Федеральное агентство по образованию Российской Федерации Вологодский государственный университет Факультет: ПМиИТ Кафедра: ТПММ Дисциплина: ДМ Расчетно-пояснительная записка к курсовому проекту на тему: «Проектирование привода пластинчатого конвейера» ДМ 12.07.00.00.00 ПЗ Выполнил: Колтаков В.Л. Группа: МАХ-31 Проверил: Богданов Д.А. Вологда 2014

СОДЕРЖАНИЕ

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ		4
ВВЕДЕНИЕ		5
1 ЭНЕРГОКИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ПРИВОДА НА ЭВМ		7
	1.1 Подготовка исходных данных для расчета на ЭВМ	7
	1.2 Расчет и анализ полученных результатов	9
2 АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ РАСЧЁТ РЕДУКТОРА		11
	2.1 Выбор материала передач	11
	2.2 Подготовка исходных данных	12
	2.3 Расчет, анализ полученных результатов и выбор рационального варианта компоновочной схемы редуктора	15
3 ОРИЕНТИРОВОЧНЫЙ РАСЧЕТ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ВАЛОВ		20
	3.1 Быстроходный вал	20
	3.2 Промежуточный вал	22
	3.3 Тихоходный вал	22
4 РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ И КОНСТРУИРОВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ ПЕРЕДАЧ		25
	4.1 Колесо быстроходной ступени	25
	4.2 Колесо тихоходной ступени	27
5 ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ ВЫБОР ПОДШИПНИКОВ		29
	5.1 Быстроходный вал	29
	5.2 Промежуточный вал	29
	5.3 Тихоходный вал	29
6 РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ И КОНСТРУИРОВАНИЕ КОРПУСА И ПОДШИПНИКОВЫХ УЗЛОВ		30
7 ЭСКИЗНАЯ КОМПОНОВКА РЕДУКТОРА		33
8 ПРОВЕРКА ДОЛГОВЕЧНОСТИ ПОДШИПНИКОВ ПРОМЕДУТОЧНОГО ВАЛА		34
	8.1 Подготовка исходных данных	34
	8.2 Расчет и анализ полученных результатов	35
9 ПОДБОР ШПОНОК И ИХ РАСЧЁТ		38
	9.1 Быстроходный вал	38
	9.2 Промежуточный вал	39
	9. 3 Тихоходный вал	39
1 0 ВЫБОР МУФТ		40
11 СМАЗКА ЭЛЕМЕНТОВ РЕДУКТОРА		41
12 ВЫБОР ПОСАДОК ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ		43
	12.1 Посадки подшипников	43
	12.2 Посадки деталей передач	43
	12.3 Посадки муфт	43
ЗАКЛЮЧЕНИЕ		44
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ		45
ПРИЛОЖЕНИЕ		46

ВВЕДЕНИЕ

Ведущая роль машиностроения среди других отраслей народного хозяйства определяется тем, что основные производственные процессы во всех отраслях промышленности, строительства и сельского хозяйства выполняют машины и механизмы. Одним из наиболее широко применяемых механизмов является редуктор.

Редуктор – это механизм, предназначенный для понижения угловой скорости и увеличения передаваемого момента в приводах от двигателя к рабочей машине. Основными узлами механизма являются зубчатые передачи, валы, подшипники и корпус редуктора.

Проектируемый редуктор – двухступенчатый, цилиндрический.

Редуктор имеет три вала: ведущий (быстроходный) вал, промежуточный и ведомый (тихоходный). Шестерни передач выполнены заодно с валом, типа вал шестерни. Все валы редуктора установлены на шарикоподшипниках.

Основным достоинством редуктора является большая нагрузочная способность, постоянство передаточного числа, высокий КПД, хотя и имеются недостатки: высокие требования к точности изготовления и монтажа зубчатых передач ( особенно конической), шум при работе.

Целью данного курсового проекта является разработка привода пластинчатого конвейера.

При работе над проектом, основная часть расчетов производится на ЭВМ с использованием программ:

EDIU - энергокинематический расчет привода;

RED - расчет редуктора;

POD - расчет подшипников;

Остальные расчеты сводятся к подготовке исходных данных для расчета на ЭВМ, анализу результата расчета, а также к конструированию элементов передач.

Привод конвейера монтируется на отдельной раме, что позволяет проводить его сборку, наладку независимо от транспортера и обеспечивает удобство ремонта и обслуживания. Привод состоит из асинхронного электродвигателя и редуктора, установленных на общей раме. Для передачи крутящего момента от вала электродвигателя к входному валу редуктора и от выходного вала редуктора к приводному валу транспортера используются муфты типа МУВП.

1 Энергокинематический расчёт привода на эвм

В общем машиностроении большинство машин приводят в движение трехфазным асинхронным электрическим двигателем переменного тока. Целью энергокинематического расчета является подбор электродвигателя на основании потребляемой мощности, а также определения передаточных чисел всех ступеней привода, исходя из частот вращения электродвигателя и вала исполнительного органа машины.

1.1 Подготовка исходных данных для расчёта на эвм

Расчет выполняется на ЭВМ по программе EDIU.

Необходимые для расчета данные оформляются в таблицу 1.1. При этом из задания берут следующие данные:

1. Окружное усилие на приводном валу транспортера F=16000(Н)-

из технического задания.

2. В соответствии с принятыми обозначениями, обозначаем:

Тип конвейера -2;

Тип привода (редуктор)-3;

Тип редуктора (цилиндрический)-5;

3. Скорость ленты транспортера V=0,4 м/сек - из технического задания.

4. Твердость шестерни быстроходной передачи HRC48.

5. Твердость шестерни тихоходной передачи HRC48.

6. Общий коэффициент полезного действия η привода рассчитывается с учетом потерь мощности в подшипниковых парах, в зубчатых зацеплениях, муфтах.

На основании анализа кинематической схемы

η=η_м•η_п/ш⁴•η_кон•η_цил•η_рем

где η_м=0,99-КПД муфты; η_п/ш =0,99-КПД подшипников качения; η_цил=0,96-КПД цилиндрической передачи;

η_ц.п.=0,95-КПД цепной передачи.

η=0,96³*0,99⁴*0,99*0,95=0,8

7) Передаточное число открытой передачи (электродвигатель – редуктор)-1.

8) Передаточное число открытой передачи (редуктор-приводной вал) – 2

1.2 Расчет и анализ полученных результатов

Для расчета используем программу EDIU. Результаты энергокинематического расчета приведены в распечатке (табл.1.2), полученной на ЭВМ.

Дальнейший расчет будем производить по 3 электродвигателям.

Окончательный выбор оптимального варианта марки электродвигателя выполняется после расчета передач редуктора на основе анализа его компоновочной схемы.

2 Автоматизированный расчёт редуктора

Целью расчета является определение геометрических размеров, кинематических и точностных параметров, действующих напряжений и усилий в зацеплениях цилиндрических зубчатых передач. При этом предусмотрено многовариантное решение с целью выбора рациональной конструкции с точки зрения габаритов, массы, условий смазки, КПД и т.д.

2.1 Выбор материала передач

При выборе материалов шестерни и колеса рекомендуется выбирать сталь одной и той же марки, но обеспечивать соответствующую термическую обработку. Твердость поверхности зубьев шестерни на 20-30 единиц Бринелля выше, чем колеса.

Для изготовления зубчатых колес необходимо выбрать кинематические характеристики и виды термообработки деталей для изготовления зубчатых колес. Выбираем Сталь 40Х, которая подвергается термической обработке улучшению или закалки ТВЧ. Чистовое нарезание зубьев производится после термической обработки. Колёса этой группы быстро прирабатываются и не подвержены хрупкому излому. Два вида термообработки передач представлены в табл. 2.1.

Таблица 2.1 Рекомендуемые сочетания твердостей и термообработки

Зубчатый элемент	Термообработка, твердость
	I	II
Шестерня	Улучшение+ТВЧ; HRC 28; σв =900МПа; σт =750МПа	Улучшение+ТВЧ; HRC 48; σв =900МПа; σт =750МПа
Колесо	Улучшение; HRC 25; σв =790МПа; σт =640МПа	Улучшение; HRC 25; σв =790МПа; σт =640МПа

2.2 Подготовка исходных данных

Расчет выполняем на ЭВМ по программе RED. Общие исходные данные для расчета редуктора представлены в таблице 2.2.

1) Число вариантов по: передаточному числу – 3 (определяем по числу подходящих электроприводов), по твердости зубьев — 2, т. к. два варианта термообработки.

2) Тип редуктора –5.

3) Ресурс работы редуктора t. Исходя из формулы:

t=365∙24∙К_год∙К_сут∙L=365∙24∙0.29∙0.8∙7=14266 ч

где К_год=0,8-коэффициент годового использования привода;

К_сут=0,29- коэффициент суточного использования привода;

L=7 лет - срок службы привода.

4) Коэффициент α определяется по графику нагрузки и равен

α=Ті/Тmax

α₁=1; α₂=0.3; α₃=0; α₄=0.

5) Коэффициент β определяется по графику нагрузки и равен

β=ti/t

β1=0.25; β2=0.73; β3= 0; β4=0.

Исходные данные для расчета передач редуктора приведены в таблице 2.3.

1) Порядковый номер ступени передачи:

1-быстроходная;2-тихоходная.

2)Тип передачи: 4- цилиндрическая передача.

3)Мощность на валу колеса Р_к=7,06 кВт. Расчет ведется с учетом КПД и мощности электродвигателя по формуле:

Р_к=Рэ•η_м•η_цил•η_п./ш=7,5*0,99*0,96*0,99=7,06 кВт

где Рэ=7,5кВт-мощность электродвигателя; η_м=0.99-КПД муфты; η_цил=0.96-КПД цилиндрической передачи;  _п/ш=0,99-КПД пары подшипников качения.

4) Коэффициент ширины по межосевому расстоянию цилиндрической передачи ψ_ва1=0,315; ψ_ва2=0,4.

5) Частота вращения вала шестерни конической передачи выбирается из результатов энергокинематического расчета: n₁=1455 об/мин; n₂=970 об/мин; n₃=730 об/мин.

6) Передаточное число выбирается из результатов энергокинематического расчета

-для быстроходной ступени: u₁=7,1; u₂=5,6; u₃=5,00;

-для тихоходной ступени: u₁=5,0; u₂=4,00; u₃=3,55;

7) Отношение Т_max/Т_ном =2.2 - цилиндрической передачи выбирается из результатов энергокинематического расчета.

8) Твердость зубьев шестерни для 3-х видов термообработки выбираем из табл. 2.1:

• конической передачи HRC=28; 48;

• цилиндрической передачи HRC=28; 48

9) Предел текучести материала шестерни для 2-х видов термообработки выбираем из табл. 2.1:

- конической передачи σ_т=750; 750;

• цилиндрической передачи σ_т=750; 750;.

10)Твердость зубьев колеса для 3-х видов термообработки выбираем из табл. 2.1:

• конической передачи HRC=25; 25

• цилиндрической передачи HRC=25; 25.

12)Предел текучести материала колеса для 3-х видов термообработки выбираем из табл. 2.1:

• конической передачи σт=640; 640;

• цилиндрической передачи σт=640; 640.

2.3 Расчет и анализ полученных результатов и выбор рационального варианта компоновочной схемы редуктора.

Для выбора наиболее оптимальной компоновочной схемы на основании полученных данных зубчатых передач таблица 2.4 проводим расчет 6 вариантов. Общий вид компоновочной схемы в буквенном обозначении на рисунке 2.

Рисунок 2 Компоновочная схема редуктора

По результатам расчета строим таблицу 2.5. В таблице приняты обозначения:

• n - частота вращения электродвигателя, из энергокинематического расчета;

• HRC₁ и HRC₂ - твердости материалов шестерни и колеса;

• а_w(т)-межосевое расстояние цилиндрической передачи;

• d_в(т)-диаметр тихоходного вала, ориентированное значение которого определяется по следующей формуле:

d_в(т)= d_{в min}+(6…10), мм

где d_вmin- минимальный диаметр вала, определяющийся по формуле:

,мм

где Т_2(т)--момент на тихоходном валу цилиндрической передачи; [τ]_к -допускаемое напряжение при кручении равное 15…25 (МПа).

• Δк= а_w(т)-(d_а2(Б)/2 + d_в(т)/2), мм где -величина зазора между тихоходным валом и колесом быстроходной ступени;

- d_а2(Б)-внешний диаметр окружности вершин зубьев конического колеса быстроходной ступени, при котором должно выполняться условие ;

- L1-линейный габарит по длине, вычисляемый по формуле:

L1= а_w(Б)+ а_w(т)+ d_а1(Б)/2+ d_{а2 (Т)}/2,мм

где dа2(т)-диаметр окружности вершин зубьев цилиндрического колеса;

- L2-линейный габарит по ширине, вычисляемый по формуле:

L2=b_1(Б)+ b_2(Т), мм

где b1(т)-ширина зубчатого венца цилиндрической шестерни;

- L3-линейный габарит по высоте, равный большему из значений d_а2(т) и d_а2(Б).

- V-расчетный объем, занимаемый передачей. Определяется по формуле:

V= L1• L2• L3.

- ΔС-величина разности уровней погружения зубчатых колес в масляную ванну. Определяется по формуле:

Δс =│ d_а2(max)/2-d_{а2 (min)}/2+2,25•m_(min) │, мм

Лучшему варианту соответствует условие

С учетом этого выбираем электродвигатель 4А132S4 с частотой вращения 1455 об/мин и мощностью 7.5 кВт.

Таблица 2.5 Результаты анализа компоновочной схемы редуктора

№	nэл , об/мин	HRC1/ HRC2	аw(Б), мм	аw(Т), мм	dВ(Т), мм	Δк, мм	L1, мм	L2, мм	L3, мм	Vp, мм³,	Δс, мм	Вывод
1	1455	28/25	160	160	76	-20,3	-	-	-	-	-	-
2	970	28/25	160	160	75	-15,38	-	-	-	-	-	-
3	730	28/25	160	160	76	-13,23	-	-	-	-	-	-
4	1455	48/25	140	160	76	-2,91	456,765	81	274,34	10150021,72	17,3	+
5	970	48/25	140	140	76	-19,6	-	-	-	-	-	-
6	730	48/25	160	140	75	-33,12	-	-	-	-	-	-