КАФЕДРАТЕХНОЛОГИИ МАШИНОСТРОЕНИЯ
Направление (специальность) 15.03.05 Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовому проекту
по дисциплине "Детали машин и основы конструирования"
Тема: |
«Привод ленточного конвейера» |
|
|
|
|
|
|
Обозначение документа
Руководитель
(должность) |
|
(подпись) |
|
(И.О. Фамилия) |
Студент |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(группа) |
|
(подпись) |
|
(И.О. Фамилия) |
Курсовая работа защищена «____» ______________ 20__ г.
на оценку «_______________»
Лесной 2020
|
Содержание |
|
ЗАДАНИЕ .................................................................................................................................................................................................................................. |
4 |
|
1. |
КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА.................................................................................................................................... |
5 |
1.1. |
Выбор электродвигателя.................................................................................................................................................................. |
5 |
1.2. |
Определение передаточного отношения привода и его ступеней............................................... |
6 |
1.3. |
Определение вращающих моментов и частоты вращения валов. .................................................. |
6 |
2. |
РАСЧЕТ ЧЕРВЯЧНОЙ ПЕРЕДАЧИ.................................................................................................................................................... |
8 |
2.1. |
Выбор материала червяка и червячного колеса.................................................................................................. |
8 |
2.2. |
Допускаемые контактные напряжения............................................................................................................................. |
8 |
2.3. |
Допускаемые напряжения изгиба............................................................................................................................................. |
8 |
2.4. |
Проектный расчёт червячной передачи. ........................................................................................................................ |
9 |
2.5. |
Проверочный расчет червячной передачи на контактную выносливость активных |
|
поверхностей зубьев............................................................................................................................................................................................. |
13 |
|
2.6. |
Проверочный расчет червячной передачи на выносливость зубьев по изгибу. ....... |
14 |
2.7. |
Расчет червячной передачи на прочность при действии кратковременной |
|
перегрузки ......................................................................................................................................................................................................................... |
14 |
|
2.7.1. |
Проверка контактной прочности при действии кратковременной перегрузки....... |
14 |
2.7.2. |
Проверка изгибной прочности при действии максимальной нагрузки.................................. |
15 |
2.8. |
Силы в зацеплении червячной передачи........................................................................................................................ |
15 |
2.9. |
Тепловой расчет и охлаждение червячных передач..................................................................................... |
16 |
3. |
ПРОЕКТИРОВОЧНЫЙ РАСЧЕТ ВАЛОВ РЕДУКТОРА................................................................................................. |
18 |
3.1. |
Предварительный расчет тихоходного вала........................................................................................................ |
18 |
3.2. |
Предварительный расчет быстроходного вала................................................................................................. |
18 |
3.3. |
Предварительный выбор подшипников............................................................................................................................ |
19 |
3.4. |
Предварительный выбор муфт................................................................................................................................................. |
19 |
3.5. |
Силы, действующие на валы........................................................................................................................................................ |
19 |
4. |
КОМПОНОВКА РЕДУКТОРА. .............................................................................................................................................................. |
21 |
4.1. |
Расчет относительного расположения деталей в редукторе...................................................... |
21 |
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
|
|
|
Разраб. |
|
|
|
Лит. |
Лист |
Листов |
Провер. |
|
|
Привод ленточного |
|
2 |
44 |
|
|
|
|
|
|
|
Н. контр. |
|
|
конвейера |
|
|
|
Утв. |
|
|
|
|
|
|
4.2. |
Расчет червяка на жесткость.............................................................................................................................................. |
|
22 |
5. |
РАСЧЕТЫ ВАЛОВ НА ПРОЧНОСТЬ............................................................................................................................................ |
|
23 |
5.1. |
Проверочный расчет быстроходного вала. ............................................................................................................. |
|
23 |
5.1.1. |
Расчет вала на статическую прочность ................................................................................................................ |
|
25 |
5.2. |
Проверочный расчет тихоходного вала ..................................................................................................................... |
|
27 |
5.2.1. |
Расчет вала на статическую прочность ................................................................................................................ |
|
30 |
6. |
ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ПОДШИПНИКОВ............................................................................................................................. |
|
33 |
6.1. |
Проверочный расчет подшипников быстроходного вала........................................................................ |
33 |
|
6.2. |
Проверочный расчет подшипников тихоходного вала............................................................................... |
35 |
|
7. |
РАСЧЕТ КОРПУСА ...................................................................................................................................................................................... |
|
37 |
8. |
ВЫБОР МУФТЫ.............................................................................................................................................................................................. |
|
38 |
9. |
РАСЧЕТ ШПОНОК ......................................................................................................................................................................................... |
|
39 |
10. |
ВЫБОР КРЕПЁЖНЫХ ИЗДЕЛИЙ...................................................................................................................................................... |
|
41 |
11. |
СМАЗЫВАНИЕ РЕДУКТОРА .............................................................................................................................................................. |
|
42 |
12. |
Описание технологии сборки редуктора и регулировки его основных узлов........... |
43 |
|
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..................................................................................................... |
Ошибка! Закладка не определена. |
||
Лист
Изм. Лист №документа Подпись Дата |
3 |
|
ЗАДАНИЕ
Изм. Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
|
|
|
Разраб. |
|
|
|
Лит. |
Лист |
Листов |
Провер. |
|
|
Привод ленточного |
|
2 |
44 |
|
|
|
|
|
|
|
Н. контр. |
|
|
конвейера |
|
|
|
Утв. |
|
|
|
|
|
|
1. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА |
|
|
|
|
|||
1.1. Выбор электродвигателя. |
|
|
|
|
|
||
Определим величину номинального момента Т по формуле (1) |
|
||||||
|
= 0,5 ∙ ∙ |
|
|
(1) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
где Ft - окружная сила на выходном валу привода, Н; |
|
|
|
||||
D - диаметр ведомого звена, на котором приложена сила Ft, м. |
|
||||||
T = 0,5 ∙ 2250 ∙ 0,315 = 354,37 |
Н∙м |
|
|
|
|
|
|
Определим среднеквадратичный момент, неизменяемый в течение цикла, эквивалентный |
|||||||
по величине потерь действительной переменной нагрузке по формуле (2) |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= ∙ √ 2 |
∙ |
+ ∑ 2 |
∙ , |
(2) |
||
ср |
0 |
0 |
|
|
|
||
где k0, k1, k2 … ki - доля вращающего момента от номинального момента Т; a0, a1, a2 … ai - доля от времени t работы передачи за весь срок службы.
Величины коэффициентов k0, ki, a0, ai возьмем из графика нагрузки в задании.
T =354,37 ∙ √1,42 ∙0,002 +12 ∙0,2 +0,752 ∙0,3 |
+0,52 ∙0,5 =250 |
Н∙м |
||||
ср |
|
|
|
|
|
|
Определим среднеквадратичную мощность на ведомом звене за период цикла с учётом |
||||||
пусковых периодов по формуле (3) |
|
|
|
|
||
|
|
ср = 2 ср ∙ |
V |
(3) |
||
|
|
|
|
|||
|
D |
|||||
Pср=2 ∙250 ∙ |
0,25 |
=396,82 Вт |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
0,315 |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Определим общий КПД привода по формуле (4) |
|
|||||
|
|
общ = 1 |
∙ 2 ∙ 3 … |
(4) |
||
где 1∙ 2∙ 3... - КПД отдельных звеньев кинематической цепи: |
||||||
1 |
= ч= 0,8 - КПД червячной передачи; |
|
||||
2 = м = 0,98 - КПД соединительной муфты; |
|
|||||
3 |
= п = 0,99 - КПД подшипников качения (1 пара). |
|
||||
ηобщ=0,8 ∙2 ∙0,98 ∙2 ∙0,99=0,753
Определим требуемую мощность двигателя по формуле (5)
Лист
Изм. Лист №документа Подпись Дата |
5 |
|
срдв = ηобщ,
396,82
Pдв = 0,753 = 526,96 Вт
Выберем наиболее оптимальный двигатель М71В6У3
Номинальная мощность Рном = 0,55 кВт; номинальная частота вращения nном = 900 мин-1
1.2. Определение передаточного отношения привода и его ступеней.
Определим частоту вращения выходного вала привода по формуле (6)
60 ∙вых = ∙ б,
где Dб - диаметр барабана, м;
V - скорость ленты, м/с.
60∙0,25
nвых = π∙0,315 = 15 мин-1
Определим общее передаточное отношение привода по формуле (7)
номобщ = вых,
где nном - асинхронная частота вращения выходного вала привода, мин-1.
900
iобщ= 15 = 60
По ГОСТ 2144-75 для червячных передач с числом витков z1 = 1 принимаем iобщ = 63.
1.3. Определение вращающих моментов и частоты вращения валов.
Частота вращения вала червяка n1 = nном = 900 мин-1
Частоту вращения вала колеса определим по формуле (8)
1
2 = общ
900
n2 = 63 = 14,28 мин-1
Изм. Лист №документа Подпись Дата
(5)
вала
(6)
(7)
(8)
Лист
6
|
Вращающий момент на валу червяка определим по формуле (9) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 = |
|
|
, |
(9) |
|
|
|
общ |
|
|||
|
|
|
|
∙ общ ∙ о |
|
||
|
где о = 1 - КПД опор приводного вала |
|
|||||
T1 = |
354,37 |
= 7,46 Н∙м |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
||
|
63∙0,753∙1 |
|
|
|
|
|
|
|
Вращающий момент на валу колеса определим по формуле (10) |
||||||
|
|
|
2 = 1 ∙ общ ∙ ч |
(10) |
|||
T2 = 7,46∙63 ∙ 0,8 = 376,08 Н∙м |
|
|
|
|
|
||
|
Результаты расчета запишем в таблицу 1. |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
|
Номер вала |
Частота вращения n, мин-1 |
Вращающий момент Т, Н м |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
900 |
|
7,46 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
14,28 |
|
376,08 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лист
Изм. Лист №документа Подпись Дата |
7 |
|
2. РАСЧЕТ ЧЕРВЯЧНОЙ ПЕРЕДАЧИ.
2.1. Выбор материала червяка и червячного колеса.
В качестве материала для червяка возьмем сталь 40Х, термическая обработка - улучшение с поверхностной закалкой ТВЧ.
Твёрдость поверхности 45 … 50 HRCЭ, твёрдость сердцевины 269 … 302 HB.
Механические характеристики материала: Gв = 900 МПа, GТ = 750 МПа.
Для выбора материала червячного колеса необходимо определить скорости скольжения
в контакте, что пока невозможно. В первом приближении скорость скольжения можно оценить по зависимости (11)
|
|
|
= 4,5 ∙ 10−4 |
∙ |
3 |
|
|
(11) |
||
|
|
∙ √ , |
||||||||
|
|
|
|
|
1 |
2 |
|
|
||
где n1 – частота вращения вала червяка, мин-1 (таблица 1); |
|
|||||||||
T2 – вращающий момент на валу червячного колеса, Н∙м (таблица 1). |
|
|||||||||
3 |
|
|
|
|
м⁄с |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
vS = 4,5 ∙ 10-4 ∙ 900 ∙ √376,08 = 2,92 |
|
|
|
|
|
|||||
Полученная скорость скольжения соответствует II группе материалов. |
|
|||||||||
В качестве материала для венца червячного колеса возьмем безоловянную бронзу марки |
||||||||||
БрА9Ж3Л. Способ литья – в |
кокиль, предел |
прочности Gв = 500 МПа, предел |
текучести |
|||||||
GТ = 230 МПа. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
2.2. Допускаемые контактные напряжения. |
|
|
|
|
||||||
Расчет будем вести для червячного колеса, т.к. оно обладает меньшей контактной |
||||||||||
прочностью. |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Определим допускаемое контактное напряжение по формуле (12) |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
= 300 − 25 ∙ , |
(12) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
σHP = 300 – 25 ∙ 2,92= 227 МПа
В передаче червяк находится в верхнем положении, поэтому значение σHP следует уменьшить на 15%. σHP = 192,95 МПа
2.3. Допускаемые напряжения изгиба.
Определим ресурс передачи по формуле (13)
= ∙ 365 ∙ ГОД ∙ 24 ∙ СУТ, (13)
где L – срок службы привода, лет;
Лист
Изм. Лист №документа Подпись Дата |
8 |
|
КГОД – коэффициент использования привода в течение года;
КСУТ – коэффициент использования привода в течение суток.
t = 7 ∙ 365 ∙ 0,8 ∙ 24 ∙ 0,3 = 14716,8 часов
Определим эквивалентное число циклов напряжений изгиба при переменном режиме
нагрузки и постоянной частоте вращения вала по формуле (14) |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
= 60 ∙ c ∙ |
|
|
|
∙ ∙ ∑[( |
|
|
) ∙ ] |
(14) |
|||||||||
вых |
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где с = 1 - число зацеплений зуба за один оборот колеса; |
|
|||||||||||||||||
mH = 9 - показатель степени; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
n - частота вращения вала (таблица 1). |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
N =60 ∙ 1 ∙ 14,28 ∙ 14716,8 ∙ [( |
1,4 |
)9 ∙0,002+ |
( |
1 |
)9 |
∙0,2 + ( |
0,75 |
)9 |
∙0,3+ ( |
0,5 |
)9 |
∙0,5] =3,34 ∙106 |
||||||
|
|
|
|
|
||||||||||||||
FE |
1 |
|
1 |
|
1 |
|
|
|
1 |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Определим коэффициент долговечности по формуле (15) |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
= √ |
|
, |
|
|
|
|
|
|
(15) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где NF lim = 106 – базовое число циклов.
|
|
6 |
|
= 0,87 |
|
|
|
|
Y = √ 10 |
|
|
|
|
|
|||
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
N |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3,34 ∙106 |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
Так как коэффициент долговечности YN выходит за пределы 1 ≤ YN ≥ 2,5, то следует |
||||||
принять его равным единице. |
|
|
|
|
||||
|
|
Определим допускаемое напряжение изгиба по формуле (16) |
|
|||||
|
|
|
|
|
= (0,08 ∙ |
+ 0,25 ∙ |
) ∙ , |
(16) |
|
|
|
|
|
В |
Т |
|
|
|
|
где GВ |
и GТ – пределы прочности и текучести бронзы при растяжении. |
|
||||
σFP = (0,08 ∙ 500 + 0,25 ∙ 230)∙1 = 97,5 МПа
2.4. Проектный расчёт червячной передачи.
Предварительно определим межосевое расстояние из условия обеспечения контактной выносливости рабочих поверхностей зубьев червячного колеса по формуле (17)
Лист
Изм. Лист №документа Подпись Дата |
9 |
|
3 |
|
∙ |
|
|
= 610 ∙ √ |
2 |
|
, |
(17) |
|
|
|||
|
2 |
|||
|
|
|
|
|
где T2 – вращающий момент на червячном колесе (таблица 1);
КН – коэффициент нагрузки;
σHP – допускаемые контактные напряжения.
|
|
3 |
376,08 ∙ 1,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
aw = 610 ∙√ |
= 147,51 мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
192,952 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
Округляем полученное значение межосевого расстояния до ближайшего значения из |
||||||||||||||||
ряда нормальных линейных размеров: aw = 160 мм. |
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
Выбираем число заходов червяка z1 в зависимости от передаточного числа u = |
iобщ > 1 |
|||||||||||||||
z1 = |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Определим число зубьев колеса по формуле (18) |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
= 1 |
∙ |
|
|
|
(18) |
||
z2 = 1 ∙ 63 = 63 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
Определим осевой модуль зацепления по формуле (19) |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= (1,4 … 1,7) ∙ |
|
|
(19) |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
m = |
(1,4…1,7)∙ |
160 |
|
= 3,55 .. 4,31 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
63 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
Полученное значение осевого модуля округляем до стандартного значения m = 4 |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
Определим коэффициент диаметра червяка в зависимости от принятого значения |
||||||||||||||||
модуля и числа зубьев колеса по формуле (20) |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
2 |
|
− 2 |
|
|
(20) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
2 ∙ 160 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
q = |
|
|
|
- 63 = 17 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
Полученное значение q округляем до стандартного, учитывая минимально допустимое |
||||||||||||||||
значение qmin = 0,212 z2 = 13,35 из условия прочности |
|
q = 16. |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
Определим коэффициент смещения инструмента по формуле (21) |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
− 0,5( |
+ ) |
(21) |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
x = |
160 |
- 0,5 ∙ (63 + 16) = 0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лист |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Изм. Лист |
|
№документа |
Подпись Дата |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10 |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||