1.ВВЕДЕНИЕ
В основу методики работы над проектом вчетырех стадиях проектирования (техническом задании,эскизном,техническом проектах и рабочей документации) положено его деление на ряд последовательно решаемых задач.Это систематизирует работу над проектом; создается необходимаяритмичность его выполнения,которая обеспечивает своевременность как сдачи отдельных задач,так и защиты проекта.
Проектирование это разработка общей конструкции изделия. Конструирование это дальнейшая детальнаяразработка всех вопросов,решение
которых необходимо для воплощения принципиальной схемы вреальную конструкцию.
Проект это документация,получаемая врезультате проектированияи конструирования.
Правила проектирования и оформленияконструкторской документации стандартизированы.ГОСТ2.103-68устанавливает стадии разработки конструкторской документации на изделиявсех отраслей промышленности и этапы выполнения работ: техническое задание,техническое предложение (при курсовом проектировании не разрабатывается),эскизный проект,технический проект,рабочая документация.
Техническое задание на проект содержит общие сведенияо назначении и разработке создаваемой конструкции,предъявляемые к ней эксплутационные требования,режим работы,ее основные характеристики (геометрические,силовые, кинематические и др.).
Эскизный проект (ГОСТ 2.119-73) разрабатываетсяобычно внескольких (или одном) вариантах и сопровождается обстоятельным расчетным анализом,врезультате которого отбирается вариант дляпоследующей разработки.
Технический проект (ГОСТ 2.120-73) охватывает подробнуюконструктивную разработкувсех элементовоптимального эскизного варианта с внесением необходимых поправок и изменений,рекомендованных при утверждении эскизного проекта.
Рабочаядокументация заключительнаястадия Работая над проектом,следует провести краткое описание работы привода,то есть
произвести кинематические расчеты,определить силы,действующие на звенья узла, произвести расчеты конструкции на прочность,выбрать соответствующие материалы, указатьпреимущества и недостатки,а также особенности конструкции и расчета.
Работу проводить,используядействующие стандарты,нормали и справочную литературу.
2.КИНЕМАТИЧЕСКИЙ И СИЛОВОЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА
2.1.Исходные данные
2.1.1.Окружное усилие на звездочке: F4 = 4.4 кН;
2.1.2.Скорость цепи: Vц = 0.8м/сек;
2.1.3.Шаг цепи трансортера: Pзв = 160мм;
2.1.4.Число зубьев: Z = 7;
2.1.5.Режим нагружения: Iн = 2;
2.1.6.Расчетный ресурс: ts = 10000часов;
2.1.7.Производство: P = 1000штук/год;
2.1.8.На рис.1 приведена кинематическая схема привода в соответствии с заданием
Рис.1 Кинематическая схема
2.2. Определениеприводамощностей, передаваемых валами.
2.2.1.Определение мощности, передаваемым валом4.
P4 = F4 Vц = 4.4 0.8 = 3.5 кВт
2.2.2.Значения ηi для каждой передачи принимаем по рекомендациям
a) η1 = 0.96 - КПД зубчатой передачи; б) ηм = 0.98 - КПД муфты; в) ηр = 0.95 - КПД ременной передачи;
г) ηпод = 0.99 - КПД одной пары подшипников.
2.2.3Общий КПД привода:
η= η12 ηр ηпод4 ηм = 0.962 0.95 0.994 0.98 = 0.82
с. 5 [2] с. 7 [2]
с. 5 [2]
тогда: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Вал 4: P4 = 3.5 |
|
кВт; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
Вал 3: |
P3 |
= |
|
|
|
P4 |
|
|
|
= |
|
|
|
3.5 |
|
|
= |
3.6кВт; |
||||||||||||
ηм |
ηпод |
0.98 |
0.99 |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
Вал 2: |
P2 |
= |
|
|
|
P3 |
|
|
|
= |
|
|
|
3.6 |
|
|
= |
3.8кВт; |
||||||||||||
η1 |
|
ηпод |
0.96 |
0.99 |
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
Вал 1: |
P1 |
= |
|
|
|
P2 |
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
3.8 |
|
|
|
= 4 кВт; |
||||||||||
|
η1 ηпод2 |
|
0.96 0.992 |
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
Вал дв: |
Pдв |
= |
P1 |
= |
|
4.0 |
|
= |
4.2кВт; |
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
ηр |
|
0.95 |
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
2.2.4 Определение частоты вращениявала 3: |
||||||||||||||||||||||||||||||
Dзв |
= |
|
|
|
Pзв |
|
|
|
= |
|
|
|
160 |
|
|
= 368.0мм; |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
sin Zπ |
|
|
|
sin π7 |
|||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
n4 |
= |
|
6 104 |
Vц |
= |
6 104 0.8 |
= |
|
42.0об/мин; |
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
π 368.0 |
|
||||||||||||||
|
|
|
π Dзв |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
2.2.5. Передаточные числа ступеней привода представим в виде
Uобщ = U1_2 U2_3 U3_4 где
U1_2 = 1.51 - передаточное число ременной передачи;
U2_3 = 5.22 - передаточное число зубчатой передачи быстроходной ступени редуктора; U3_4 := 4.27 - передаточное число зубчатой передачи тихоходной ступени редуктора;
Uобщ = U1_2 U2_3 U3_4 = 1.51 5.22 4.27 = 33.66
2.2.6 Требуемая частота вращения вала электродвигателя: nтр = n4 Uобщ = 42 33.7 = 1413.7 об/мин;
2.3. Выбор электродвигателя.
2.3.2. Характеристика принятого двигателя.
По таблице 24.9 с 459 [2] по требуемой мощности выбираем трехфазный асинхронный электродвигатель АИР112МL4 ТУ 16-525.564-84 единой серии АИР с короткозамкнутым
ротором типа IM 1081, с мощностью Pэдв = 5.5кВт Kп_н = 2.2синхронной частотой
вращения nсин := 1500об/мин и скольжением s = 4.5%,закрытый, обдуваемый. Размеры
и конструкция представлены в табл 2 и рис 2. соответственно.
2.3.2.1. Скорость вала двигателя |
4.5 |
|
|||
nдв = nсин − nсин |
s |
= 1500 − 1500 |
= 1432.0об/мин; |
||
100 |
100 |
||||
|
|
|
|||
с. 5 [2]
с. 6 [2]
с. 5 [2]
с. 5 [2]
2.4. Фактическое значение частоты вращения вала 4. |
с. 8 [2] |
||||||||
|
|
nдв |
|
1432 |
|
|
|
||
Uобщ_ф |
= |
= |
= 34.1 |
об/мин; |
|
|
|||
|
|
|
|
|
|||||
n4 |
42 |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Отклонение составит |
|
|
|
|
|||||
U = |
Uобщ_ф − Uобщ |
100 = |
34.1 − 33.66 |
100 = 1.29 |
% находится в пределах |
||||
|
|
|
|
|
34.1 |
||||
|
Uобщ_ф |
||||||||
|
|
|
|
|
|||||
допустимых значений (-3%< |
U <3%) |
|
|
||||||
2.5. Расчет частот вращений валов. |
|
|
|||||||
2.5.1. Используем зависимость
ni = ni/U i-1+i |
|
|
|
|
|
||||||
Вал дв: nдв = 1432 |
об/мин; |
|
|
||||||||
Вал 1: n1 |
= |
|
|
nдв |
= |
1432.0 |
= 948.0об/мин; |
||||
|
|
|
|
|
|
||||||
|
U1_2 |
1.51 |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Вал 2: n2 |
= |
|
n1 |
|
= |
948.0 |
= |
181.0 |
об/мин; |
||
U2_3 |
5.22 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||
Вал 3: n3 |
= |
|
n2 |
|
= |
181.0 |
= |
42.0 |
об/мин; |
||
U3_4 |
4.27 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
||||||
Вал 4: n4 |
= n3 |
= 42.0 = 42.0 |
об/мин; |
||||||||
2.6Расчет угловых скоростей валов.
ωi = π·ni/30
Вал дв: ωдв |
= |
|
π nдв |
= |
|
π 1432.0 |
= |
149.0 |
-1 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
c ; |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
Вал 1: ω1 |
= |
|
π n1 |
|
= |
|
π 948.0 = |
99.0 |
-1 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
c |
; |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
Вал 2: ω2 |
= |
|
π n2 |
|
= |
|
π 181 |
|
= |
|
19 |
|
|
-1 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
c |
|
; |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Вал 3: ω3 |
= |
|
π n3 |
|
= |
|
π 42.0 |
= |
4.4 |
|
|
|
-1 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
c |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Вал 4: ω4 |
= |
|
π n4 |
|
= |
|
π 42.0 |
= |
4.4 |
|
|
|
-1 |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
c |
; |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
2.7. Расчет крутящих моментов. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
Ti = Pi/ηiUi_i-1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
F4 103 Dзв 10− 3 |
|
|
|
4.4 103 368.0 10− 3 |
|
|||||||||||||||||||||||||
Вал 4: |
T4 |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
= 809.0Hм; |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Вал 3: |
T3 |
= |
|
|
T4 |
|
= |
809 |
|
= 825Hм; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
ηм |
0.98 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Вал 2: |
T2 |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
825 |
|
|
= |
210Hм; |
|||
|
|
ηпод2 |
η1 ηм U3_4 |
|
|
0.992 |
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
0.96 0.98 4.27 |
|
||||||||||||||||||||||||||
Вал 1: |
T1 |
= |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
T2 |
|
|
|
|
= |
|
|
|
|
|
|
210.0 |
|
|
= |
42.8Hм; |
|
||||||
|
|
U2_3 |
η1 ηпод2 |
|
5.22 0.96 0.992 |
|
|||||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
Вал дв: |
Tдв |
= |
|
|
|
|
|
T1 |
|
|
|
= |
|
|
|
42.8 |
|
|
|
= 29.5Hм; |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
U1_2 η1 |
1.51 0.96 |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
с. 8 [2]
с. 10 [2]
2.7.2. Расчет сведен в таблицу 1
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
№ Вала |
Передаточное |
Крутящий |
Мощность |
Частота |
Угловая скорость |
|
К.П.Д. |
|
число (U) |
момент на |
на валах, |
вращения валов |
вращения валов |
|
Передачи |
|
|
валу, (Н·м) |
(кВт) |
(об/мин) |
(1/c) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
дв. |
- |
29,5 |
4,2 |
1432 |
149 |
|
- |
|
|
|
|
|
|
||
1 |
|
42,8 |
4 |
948 |
99 |
|
|
1,51 |
|
0,96 |
|||||
|
|
|
|
|
|
||
2 |
210 |
3,8 |
181 |
19 |
|
||
|
|
|
|||||
5,22 |
|
0,96 |
|||||
|
|
|
|
|
|
||
3 |
825 |
3,6 |
42 |
4,4 |
|
||
|
|
|
|||||
4,27 |
|
0,95 |
|||||
|
|
|
|
|
|
||
4 |
809 |
3,5 |
42 |
4,4 |
|
||
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис.2 Электродвигатель АИР100L2
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d1 |
l1 |
l30 |
b1 |
h1 |
l20 |
l21 |
d20 |
d22 |
d24 |
d25 |
h37 |
28 |
60 |
391 |
8 |
7 |
4 |
14 |
215 |
15 |
250 |
180 |
147 |
2.8. Выводы
2.8.1. Расчеты Pi, Ti, ni, являются предварительными и могут бытьизменены и уточнены при
дальнейших расчетах привода.
2.8.2. Данные таблицы 1 являются исходными данными для дальнейших расчетов.
3Придворительный расчет и конструирование валов.
3.1Конструирование вала 1 - ведущий вал зубчатой передачи 1 ступени, конструкция - выполнен в виде вал - шестерня.
Диаметр:
dв1 = 7 3
T1 = 7 3
42.8 = 24.5 мм
Примем dв1 = 30мм (принимая из ряда стандарных диаметров ГОСТ 6639-69 и принимая
из ряда стандарных диаметров внутренней обоймы подшипников ГОСТ 8338-75) dв2 ≥ dв1 + 2 tцил где tцил = 1.5ммвысота заплечника
dв2 = dв1 + 2 tцил = 30 + 2 1.5 = 33 мм
примем dв2 = 36мм (с учетом сдантарта диаметров ГОСТ 6639-69) Предворительная компановка вала 1 представлена на рис 3.
Рис 3. Предворительная компановка вала 1
3.2 Конструирование вала 2 - ведомый вал зубчатой передачи 1 ступени и ведущий вал зубчатой передачи 2 ступени. Конструкция - выполнен ввиде вал-шестреня.
Диаметр:
dв6 = 5 3
T2 = 5 3
210 = 29.72 мм
с. 45 [2]
с. 45 [2]
Примем dв6 = 30 мм (принимая из ряда стандарных диаметров ГОСТ 6639-69 и с учетом |
с. 45 [2] |
|
сдантарта диаметров внутренней обоймы подшипников ГОСТ 8338-75) |
|
|
dв7 ≥ dв6 + 2 tцил где tцил = 3.5ммвысота заплечника |
|
|
dв7 |
= dв6 + 2 tцил = 30 + 2 3.5 = 37 мм |
с. 45 [2] |
примем dв7 = 38мм (принимая из ряда стандарных диаметров ГОСТ 6639-69 ) |
|
|
dв8 |
≥ dв7 + 3 f где f = 1.2ммразмер фаски колеса |
|
dв8 |
= dв7 + 3 f = 38 + 3 1.2 = 41.6 мм |
|
примем dв8 = 42мм (принимая из ряда стандарных диаметров ГОСТ 6639-69) |
с. 45 [2] |
|
Предворительная компановка вала 2 представлена на рис 4. |
|
|
Рис 4. Предворительная компановка вала 2 3.3 Конструирование вала 3 - ведомый вал зубчатой передачи 2 ступени. Конструкция
вала - отдельно от зубчатого колеса. Диаметр:
dв11 = 5 3
T3 = 5 3
825 = 46.89 мм
Примем dв11 = 50 мм (принимая из ряда стандарных диаметров ГОСТ 6639-69) dв13 ≥ dв11 + 2 tцил где tцил = 3.5ммвысота заплечника
dв13 = dв11 + 2 tцил = 50 + 2 3.5 = 57 мм
примем dв13 = 55мм (принимая из ряда стандарных диаметров ГОСТ 6639-69 и с учетом
сдантарта диаметров внутренней обоймы подшипников ГОСТ 8338-75) dв12 ≥ dв13 + 3 f где f = 2ммразмер фаски колеса
dв12 = dв13 + 3 f = 55 + 3 2 = 61 мм
примем dв12 = 62мм (принимая из ряда стандарных диаметров ГОСТ 6639-69) Предворительная компановка вала 3 представлена на рис 5.
с. 45 [2]
с. 45 [2]
с. 45 [2]
|
|
Рис 5. Предворительная компановка вала 3 |
|
|||||
3.4 Вал 4 - приводной вал |
|
|
|
|||||
Конструкция вала - выполнен отдельно от звездочек. |
|
|||||||
Диаметр: |
|
|
|
|
|
|
||
dв20 = 5 3 |
|
= 5 |
3 |
|
= |
47 мм |
|
|
T4 |
809 |
|
||||||
Примем dв20 = 50мм |
|
|
|
|
|
|
||
dв21 ≥ dв20 + 2 tцил |
где tцил |
= |
2ммвысота заплечника |
|
||||
dв21 = dв20 + 2 tцил = 50 + |
2 |
2 = 54 мм |
|
|||||
примем dв21 = 55мм (принимая из ряда стандарных диаметров ГОСТ 6639-69 и с |
|
|||||||
учетом сдантарта внутренних диаметров манжет) |
|
|||||||
dв22 ≥ dв21 + 2 tцил |
где tцил |
= |
1.5ммвысота заплечника |
|
||||
dв22 = dв21 + 2 tцил = 55 + |
2 |
1.5 = 58 мм |
|
|||||
примем dв22 = 55мм (принимая из ряда стандарных диаметров ГОСТ 6639-69) |
с. 45 [2] |
|||||||
dв23 ≥ dв22 + 2 tцил |
где tцил |
= |
4.5ммвысота заплечника |
|
||||
dв23 = dв22 + 2 tцил = 55 + |
2 |
4.5 = 64 мм |
|
|||||
примем dв23 = 70мм (принимая из ряда стандарных диаметров ГОСТ 6639-69) dв24 ≥ dв23 + 3 f где f = 2ммразмер фаски ступицы звездочки
dв24 = dв23 + 3 f = 70 + 3 2 = 76 мм Примем dв24 = 75мм
dв25 ≥ dв24 + 3 f где f = 2ммразмер фаски ступицы звездочки dв25 = dв24 + 3 f = 75 + 3 2 = 81 мм
Примем dв25 = 92мм
4. Предварительный выбор подшипников и торцевых крышек.
Согласно с.50-51 [2] выбираем подшипники, с. 465, табл. 24.16 [2]:
4.1 Выбор подшипников под вал 1 и вал 2
Так как на валу отсутствует осевая нагрузка примем шариковый радиальнй однорядный подшипник 306 ГОСТ 8338-75 рис 6.
Рис 6. Подшипник 306 ГОСТ 8338-75. посадочный диаметр внутренней обоймы dв1 = 30 мм посадочный диаметр наружней обоймы dв4Н = 72мм ширина 19 мм статическая грузоподъемность С01 = 14.6кН
динамическая грузоподъемность С1 = 28.1кН
4.2 Выбор подшипников под вал 3
Так как на валу отсутствует осевая нагрузка примем роликовый радиальнй однорядный
подшипник 42211 ГОСТ 8328-75 рис 8.
посадочный диаметр внутренней обоймы dв13 = 55 мм посадочный диаметр наружней обоймы dв6Н = 100мм
ширина 21 мм статическая грузоподъемность С03 = 34 кН
динамическая грузоподъемность С3 = 56кН
Рис 8. Подшипник 42211 ГОСТ 8328-75.
4.2 Выбор подшипников под вал 3
Так как растояние между опорами вала большое, предпологается его изгиб примем сферический подшипник 1211 ГОСТ 28428-90 рис 9.
Рис 9. Подшипник 1211 ГОСТ 27365-87.