный вал	n1=355	w1= 37	T1= 52,8	N1=1,978
Тихоходный вал	n1=71,75	w1= 7,5	T1= 264	N1=1,9
Цепная передачи	n1=17,79	w1= 1,86	T1= 1056	N1=1,75

РАСЧЕТ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ ВАЛОВ РЕДУКТОРА.

Предварительный расчет проведем на кручение по пониженным допускаемым напряжениям. Материал тот же что и шестерня Сталь 45 улучшенная.

 

3.1  Ведущий вал.

Материал тот же что и шестерня Сталь 45 улучшенная.

Диаметр выходного конца при допускаемом напряжении  Н/мм².

 

, мм                                            [1]

где: Т-крутящий момент, Нмм;

        - допускаемое напряжение, Н/мм²;

 мм

Примем диаметр выходного конца d=24мм

Примем под подшипник d_п1=25мм.

  Шестерню выполним за одно целое с валом.

 

3.2    Промежуточный вал:

Материал Сталь 45 улучшенная.

Диаметр под подшипник при допускаемом напряжении  Н/мм².

 мм

 Примем диаметр под подшипник d_П2=25 мм

Диаметр под зубчатым колесом d_зк=30 мм.

Шестерню выполним за одно целое с валом.

3.3  Выходной вал:

Материал Сталь 45 улучшенная.

Диаметр выходного конца при допускаемом напряжении  Н/мм².

 

 мм

 

Диаметр выходного конца вала примем 40мм.

Диаметр под подшипник примем d_П3=45 мм.

Диаметр под колесо d_зк=50 мм.

 

ВЫБОР ПОДШИПНИКОВ.

Для редуктора выбираем шарикоподшипники радиально упорные однорядные легкой и средней серии. Для ведущего вала выбираем 2 подшипника 46305. Для промежуточного вала выбираем 2 подшипника 46306. Для вала выходного принимаем 2 подшипника 46309.

Размеры подшипников приведены в таблице 5:

 

Таблица 5

Условное обозначение подшипника	d	D	B	Грузоподъемность,кН
	Размеры, мм			С	Со
N205	25	52	15	14.0	6.95
N209	45	85	19	33.2	18.6

 

 

ВЫБОР МУФТ.

 

Так как вал редуктора соединен с валом двигателя муфтой, то необходимо согласовать диаметры ротора d_дв и вала d_в1. У подобранного электродвигателя d_дв=24мм, а расчетный диаметр ведущего вала под муфту d_в1=24мм. Выбираем упругую втулочно-пальцевую муфту с расточками полумуфт под d_дв=24 мм и d_в1=24 мм. (см. табл. III.25, стр. 97, [5]). Муфта отличается простотой конструкции, малыми габаритными размерами, надежностью в работе.

 

 

РАСЧЕТ ЦЕПНОЙ ПЕРЕДАЧИ.

 

Выбираем приводную роликовую однорядную цепь (табл.7.15, [1]).

Рассчитываем число зубьев для ведомой звездочки.

,

где: z_ведущ – число зубьев ведущей звездочки

       u_ц - передаточное число цепной передачи, примем = 3.

 

Шаг цепи: 50.8 мм

По табл. 5.12[1,стр.82] подбираем цепь ПР-25,4-5670 ГОСТ 13568-75, имеющую t = 50.8мм, разрушающую нагрузку Q = 226,8кН, массу g = 9,7кг/м, проекция опорной поверхности шарнира F = 646 мм², диаметр валика d =14,29 диаметр ролика d₁ = 28,58; ширина пластины h=48,3; длина валика b=72; расстояние между внутренними пластинками В_вн = 31,75 мм.

 

Окружная сила.

где: Т₃ – крутящий момент на выходном валу редуктора, Нм;

   ω₃ – угловая скорость на выходном валу редуктора, рад/с;

     v – скорость транспортера, м.с^-1.

 

 

Давление в шарнире (ф. 7.39,[1]):

,

где: F_tц - окружная сила, Н;

   К_э - коэффициент нагрузки;

А_оп - проекция опорной поверхности шарнира, мм².

К_э =К_д*К_а*К_н*К_р*К_см*К_п,

где К_д – динамический коэффициент, учитывающий характер нагрузки, К_д=1,5;

К_а – коэффициент, учитывающий влияние межосевого расстояния,

принимаем К_а=1;

        К_н - коэффициент, учитывающий наклон цепи, К_н=1;

        К_р - коэффициент, учитывающий способ регулирования натяжения цепи, К_Р=1;

     К_см - коэффициент, учитывающий способ смазки, К_см=1,4;

     К_п - коэффициент, учитывающий периодичность работы, К_п=1,25;

К_э=1,5·1·1·1·1,4·1,25=2,6

 

МПа

p<[p]

 

Определяем число звеньев цепи (ф. 7.36, [1])

,

где: a_t, ∆ - поправка

 

,мм

Выбираем межосевое расстояние а_ц=1800мм

              - суммарное число зубьев.

округляем до 130.

Уточняем межосевое расстояние цепной передачи (ф. 7.37, [1]):

,

где: t -шаг однорядной цепи, мм;

  Lt - число звеньев цепи;

- суммарное число зубьев;

∆ - поправка.

мм

для свободного провисания цепи предусматриваем возможность уменьшения межосевого расстояния на 0,4% т.е. на .

 

Диаметры делительных окружностей звездочек:

Для ведущей звездочки.

;

Для ведомой звездочки.

.

Диаметры окружностей звездочек:

Для ведущей звездочки:

Для ведомой звездочки: .

 

Силы действующие на цепь:

- Окружная

F_tц = 733 Н

- От центробежных сил

- От провисания

.

- Расчетная нагрузка на валы

.

 

Проверяем коэффициент запаса прочности цепи.

 

(табл. 7.19, [1]) Условие выполнено.

 

 

Ведущий вал

 

 

Реакции опор:

в плоскости XZ:

 

в плоскости YX:

 

Проверка:

               173Н+131Н+304Н=0

 

Cуммарные реакции:

 

     Рассмотрим  подшипники:

Отношение ,  поэтому при подсчете эквивалентной нагрузки осевые силы учитывают.

Эквивалентная нагрузка:

 для заданных условий ; для конических подшипников при  ; коэффициент Х=0,56 и коэффициент Y=1.99 (табл. 9.18, [1]).

Эквивалентная нагрузка:

 

.

 

Расчетная долговечность, млн.об

,

где с- динамическая грузоподъемность подшипника.

 

Расчетная долговечность, час

 

 

Промежуточный вал.

Реакции опор:

в плоскости XZ:

 

Проверка:

               -1277,5Н-824Н+2017Н+84,5Н=0

 

 

в плоскости YZ:

Проверка:

-688,7Н+304,7Н+745-361Н=0

Суммарные реакции:

 

     Рассмотрим  подшипники:

Отношение , и при  поэтому при подсчете эквивалентной нагрузки осевые силы не учитывают как на правом так и на левом подшипнике.

Эквивалентная нагрузка:

 для заданных условий ;

Расчетная долговечность, млн.об

где с- грузоподъемность подшипника.

Расчетная долговечность, час

Выходной вал.

Реакции опор:

в плоскости XZ:

 

 

Проверка:

               -2243Н+2017Н+768Н-542Н=0

 

в плоскости YZ:

Проверка:

601Н+355-956Н=0

Суммарные реакции:

5

Рассмотрим подшипники:

Отношение ,  поэтому при подсчете эквивалентной нагрузки осевые силы учитывают.

Эквивалентная нагрузка:

 для заданных условий ; для конических подшипников при  ; коэффициент Х=0,56 и коэффициент Y=0,26 (табл. 9.18, [1]).

Эквивалентная нагрузка:

.

 

Расчетная долговечность, млн.об

.

Расчетная долговечность, час

.

 

 

Ведущий вал

    При d=24мм; ; t₁=4 мм; длине шпонки l=36 мм; крутящий момент Т₁=13,20Нм

Промежуточный вал

При d=30 мм; ; t₁=5мм; длине шпонки l=70 мм; крутящий момент Т₂=52,8Нм

 

Выходной вал

При d=40 мм; ; t₁=5мм; длине шпонки l=60 мм; крутящий момент Т₂=264Нм

 

 

УТОЧНЕННЫЙ РАСЧЕТ ВАЛОВ

Ведущий вал

     Уточненный расчет состоит в определении коэффициентов запаса прочности s для опасных сечений и сравнении их с допускаемыми значениями [s].Прочность соблюдена при .

Материал вала - сталь 45 улучшенная. По таблице 3.3[1]

Пределы выносливости:

 

 

 

Сечение А-А.

   Концентрация напряжений обусловлена наличием шпоночного паза

 Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям изгиба

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям

По таблице 8.5[1] принимаем ;

По таблице 8.8[1] принимаем ;

Момент сопротивления кручению по таблице 8.5[1]:

 При d=24 мм; b=7 мм; t₁=4 мм

Момент сопротивления изгибу:

Изгибающий момент в сечении А-А

M_y=0;М_Х = 19,2·10³ (п. 9.1, ПЗ)

M_А-А=М_X

Амплитуда и среднее значение от нулевого цикла:

Амплитуда нормальных напряжений:

,

Составляющая постоянных напряжений:

тогда

Результирующий коэффициент запаса прочности по формуле (8.17 [ 1 ] )

Условие прочности выполнено.

Промежуточный вал

Материал вала - сталь 45 улучшенная. По таблице 3.3[1]

Пределы выносливости:

 

 

Сечение А-А.

   Концентрация напряжений обусловлена наличием шпоночного паза

принимаем

              

Момент сопротивления кручению при d=22 мм; b=8 мм; t₁=5 мм

 

Момент сопротивления изгибу:

Изгибающий момент в сечении А-А

M_y=0;М_Х = 85·10³ Н

M_А-А=М_X

 

 

Амплитуда и среднее значение от нулевого цикла:

 

Амплитуда нормальных напряжений:

,

 величина очень маленькая поэтому ее учитывать не будем

тогда

Результирующий коэффициент запаса прочности по формуле (8.17 [ 1 ] )

Условие прочности выполнено.

 

 

Выходной вал

 

Материал вала - сталь 45 улучшенная. По таблице 3.3[1]

Пределы выносливости:

 

 

 

Сечение А-А.

   Концентрация напряжений обусловлена наличием шпоночного паза

принимаем

              

Момент сопротивления кручению при d=28 мм; b=8 мм; t₁=5 мм

 

Момент сопротивления изгибу:

Изгибающий момент в сечении А-А

M_y=0;М_Х = 127·10³ Н

M_А-А=М_X

 

Амплитуда и среднее значение от нулевого цикла:

 

Амплитуда нормальных напряжений:

,

 величина очень маленькая поэтому ее учитывать не будем

тогда

Результирующий коэффициент запаса прочности по формуле (8.17 [ 1 ] )

Условие прочности выполнено.

 

                                    

 

ВЫБОР СОРТА МАСЛА

 

     Смазывание зубчатого зацепления производится окунанием зубчатого колеса на промежуточном валу в масло, заливаемое внутрь корпуса до уровня, обеспечивающего погружение тихоходного колеса примерно на 10 мм. Объем масляной ванны определяем из расчета 0.25 дм³ масла на 1кВт передаваемой мощности: V=0.25*=0,124 дм³. По таблице 10.8[1] устанавливаем вязкость масла. Для быстроходной ступени при контактных напряжениях 417,3 МПа и скорости v=3 м/с рекомендуемая вязкость масла должна быть примерно равна 33·10^-6 м²/с. Для тихоходной ступени при контактных напряжениях 417,3 МПа и скорости v=3,5 м/с рекомендуемая вязкость масла должна быть примерно равна 34·10^-6 м²/с.       

Средняя вязкость масла

По таблице 10.10[1] принимаем масло индустриальное И-30А (по ГОСТ 20799-75).

Камеры подшипников заполняем пластическим смазочным материалом УТ-1(табл.9.14[1]), периодически пополняем его шприцем через пресс-масленки.

 

ПОСАДКИ ДЕТАЛЕЙ РЕДУКТОРА

 

  Посадки назначаем в соответствии с указаниями, данными в табл. 10.13 [1].

Посадка зубчатого колеса на вал H7/p6 по ГОСТ 25347-82.

Шейки валов под подшипники выполняем с отклонением вала k6.

Отклонения отверстий в корпусе под наружные кольца по H7.

Посадка стакана для подшипников по Н7/h6.

Остальные посадки назначаем, пользуясь данными табл. 10.13[1].

 

 

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 мазеудерживающие кольца и 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, мазеудерживающие кольца 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; затягивают болты, крепящие крышку к корпусу.

После этого на ведомый вал надевают распорное кольцо, в подшипниковые камеры закладывают пластичную смазку, ставят крышки подшипников с комплектом металлических прокладок для регулировки.

Перед постановкой сквозных крышек в проточки закладывают войлочные уплотнения, пропитанные горячим маслом или стандартные резинометаллические манжеты, смазанные машинным маслом.
Проверяют проворачиванием валов отсутствие заклинивания подшипников (валы должны проворачиваться от руки) и закрепляют крышки винтами

Далее на конец ведомого вала в шпоночную канавку закладывают шпонку, устанавливают полумуфту и закрепляют ее торцовым креплением; винт торцового крепления стопорят специальной планкой.

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 на стенде по программе, устанавливаемой техническими условиями.

 

C писок литературы

 

 

1. Чернавский С.А.  Курсовое проектирование деталей машин: Учебное пособие для техникумов .– М.: Машиностроение, 1980.–351 с.

2. Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин: Учебное пособие для техникумов. – М.: Высшая школа, 1991. – 432 с.: ил.

3. Палей М.А. Допуски и посадки: Справочник: В 2ч. Ч.1. – 7-е изд., - Л.: Политехника, 1991. 576с.: ил.

4. В.И.Анурьев Справочник конструктора-машиностроителя: т.1,2,3.-М.:Машиностроение, 1982г.576 с.,ил.

5. Поляков В.С., Барбаш И.Д., Ряховский О.А. Справочник по муфтам. – Л.: Машиностроение, 1979.-344с.

6. Еремеев В.К.  Детали машин. Курсовое проектирование. Методическое пособие. 2006г.

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ.

 

Цель курсового проектирования – систематизировать, закрепить, расширить теоретические знания, а также развить расчетно-графические навыки студентов. Основные требования, предъявляемые к создаваемой машине: высокая производительность, надежность, технологичность, минимальные габариты и масса, удобство в эксплуатации и экономичность. В проектируемом редукторе используются зубчатые передачи.

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 цепного конвейера, а также подобрать муфту, двигатель. Редуктор состоит из литого чугунного корпуса, в котором помещены элементы передачи – 2 шестерни, 2 колеса, подшипники, валы и пр. Входной вал посредством муфты соединяется с двигателем, выходной посредством цепной передачи с конвейером.

ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ И КЕНИМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ.