3Detali_Mashin_Belan_Kharchenko
.pdfФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
«Магнитогорский государственный технический университет им Г.И. Носова»
А.К. Белан М.В. Харченко О.А. Белан Р.Р. Дема
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТА
ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ДЕТАЛИ МАШИН»
Утверждено Редакционно-издательским советом университета в качестве учебного пособия
Магнитогорск
2017
УДК 621.81
Рецензенты:
Заведующий кафедрой Металлургических технологий и оборудования Новотроицкого филиал ФГАОУ ВО «Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»,
доцент, к.т.н
А.Н. Шаповалов
Начальник копрового цеха ОАО «ММК»
С.В. Масьянов
Белан А.К.
Учебно-методическое пособие для выполнения курсового проекта по дисциплине «детали машин» / А.К. Белан, М.В. Харченко, О.А.
Белан, Р.Р. Дема. Магнитогорск: Изд-во Магнитогорск. гос. техн. ун-та им. Г.И. Носова, 2017. 99с.
Учебное пособие может быть полезно при проведении практических занятий по курсовому проектированию деталей машин для обучающихся всех форм обучения и направлений.
Подробно рассмотрены вопросы проектирования приводов, содержащих одноступенчатый цилиндрический редуктор.
В приложении представлен необходимый справочный материал.
Оглавление |
|
||
ВВЕДЕНИЕ ...................................................................................................... |
3 |
||
ПРИМЕР РАСЧЁТА ПРИВОДА ЛЕНТОЧНОГО ТРАНСПОРТЁРА........ |
4 |
||
1 |
ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ И КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ |
||
ПРИВОДА ........................................................................................................ |
5 |
||
2 |
РАСЧЕТ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС РЕДУКТОРА..................................... |
10 |
|
|
2.1 |
Выбор материала и термической обработки.................................... |
11 |
|
2.2 |
Определение допускаемых напряжений .......................................... |
12 |
|
2.3 |
Расчет зубчатой передачи................................................................... |
14 |
|
2.4 |
Расчет сил в зацеплении ..................................................................... |
19 |
|
2.5 Проверочный расчет передачи........................................................... |
19 |
|
3 |
ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ ВАЛОВ И ...................................... |
23 |
|
ВЫБОР ПОДШИПНИКОВ ........................................................................... |
23 |
||
|
3.1 |
Определение диаметров валов .................................................... |
23 |
|
3.2 |
Выбор подшипников .................................................................... |
24 |
4 |
КОНСТРУКТИВНЫЕ РАЗМЕРЫ ВАЛА - ШЕСТЕРНИ, |
|
|
ВЕДОМОГО ВАЛА И ЗУБЧАТОГО КОЛЕСА ......................................... |
26 |
||
5 |
ОСНОВНЫЕ КОНСТРУКТИВНЫЕ РАЗМЕРЫ КОРПУСА |
|
|
РЕДУКТОРА .................................................................................................. |
31 |
||
6 |
ЭСКИЗНАЯ КОМПОНОВКА РЕДУКТОРА...................................... |
32 |
|
7 |
РАСЧЕТ РЕМЕННОЙ ПЕРЕДАЧИ С КЛИНОВЫМИ И |
|
|
ПОЛИКЛИНОВЫМИ РЕМНЯМИ. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ И ТИПЫ |
|
||
КЛИНОВЫХ РЕМНЕЙ ................................................................................. |
37 |
||
8 |
ПРОВЕРКА ДОЛГОВЕЧНОСТИ ПОДШИПНИКОВ ....................... |
47 |
|
8.1Определение расстояний между линиями действия сил в
зацеплении и реакции опор ...................................................................... |
47 |
|
8.2 |
Определение реакций опор.......................................................... |
50 |
8.3 |
Определение суммарных реакций .............................................. |
52 |
8.4 |
Определение эквивалентной динамической нагрузки ............. |
55 |
8.5 |
Определение долговечности подшипников ............................... |
58 |
9 |
ПРОВЕРКА ПРОЧНОСТИ ШПОНОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ......... |
61 |
10 |
ВЫБОР МУФТ ...................................................................................... |
63 |
11 |
ВЫБОР ПОСАДОК ОСНОВНЫХ СОЕДИНЕНИЙ .......................... |
66 |
12 |
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ .............................................................. |
66 |
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК........................................................... |
68 |
|
ПРИЛОЖЕНИЯ ............................................................................................. |
72 |
|
ВВЕДЕНИЕ
Курсовой проект по деталям машин является первой самостоятельной конструкторской работой студента, в результате кото-
рой обучаемый приобретает навыки и понимание правил, норм и методов конструирования. Выполнение проекта базируется на знаниях физикоматематических и общетехнических дисциплин: математики, механики, сопротивления материалов, технологии металлов, машиностроительного черчения, взаимозаменяемости и др. При его выполнении закрепляются знания по курсу «Детали машин и основы конструирования», развивается умение использовать для практических приложений сведения из ранее изученных дисциплин, приобретаются навыки работы со справочной литературой, государственными и отраслевыми стандартами.
Объектами курсового проектирования являются приводы различных машин и механизмов - конвейеров и элеваторов, лебѐдок и подъѐмных механизмов, приводы транспортных и испытательных машин и т.д., в которых используются большинство деталей и узлов общемашиностроительного применения: зубчатые и червячные передачи, передачи с гибкой связью, валы, оси, подшипники, соединительные муфты, соединения резьбовые, штифтовые, вал-ступица, корпусные детали, уплотнительные и см азочные устройства и т.д.
В общем случае проектирование какого-либо устройства состоит из тесно связанных между собой двух разделов: расчѐта устройства в целом и его составляющих частей, и выполнения сборочных чертежей и рабочих чертежей деталей разработанного устройства.
Расчетную часть проекта оформляют в виде пояснительной запис-
ки.
Пояснительная записка в общем случае должна содержать следующие элементы и разделы:
-Титульный лист;
-Содержание;
-Задание на проектирование;
1.Выбор электродвигателя и кинематический расчѐт привода
2.Расчѐт зубчатых колѐс редуктора
3.Предварительный расчѐт валов. Выбор подшипников
4.Конструктивные размеры вала-шестерни, ведомого вала и зубчатого колеса
5.Основные конструктивные размеры корпуса редуктора
6.Эскизная компоновка редуктора
7.Проверка долговечности подшипников
8.Проверка прочности шпоночных соединений
3
9.Выбор муфт
10.Выбор посадок основных соединений
- Список литературы По решению руководителя курсового проектирования те или
иные разделы могут быть исключены из данного перечня.
Все технические расчѐты оформляют следующим образом: вначале записывают формулу в символическом виде, затем вместо каждого символа записывают его числовое значение, после этого записывают результат вычислений. Рекомендуется придерживаться данного правила и в черновиках. Это дисциплинирует и способствует быстрому нахождению ошибок.
При расчѐтах используют как специальную и учебнометодическую литературу, так и нормативные документы: стандарты, технические конструкторские справочники.
Данное пособие выполнено в виде численного примера проектирования привода ленточного транспортѐра и содержит все разделы курсового проекта по деталям машин.
Кроме того, каждый раздел сопровождается краткими теоретическими сведениями и комментариями.
В приложении представлен необходимый справочный материал.
ПРИМЕР РАСЧЁТА ПРИВОДА ЛЕНТОЧНОГО ТРАНСПОРТЁРА
ЗАДАНИЕ НА ПРОЕКТИРОВАНИЕ
Спроектировать одноступенчатый горизонтальный цилиндрический косозубый редуктор общего назначения для привода к ленточному транспортѐру.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ: |
|
Окружная сила |
Ft=5000Н |
Скорость ленты транспортера |
V=1,5 м/с |
Диаметр барабана |
D=500 мм |
Срок службы |
Lr=5 лет |
Коэффициент суточного использования |
Ксут=0,9 |
Коэффициент годового использования |
Кгод=0,8 |
4
Рис.1.1. Кинематическая схема привода ленточного транспортера 1- двигатель; 2 – клиноременная передача; 3- цилиндрический
одноступенчатый косозубый редуктор; 4- муфта зубчатая; 5 – барабан; 6- опоры барабана (подшипники).
1 ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ И КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА
Двигатель является одним из основных элементов машинного агрегата. От типа двигателя, его мощности, частоты вращения и других параметров зависят конструктивные и эксплуатационные характеристики рабочей машины и еѐ привода.
Электродвигатель выбирают после определения его мощности и частоты вращения вала. Как правило, в задании на проектирование сообщают окружную силу Ft (Н) на барабане привода ленточного конвейера (или звѐздочке привода пластинчатого конвейера), скорость движения ленты или цепи V (м/с), диаметр барабана D (мм) или число зубьев zзв и шаг рзв (мм) тяговых звѐздочек.
По этим данным определяют потребляемую мощность (Вт) привода (мощность на выходе):
|
= = 5000 ∙ 1,5 = 7500 Вт. |
(1.1) |
вых |
|
|
Для учѐта потерь определяют общий КПД привода ηобщ как произведение частных значений КПД отдельных составляющих элементов, входящих в кинематическую схему привода (см. рис. 1.1). Значения КПД
5
конического и цилиндрического зубчатых зацеплений, а также отдельных звеньев кинематической цепи привода, можно принимать по табл. 1.1. как средние между предельными значениями интервалов изменения этих параметров.
КПД ремѐнной передачи ηрем =0,96;
КПД пары цилиндрических зубчатых колѐс ηцил =0,97;
КПД муфты ηмуф =0,98;
КПД |
одной |
пары |
подшипников |
качения |
|
(опоры барабана) η подш =0,99. |
|
|
|
||
Общий КПД привода: |
|
|
|
|
|
общ = рем ∙ цил ∙ муф ∙ подш |
= 0,96 ∙ 0,97 ∙ 0,98 ∙ 0,982 = 0,876, |
(1.2) |
|||
где i – число пар подшипниковых опор. |
|
||||
|
|
|
|
Таблица 1.1 |
|
Рекомендуемые значения КПД и передаточных чисел |
|||||
|
механических передач |
|
|||
|
|
|
|
|
|
Тип передачи |
|
η |
|
u |
|
Зубчатая в закрытом корпусе (редук- |
|
|
|
||
тор): |
|
|
0,96…0,98 |
|
2…6 |
-цилиндрические колеса |
|
0,96…0,97 |
|
1…5 |
|
-конические колеса |
|
|
|
|
|
Зубчатая открытая |
|
|
0,95…0,96 |
|
2…5 |
Червячная в закрытом корпусе |
|
|
|
||
при числе витков (заходов) червяка: |
|
|
|
||
Z1=1 |
|
|
0,70…0,75 |
|
16…50 |
Z1=2 |
|
|
0,80…0,85 |
|
16…50 |
Z1=4 |
|
|
0,85…0,95 |
|
16…50 |
Цепная закрытая |
|
|
0,95…0,97 |
|
1,5…5 |
Цепная открытая |
|
|
0,90…0,95 |
|
1,5…5 |
Ременная: |
|
|
|
|
|
-плоским ремнем |
|
|
0,96…0,98 |
|
2…3 |
-клиновыми ремнями |
|
0,95…0,97 |
|
2…3 |
|
Муфта соединительная |
|
0,98 |
|
- |
|
Подшипники качения (одна пара) |
0,98 |
|
- |
||
6
Требуемая мощность электродвигателя: |
|
|||||
э дв = |
вых |
= |
7500 |
= 8305,7 Вт. |
(1.3) |
|
общ |
0,903 |
|||||
|
|
|
|
|||
Частота вращения приводного вала (барабана ленточного транспортера):
вых = |
60 ∙ |
= |
60 ∙ 1,5 |
= 57,33 об/мин |
(1.4) |
|
|
||||
|
∙ 3,14 ∙ 0,5 |
|
|
||
где D - диаметр барабана, (м).
Если в исходных данных вместо диаметра барабана заданы шаг цепи зв (мм) и число зубьев звѐздочки зв , то в знаменатель дроби (см. формулу 1.4) подставляют диаметр звѐздочки D (мм), в свою очередь определяемый по формуле:
= |
зв ∙ зв |
. |
(1.5) |
|
|
Для определения общего передаточного числа привода из табл. 1.1 выбираем передаточное число клиноремѐнной передачи рем=2,5; и передаточное число цилиндрической передачи цил = 4.
Определяем общее передаточное число привода:
общ = рем ∙ цил = 2,5 ∙ 4 = 10. |
(1.6) |
Определяем частоту вращения вала электродвигателя (число обо- |
|
ротов на входе): |
|
вх = вых ∙ общ = 57,33 ∙ 10 = 573,3 об/мин. |
(1.7) |
Полученное значение должно находиться в интервале: |
|
700 ≤ вх ≤ 3000 об/мин. |
(1.8) |
Так как вх < 700 об/мин, изменяем (увеличиваем) передаточные числа клиноремѐнной и цилиндрической передач и вновь определяем общее передаточное число привода:
общ = рем ∙ цил = 3 ∙ 4,5 = 13,5.
Тогда вх = 57,33 ∙ 13,5 = 773,9 об/мин попадает в требуемый интервал (1.8).
7
Из табл. 1.2 выбираем электродвигатель мощностью, наиболее близкой к рассчитанной.
После выбора электродвигателя следует отдельно написать его полное условное обозначение, табличную мощность и асинхронную частоту вращения вала (си. табл. 1.2, параметр после условного обозначения электродвигателя, за косой чертой).
Электродвигатель АИР 160М8 ТУ 16-525564-84. Мощность двигателя Р = 11 кВт.
Асинхронная частота вращения э дв=727 об/мин.
Перегрузка асинхронных электродвигателей допускается до 8 %. При невыполнении этого условия следует принимать двигатель ближайшей большей мощности.
Таблица 1.2
Технические данные двигателей серии АИР ТУ 16-525.564-84 (числительтип, знаменательасинхронная частота вращения)
Мощность, |
|
Синхронная частота, об/мин |
|
|
P, кВт |
750 |
1000 |
1500 |
3000 |
0,37 |
- |
71A6/915 |
- |
- |
0,55 |
- |
71B6/915 |
71A4/1357 |
- |
0,75 |
90LA8/705 |
80A9/920 |
71B4/1350 |
71A2/2800 |
1,1 |
90LB8/715 |
80B6/920 |
80A4/1395 |
71B2/2805 |
1,5 |
100L8/702 |
90L6/925 |
80B4/1395 |
80A2/2850 |
2,2 |
112MA8/709 |
100L6/945 |
90L4/1395 |
80B2/2850 |
3,0 |
112MB8/709 |
112MA/950 |
100S4/1410 |
90L2/2850 |
4,0 |
132S8/716 |
112MB/950 |
100L4/140 |
100S2/2850 |
5,5 |
132M8/712 |
132S6/960 |
112B4/1432 |
100L2/2850 |
7,5 |
160S8/727 |
132M6/960 |
132S4/1440 |
112M2/2895 |
11,0 |
160M8/727 |
160S6/970 |
132M4/1447 |
132M2/2910 |
15,0 |
180M8/731 |
160M6/970 |
160S4/1455 |
160S2/2910 |
18,5 |
- |
180M6/980 |
160M4/1455 |
160M2/2910 |
22,0 |
- |
- |
180S4/1462 |
180S2/2919 |
30,0 |
- |
- |
180M4/1470 |
180M2/2925 |
Пример условного обозначения двигателя: «Двигатель АИР 100L2 ТУ 16-525.564 – 84»
При выборе необходимо учесть, что двигатели с большой частотой вращения вала (3000 об/мин) имеют низкий рабочий ресурс, а двигатели с низкими частотами (750 об/мин) весьма металлоемки.
8
Поэтому такие двигатели нежелательно применять без особой необходимости в приводах общего назначения.
Определяем фактическое передаточное отношение:
общ факт = |
э дв |
= |
727 |
= 12,68 . |
(1.9) |
|
вых |
57,33 |
|||||
|
|
|
|
В качестве передаточного механизма привода наиболее часто используют редуктор.
Редуктором называют отдельный агрегат с передачами зацепления, предназначенный для уменьшения угловой скорости и повышения вращающего момента.
Поскольку при курсовом проектировании центральным объектом является одноступенчатый редуктор, необходимо определить значения частот вращения, угловых скоростей и вращающих моментов на валах редуктора.
В любой механической передаче, в том числе и в редукторах, выделяют два главных вала: ведущий (входной) вал (в расчѐтах обозначают индексом «1») и ведомый (выходной) вал (в расчѐтах обозначают индексом «2»).
Согласно кинематической схеме (см. рис. 1.1), в данном приводе используется одноступенчатый цилиндрический косозубый редуктор, поэтому:
ред = цил = 4,5.
Уточняем передаточное число ремѐнной передачи:
рем = |
общ факт |
= |
12,68 |
= 2,82. |
|
ред |
4,5 |
||||
|
|
|
Частота вращения ведущего вала редуктора:
1 = э дв = 727 = 257,8 об/мин.рем 2,82
Частота вращения ведомого вала:
2 = |
1 |
= |
257,8 |
= 57,3 об/мин. |
|
ред |
4,5 |
||||
|
|
|
(1.10)
(1.11)
(1.12)
(1.13)
9