Курсовая по ПМ (1)

СОДЕРЖАНИЕ

Оглавление

Введение 4

1. Предварительный расчёт привода 5

   1. Определение потребной мощности и выбор электродвигателя 5

   2. Определение передаточного числа привода и его разбивка по ступеням передач 8 Проверку выбранного электродвигателя на перегрузку производим по условию 9

1.4 Составление таблицы исходных данных 10

2. Расчет закрытой передачи 11

2.2. Расчет цилиндрических зубчатых передач 15

3. Расчет диаметров валов 22

4. Расчет открытой передачи 24

5. Выбор стандартной муфты 27

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Разраб.

Наумов К.

Лит.

Лист

Листов

Пров.

3

Т.контр.

ОмГТУ гр. ЭТМ-221

Н.контр

Утв.

Введение

Заданием на курсовой проект является конструирование привода ленточного конвейера, который, как и любая другая машина, включает в себя три основных узла: двигатель – передаточный механизм – исполнительный механизм.

В качестве двигателя используется стандартный электромотор трехфазного тока. Передаточный механизм содержит редуктор. Редуктором называют механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненный в виде отдельного агрегата, и служащий для передачи мощности от двигателя к рабочей машине. Назначение редуктора – понижение угловой скорости и повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим валом.

Исполнительным механизмом (ИМ) в данном проекте является приводной вал конвейера. Для ленточного конвейера – это вал приводного барабана.

Согласно полученному заданию спроектирован привод конвейера, т.е. произведены следующие расчеты: расчет вала на статическую прочность и на сопротивление усталости; расчет подшипников на заданный ресурс; а также разработаны чертежи в объеме, установленном заданием на курсовой проект. Все необходимые расчеты и пояснения особенностей конструкции и эксплуатации привода оформлены в виде пояснительной записки.

Лист

4

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

1.Предварительный расчёт привода

1.1 Определение потребной мощности и выбор электродвигателя

Определяем номинальный вращающий момент на ИМ по формуле:

𝐷б Т = 𝐹_𝑡 ∙ ₂₀₀₀

где: Ft — окружное усилие на рабочем элементе ИМ, кН;

𝐷б — диаметр барабана, мм.

250

Т = 2,8 ∙ = 0,35 кН ∙ м 2000

Определим постоянный вращающий момент на валу ИМ, эквивалентный переменному моменту, заданному графиком нагрузки. Эквивалентный вращающий момент рассчитывается по следующей формуле:

1

𝑇_𝑖 ² 𝑡_𝑖 ²

Т_Е = Т [∑ (_𝑇 ) ∙ _𝑡 ]

где: 𝑇_𝑖, 𝑡_𝑖 – ступени нагрузки (момента) и соответствующие ей время работы по графику нагрузки;

t – общее время работы под нагрузкой;

T – номинальный вращающий момент на ИМ, кНм.

1

Т_Е = 0,35 ∙ ^[(1,5⁾² ∙ 0,003 + 0,3 + ⁽0,5⁾² ∙ 0,7^]2 = 0,24кН ∗ м

Угловая скорость вращения вала ИМ определяется по формуле:

2000 ∙ 𝑉

𝜔 =

𝐷б

где: 𝑉 – скорость тягового элемента конвейера, м/с;

Лист

5

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

2000 ∙ 0,6

𝜔 = = 4,8 рад/с 250

Общий КПД находится как произведение КПД отдельных звеньев кинематической цепи по формуле:

𝜂₀ = 𝜂_ц ∙ 𝜂³ ∙ 𝜂_цп ∙ 𝜂_м

пп

𝜂₀ = 0.98 ∙ 0.99³ ∙ 0,94 ∙ 0,98 = 0,88

Расчетная мощность электродвигателя в киловаттах определяется по зависимости:

_{Р =} Т_Е∙𝜔 Р _𝜂0

где: 𝑇_𝐸 — постоянный вращающий момент на валу ИМ, эквивалентный переменному моменту, заданному графиком нагрузки, кНм;

 — угловая скорость вращения вала ИМ конвейера, рад/с;

_𝑂— общий КПД привода.

0,24 ∙ 8

Р_Р = _0.88 = 1,309 кВт = 1,5 кВт

Определим частоту вращения вала ИМ по формуле:

30 ∙ 𝜔

𝑛_им = _𝜋

где:  — угловая скорость вращения вала ИМ конвейера, рад/с.

30 ∙ 4,8

𝑛_им = _3,14 = 45,86 об/мин

Определим возможный диапазон общего передаточного числа кинематической схемы привода.

Общее передаточное число определяется как произведение передаточных чисел отдельных ступеней передач, входящих в кинематическую схему:

^𝑈0𝑚𝑎𝑥 ^{= 𝑈}1𝑚𝑎𝑥 ^{∙ 𝑈}2𝑚𝑎𝑥 ^{… 𝑈}𝑖𝑚𝑎𝑥

^𝑈0𝑚𝑖𝑛 ^{= 𝑈}1𝑚𝑖𝑛 ^{∙ 𝑈}2𝑚𝑖𝑛 ^{… 𝑈}𝑖𝑚𝑖𝑛

Лист

6

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

где: 𝑈_{0𝑚𝑎𝑥} , 𝑈_{0𝑚𝑖𝑛} – максимальное и минимальное общее передаточное число кинематической схемы привода;

𝑈_{0𝑚𝑎𝑥} = 5 ∙ 4 = 20

𝑈_{0𝑚𝑖𝑛} = 2,5 ∙ 1,5 = 3,75

Определим возможный диапазон асинхронной частоты вращения вала электродвигателя:

^𝑛э𝑚𝑎𝑥 ^{= 𝑛}им ^{∙ 𝑈}0𝑚𝑎𝑥

^𝑛э𝑚𝑖𝑛 ^{= 𝑛}им ^{∙ 𝑈}0𝑚𝑖𝑛

где: 𝑛_{э𝑚𝑎𝑥}, 𝑛_{э𝑚𝑖𝑛}; – максимальная и минимальная (для заданной кинематической схемы привода) расчетная частота вращения вала электродвигателя, об/мин;

𝑛_им – частота вращения вала ИМ, об/мин;

𝑈_{𝑂𝑚𝑎𝑥}; 𝑈_{𝑂𝑚𝑖𝑛} – максимальное и минимальное общее передаточное число кинематической схемы привода.

𝑛_{э𝑚𝑎𝑥} = 𝑛_им ∙ 𝑈_{0𝑚𝑎𝑥} = 45,86 ∙ 20 = 917,2 об/мин

𝑛_{э𝑚𝑖𝑛} = 𝑛_им ∙ 𝑈_{0𝑚𝑖𝑛} = 45,86 ∙ 3,75 = 171,975 об/мин

Из таблиц характеристик стандартных электродвигателей единой серии 4А выбираем электродвигатель по условиям:

1) 112МА8, 𝑛_таб = 700 об/мин, 𝛹𝑛=2,2, 𝑃таб = 2,2 кВт; Далее производим проверку выбранного двигателя

Лист

7

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

1.2 Определение передаточного числа привода и его разбивка по ступеням передач

Общее передаточное число привода определяется по формуле:

^𝑛табл

𝑈₀ = _𝑛

им

где: 𝑛_табл – асинхронная частота вращения электродвигателя, об/мин;

𝑛_им – частота вращения вала ИМ, об/мин;

𝑈_𝑂 – общее передаточное число привода электродвигателя.

700

𝑈₀ = _45,86 = 15,26

Определяем общее передаточное число редуктора по формуле

𝑈₀

𝑈_р = _𝑈

оп

где: 𝑈оп – передаточное отношение открытой передачи в данном случае это есть передаточное отношение цепной передачи которое примем равным 𝑈ц=2,5

15,26

𝑈_р = _2,5 = 6,3

Из стандартного ряда передаточных чисел выбираем ближайшее к полученному выше значению, принимаем 𝑈р

Точность разбивки общего передаточного числа проверяем следующим условием:

𝑈₀ − 𝑈_р ∙ 𝑈_оп

∆𝑈 = | |

𝑈₀

где: 𝑈_𝑂 – общее передаточное число привода электродвигателя;

𝑈_р – передаточное число быстроходной передачи;

Лист

8

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

15,26 − 6,3 ∙ 2,5

∆𝑈 = | | = 0,03 < 0,04 15,26

Условие выполняется.

По полученным погрешностям принимаем:

Электродвигатель: 112МА8, 𝑛_таб = 700 об/мин, 𝛹𝑛=2,2, 𝑃таб = 2,2 кВт;

Проверку выбранного электродвигателя на перегрузку производим по условию:

^Т𝑚𝑎𝑥 ^{∙ 𝑛}табл

Ртабл ≥ 0,13 ∙

𝜓 ∙ 𝑈₀ ∙ 𝜂₀

где: 𝑃_табл – номинальная мощность двигателя по каталогу, кВт;

𝑇_𝑚𝑎𝑥 – максимальный момент при эксплуатации (по графику нагрузки), Н*м;

𝑛_табл – асинхронная частота вращения вала электродвигателя по каталогу, об/мин;

 – кратность пускового момента по каталогу на электродвигатель.

Т_𝑚𝑎𝑥 = 1,5 ∙ Т

Т_𝑚𝑎𝑥 = 1,5 ∙ 0,35 = 0,525

0,525 ∙ 700

Р_табл ≥ 0.13 ∙ _{1,7 ∙ 15,26 ∙ 0,88} = 2,09 кВт

Так как 2,2кВт ≥ 2,09 кВт то условие выполняется, поэтому окончательно выбираем электродвигатель 112МА8, 𝑛_таб = 700 об/мин, 𝛹𝑛=2,2, 𝑃таб = 2,2 кВт;

Лист

9

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Исполнение 112МА8

Рис. 1 – Эскиз выбранного электродвигателя

1.4 Составление таблицы исходных данных

Таблица исходных данных позволяет начать проектирование с любого элемента кинематической схемы привода.

𝑛3 ≈ 𝑛ИМ

𝑇3 ≈ 𝑇

При расчете P1 за мощность электродвигателя принимается номинальная расчетная – Pрн , полученная по формуле:

Т ∙ 𝜔

Р_н = _𝜂

0

где: T – номинальный вращающий момент на ИМ, кНм;

_𝑂 – общий КПД привода;

 – угловая скорость вращения вала ИМ конвейера, рад/с.

0,35 ∙ 4,8

Ррн = = 1,90 кВт 0,88

Лист

10

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Составляем таблицу исходных данных:

Таблица 1 – Исходные данные

№ валов

𝑛_𝑖 , (об/мин)

𝑃_𝑖, (кВт)

Т_𝑖, (𝐻 ∙ м)

1

𝑛₁ = 𝑛_таб = 700

𝑃₁ = 𝑃_𝐻 ∙ 𝜂_м ∙ 𝜂_пп =

𝑃₁

Т₁ = 9550 ∙ _𝑛 =

1

1,84

= 9550 ∙

700

= 25,10

= 1,90 ∙ 0,98 ∙ 0,99 = 1,84

2

𝑛₁ 700

^{𝑛2 =} 𝑈 ⁼ 6,3

р

= 111,1

𝑃₂ = 𝑃₁ ∙ 𝜂_цп ∙ 𝜂_пп =

𝑃₂

Т₂ = 9550 ∙ _𝑛 =

2

1,71

= 9550 ∙ = 111,1

= 146,99

= 1,84 ∙ 0,94 ∙ 0,99 = 1,71

3

𝑛₂

𝑛₃ = _𝑈

= 44,44

=

111,1

2,5

𝑃₃ = 𝑃₂ ∙ 𝜂_𝑔 ∙ 𝜂_пп =

𝑃₃

Т₃ = 9550 ∙ _𝑛 =

3

1,65

= 9550 ∙ = 44,44

= 354,57

= 1,71 ∙ 0,98 ∙ 0,99 = 1,65

Проверка правильности расчетов

𝑛₃ = 44,44 об/мин ; 𝑛_ИМ = 45,86 об/мин ;

𝑇₃ = 354,57 Н ∙ м ; 𝑇 = 350 Н ∙ м

𝑛_им − 𝑛₃ 45,86 − 44,44

∆𝑛 = | | = | | = 0,031

𝑛_ИМ 45,86

𝑇 − 𝑇₃ 350 − 354,57

∆Т = | | = | | = 0,013

𝑇 350

где: T – номинальный вращающий момент на ИМ, Н*м; Погрешность составляет 2% (меньше 5%), что допустимо.

2. Расчет закрытой передачи

Исходные данные: 𝑇₁ = 25,10 Н ∙ м- вращающий момент на шестерне;

𝑛₁ = 700 об/мин- частота вращения шестерни;

𝑛₂ = 111,1 об/мин-частота вращения колеса;

𝑈_Р = 6,3 - передаточное число.

Лист

11

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата

Выбор твердости, термической обработки и материала колес.

В зависимости от вида изделия, условий его эксплуатации и требований к габаритным размерам выбирают необходимую твердость колес и материалы для их изготовления.

Вал с шестернею будет изготовлен из улучшение и закалка ТВЧ стали 40Х:

𝜎 = 750 Мпа,

50HRC; 484HB

Допускаемые контактные напряжения [𝜎]𝐻1 для шестерни и [𝜎]𝐻2 для колеса определяют по общей зависимости, учитывая влияние на контактную прочность долговечности (ресурса), шероховатости сопрягаемых поверхностей зубьев и окружной скорости:

𝜎_{Н lim} ∙ 𝑍_𝑁 ∙ 𝑍_𝑅 ∙ 𝑍_𝑣

^[𝜎^]𝐻_1,2 = _𝑆

𝐻

где: 𝑆_𝐻 – коэффициент запаса прочности

𝑍_𝑁 – коэффициент долговечности;

𝑍_𝑅 – коэффициент, учитывающий шероховатость сопрягаемых поверхностей зубьев;

𝑍_𝑣 – коэффициент, учитывающий окружную скорость;

𝜎_{Н lim} – предел контактной выносливости.

Предел контактной выносливости 𝜎Н 𝑙𝑖𝑚 вычисляют по эмпирическим формулам в зависимости от материала и способа термической обработки зубчатого колеса и средней твёрдости (HBср или HRCср) на поверхности зубьев.

Согласно таблице для нашей стали формула нахождения контактной выносливости выглядит следующим образом:

𝜎_{Н 𝑙𝑖𝑚} = 17 ∙ 𝐻𝑅𝐶 + 200

𝜎_{Н 𝑙𝑖𝑚} = 17 ∙ 50 + 20 = 1050Мпа

Минимальные значения коэффициента запаса прочности для зубчатых колес с однородной структурой материала 𝑆𝐻 = 1,1;

Коэффициент долговечности 𝑍𝑁 учитывает влияние ресурса:

⁶ 𝑁_𝐻𝐺 ⁶ 83320165

𝑍_𝑁 = √ _𝑁 = ^√ => 1

_𝑘 883008000

Лист

12

Изм.

Лист

№ докум.

Подп.

Дата