Привод к скребковому транспортеру
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФГОУ ВПО
ЧЕЛЯБИНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АГРОИНЖЕНЕРНАЯ АКАДЕМИЯ
Факультет Электрификации и автоматизации сельскохозяйственного производства
Кафедра Детали машин
КУРСОВАЯ РАБОТА
Привод к скребковому транспортеру
Студент М.С. Вайсенбург
Группа 301
Челябинск 2009
Исходные данные.
Тяговая сила F, 3,2 кН
Скорость тяговой цепи v,0,5 м/с
Шаг тяговой цепи р,80 мм
Число зубьев звездочки z7
Допустимое отклонение скорости цепи δ,4 %
Срок службы привода Lr,5 лет
Схема 3 Привод к скребковому транспортеру исполнение 2: 1-двигатель; 2 – клиноременная передача; 3 – редуктор; 4 – упругая муфта с торообразной оболочкой; 5 – ведущая звездочка конвейера; 6 – тяговая цепь.
Введение
В машиностроении находят широкое применение редукторы, механизмы, состоящие из зубчатых или червячных передач, выполненных в виде отдельного агрегата и служащих для передачи мощности от двигателя к рабочей машине. Кинематическая схема привода может включать, помимо редуктора, открытые зубчатые передачи, цепную или ременную передачу.
Назначение редуктора — понижение угловой скорости и повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с валом ведущим. Механизмы, служащие для повышения угловой скорости, выполнены в виде отдельных агрегатов, называют мультипликаторы.
Конструктивно редуктор состоит из корпуса (литого, чугунного или сварного стального), в котором помещаются элементы передачи — зубчатые колеса, валы, подшипники и т.д.
Редуктор проектируют либо для привода определенной машины, либо по заданной нагрузке (моменту на выходном валу) и передаточному числу без указания конкретного назначения.
Привод предполагается размещать в закрытом, отапливаемом, вентилируемом помещении, снабженным подводом трехфазного переменного тока.
Привод к горизонтальному валу состоит из цилиндрического редуктора, быстроходный вал которого соединен с двигателем ременной передачей, а на тихоходном валу располагается компенсирующая муфта.
1. Рассчитаем срок службы приводного устройства
Срок службы (ресурс) Lh, ч, определяем по формуле
где Lr - срок службы привода, лет; tc - продолжительность смены, ч; Lc - число смен; Кс - коэффициент сменного использования,
Определяем ресурс привода при двухсменной работе с продолжительностью смены 8 часов.
ч
Принимаем время простоя машинного агрегата 20% ресурса.
ч.
Рабочий ресурс привода принимаем 23*103 ч.
2. Выбор двигателя. Кинематический расчет привода
2.1 Определяем мощность и частоту вращения двигателя
Мощность двигателя зависит от требуемой мощности рабочей машины, а его частота вращения - от частоты вращения приводного вала рабочей машины.
Определяем требуемую мощность рабочей машины
кВт
где F - тяговая сила цепи, кН, v – скорость тяговой цепи м/с.
Определяем общий коэффициент полезного действия (КПД) привода:
где ηрп – КПД ременной передачи; ηзп - КПД зубчатой передачи; ηм – КПД муфты; ηп – КПД опор приводного вала;
Из таблицы берем: ηрп – 0,96; ηзп – 0,97; ηм – 0,98; ηп – 0,99;
Находим требуемую мощность электродвигателя.
кВт
Выберем двигатель серии 4А с номинальной мощностью Рном = 2,2 кВт, применив для расчета четыре варианта типа двигателя:
Вариант | Тип двигателя |
Номинальная мощность Pном ,кВт |
Частота вращения, об/мин |
синхронная | При нормальном режиме nном |
1 | 4АВ80В2У3 | 2,2 | 3000 | 2850 |
2 | 4АМ90L4У3 | 2,2 | 1500 | 1425 |
3 | 4АМ100L6У3 | 2,2 | 1000 | 950 |
4 | 4АМ112МА8У3 | 2,2 | 750 | 700 |
Находим частоту вращения приводного вала
м/с
где: v - скорость тяговой цепи м/с; z – число зубьев ведущей звездочки; р - шаг тяговой цепи, мм.
Находим общее передаточное число для каждого варианта:
Производим разбивку общего передаточного числа, принимая для всех вариантов передаточное число редуктора постоянным uзп=4
Передаточное число | Варианты | |||
1 | 2 | 3 | 4 | |
Общее для привода u м/с | 53,17 | 26,59 | 17,72 | 13,06 |
Цепной передачи | 13,29 | 6,65 | 4,43 | 3,23 |
Конического редуктора | 4 | 4 | 4 | 4 |
Анализируя полученные значения передаточных чисел приходим к выводу:
а) первый вариант затрудняет реализацию принятой схемы из-за большого передаточного числа всего, привода;
б) четвертый вариант не рекомендуется для приводов общего назначения из за большой металлоемкости;
в) во втором варианте получилось большое значение передаточного числа;
г) из рассмотренных четырех вариантов предпочтительнее третий: Здесь передаточное число цепной передачи можно изменить за счет допускаемого отклонения скорости и таким образом получить среднее приемлемое значение.
Определяем максимально допустимое отклонение частоты вращения.
об/мин
Определяем допускаемую частоту вращения приводного вала приняв
об/мин
отсюда фактическое передаточное число привода
передаточное число цепной передачи
Таким образом, выбираем двигатель 4АМ100L6УЗ (Рном = 2,2 кВт, nном = 950 об/мин); передаточные числа: привода u = 18, редуктора uзп = 4, цепной передачи uоп = 4,5
2.3 Определим силовые кинематические параметры (двигателя), привода
Рассчитаем мощность при Рдв = 1,81 кВт
Быстроходный вал редуктора.
кВт
Тихоходный вал редуктора.
кВт
Вал рабочей машины.
кВт
где Ррм – мощность рабочей машины
Рассчитаем частоту вращения при nном = 950 об/мин
Быстроходный вал редуктора.
об/мин
Тихоходный вал редуктора.
об/мин
Вал рабочей машины.
об/мин
Рассчитаем угловую скорость
Вал двигателя
1/с
Быстроходный вал редуктора.
1/с
Тихоходный вал редуктора.
1/с
Вал рабочей машины.
1/с
Рассчитаем вращающий момент
Вал двигателя
Н*м
Быстроходный вал редуктора.
Н*м
Тихоходный вал редуктора.
Н*м
Вал рабочей машины.
Н*м
Таблица. Силовые и кинематические параметры привода
Параметр | Вал двигателя | Вал редуктора | Вал рабочей машины | |
Быстоходн. | Тихоход. | |||
Мощность Рн, кВт |
PДВ= 1,81 | P1=1,738 | P2=1,669 | Pрм=1,619 |
Частота вращения n, об/мин |
nном=950 | n1=214,4 | n2=60,28 | nрм=60,28 |
Угл. скорость ω, 1/с |
ωном=99,43 | ω1=22,44 | ω2=5,61 | ωрм=5,61 |
Момент T, Н*м | ТДВ=18,20 | Т1=76,63 | Т2=294,35 | Трм=285,58 |
3. Выбор материалов зубчатых передач. Определение допустимых напряжений
3.1 Выбираем материал зубчатой передачи
а) Выбираем марку стали, твердость и термообработку
-для шестерни берем сталь 40ХН, термообработка - улучшение и закалка ТВЧ, Dпред = 200 мм Sпред = 125мм; твердостью 48...53HRCЭl, (460…515 НВ2)
-для колеса берем сталь 40ХН, термообработка – улучшение, Dпред = 315 мм Sпред = 200 мм; твердостью 235...262 НВ2,
б)Определяем среднюю твердость зубьев шестерни и колеса:
для шестерни
HB1cp = (НВmin - НВmax )/2 = (460 + 515)/2 = 487,5.
для колеса
HB2cp = (НВmin - НВmax )/2 = (235 + 262)/2 = 248,5.
3.2 Определяем базовые числа циклов нагружений при расчете на контактную прочность
для шестерни
для колеса
3.3 Действительные числа циклов перемены напряжений
- для колеса
- для шестерни
где: n2 - частота вращения колеса, мин-1; Lh - время работы передачи ч; u - передаточное число ступени.
3.4 Определяем коэффициент долговечности при расчете по контактным напряжениям
где: NHG – базовое число циклов; N – действительное значение.
- для шестерни
- для колеса
3.5 Определяем число циклов перемены напряжений
- для шестерни
- для колеса
3.6 Определяем допустимое контактное напряжение соответствующее числу циклов перемены напряжений
- для шестерни
- для колеса
3.7 Определяем допускаемое контактное напряжение
- для шестерни
Н/мм2
Н/мм2
Так как
,
то косозубая передача рассчитывается на прочность по среднему допускаемому контактному напряжению:
Н/мм2
При этом условии
Н/мм2
соблюдается
3.8 Определяем допускаемые напряжения изгиба для зубьев шестерни и колеса
а)Рассчитываем коэффициент долговечности KFL.
где NFO - число циклов перемены напряжений, соответствующее пределу выносливости, NFO=4*106 для обоих колес.
- для шестерни
- для колеса
Так как N1>NF01 и N2>NFО2, то коэффициенты долговечности KFL1 =1,и KFL2 = l.
б) определяем допускаемое напряжение изгиба, соответствующее числу циклов перемены напряжений NF0:
- для шестерни:
в предположении, что m<3мм;
- для колеса:
в) Определяем допускаемое напряжение изгиба:
- для шестерни
- для колеса
Таблица Механические характеристики материалов зубчатой передачи.
Элемент передачи | Марка стали | Dпред | Термообработка | HRCэ1ср | [σ]Н | [σ]F |
Sghtl | HB2ср | Н/мм2 | ||||
Шестерня | 40Х | 315/200 | У+ТВЧ | 50,5 | 877 | 310 |
Колесо | 40Х | 200/125 | У | 248,5 | 514,3 | 255,95 |
4. Расчет закрытой конической зубчатой передачи
4.1 Определяем внешний делительный диаметр колеса de2, мм
где Кнβ - коэффициент, учитывающий распределение нагрузки по ширине венца. Для прирабатывающихся колес с прямыми зубьями Кнβ = 1;
θН - коэффициент вида конических колес. Для прямозубых колес θН = 1.
Полученное значение внешнего делительного диаметра колеса de2 для нестандартных передач округляем до ближайшего значения из ряда нормальных линейных размеров
4.2 Определяем углы делительных конусов шестерни и колеса
для колеса
для шестерни
4.3 Определяем внешнее конусное расстояние Re, мм
мм
4.4 Определяем ширину зубчатого венца шестерни и колеса
где ψе = 0,285 - коэффициент ширины венца.
Округлить до целого числа по ряду Ra 40.
b=42
4.5 Определяем внешний окружной модуль для прямозубых колес
где KFβ - коэффициент, учитывающий распределение нагрузки по ширине венца. Для прирабатывающихся колес с прямыми зубьями KFβ =l;
- коэффициент вида конических колес. Для прямозубых.
4.6 Определяем число зубьев колеса и шестерни
для колеса
для шестерни
4.7 Определяем фактическое передаточное число
проверяем его отклонение от заданного u.
%
4.8 Определяем действительные углы делительных конусов шестерни и колеса
для колеса
для шестерни
4.9 Выбираем коэффициент смещения инструмента для прямозубой шестерни
НВ1ср - НВ2ср = 487,5-248,5=239
Так как
239> 100,
То
х1=х2 = 0.
4.10 Определяем внешние диаметры шестерни и колеса, мм
Делительный диаметр шестерни
Делительный диаметр колеса
Вершины зубьев шестерни
Вершины зубьев колеса
Впадины зубьев шестерни
Впадины зубьев колеса
4.11 Определяем средний делительный диаметр шестерни и колеса:
для шестерни
для колеса
Проверочный расчет
4.12 Проверяем пригодность заготовок колес
Условие пригодности заготовок колес:
Диаметр заготовки шестерни
мм
Размер заготовки колеса
Соответствует.
4.13 Проверим контактные напряжения
где Ft - окружная сила в зацеплении, Н равная
КНα - коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями прямозубых колес и колес с круговыми зубьями; КНα = 1
KHv - коэффициент динамической нагрузки. Определяется по табл. в зависимости от окружной скорости колес м/с, и степени точности передачи
443,72≤514,3
4.14 Проверяем напряжения изгиба зубьев шестерни и колеса
напряжения изгиба зубьев шестерни
напряжения изгиба зубьев колеса
где: KFα - коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями прямозубых колес KFα = l; KFv - коэффициент динамической нагрузки; YFl и YF2 - коэффициенты формы зуба шестерни и колеса. Υβ -коэффициент, учитывающий наклон зуба; Υβ = l;
4.15 Составляем табличный ответ
Проектный расчет | |||
параметр | значение | параметр | значение |
Внешнее конусное расстояние Rе | 144.308 |
Внешний делительный диаметр: шестерни dе1 колеса dе2 |
69,273 280,314 |
Внешний окружной модуль me | 1.611 | ||
Ширина зубчатого венца b | 42 |
Внешний диаметр окружности вершин: шестерни dае1 колеса dае2 |
70,401 281,087 |
Вид зубьев | Прямозубые | ||
Угол делительного конуса: шестерни δ1 колеса δ2 |
13,8796 76,1204 |
Внешний диаметр окружности впадин: шестерни dfe1 колеса dfe2 |
65,519 279,387 |
Число зубьев: шестерни z1 колеса z2 |
43 174 |
Средний делительный диаметр: шестерни d1 колеса d2 |
59,367 240,229 |
5. Расчет клиноременной передачи
Выбираем сечение ремня при
Рном = 2,2кВт nном = 950 об/мин
Выбираем участок А
Определяем минимально допустимый диаметр ведущего шкива dmin, мм. при Тдвиг = 18,20 Н*м
dмин = 90 мм
Задаемся расчетным диаметром ведущего шкива
d1 = 100 мм.
Определяем диаметр ведомого шкива d2, мм:
где u - передаточное число открытой передачи; ε - коэффициент скольжения ε = 0.01…0,02.
Определяем фактическое передаточное число uф
проверяем его отклонение от заданного
условия соблюдаются.
Определяем ориентировочное межосевое расстояние а, мм:
где h - высота сечения клинового ремня h = 8 мм.
мм
Определяем расчетную длину ремня l мм:
Выбираем длину ремня l=1600 мм
Уточняем значение межосевого расстояния по стандартной длине
для облегчения надевания ремня на шкив
для натяжения ремней
Определяем угол обхвата ремнем ведущего шкива α1 град:
соответствует
Определяем скорость ремня v, м/с:
м/с
где [v] - допускаемая скорость, м/с для клиновых ремней [v] = 25м/с;
Определяем частоту пробегов ремня U, с-1:
с-1
U ≤ 30
Определим допускаемую мощность, передаваемую одним клиновым ремнем
где - допускаемая приведенная мощность, передаваемая одним клиновым ремнем. С - поправочные коэффициенты.
Ср = 1 (спокойная), Сα = 0,89, Сl = 0,95, Сz = 0,95, =0,72,
Определим количество клиновых ремней