Расчет привода механической системы.

Задание 7.2:

Спроектировать привод к конвейеру по схеме на рисунке 1, окружное усилие Ft=3,1 кН, окружная скорость барабана V=0,7 м/с, диаметр барабана D=250 мм, включающий в себя электродвигатель, муфту фланцевую, (болты поставлены с зазором), ременную передачу от муфты до вала редуктора, который имеет зубчатую передачу.

Исходные данные:

Электродвигатель, муфта, передаточные механизмы.

окружное усилие Ft=3,1 кН;

окружная скорость барабана V=0,7 м/с;

диаметр барабана D=250 мм.

Рисунок 1

1. Кинематический расчет привода и выбор электродвигателя по гост.

1. Требуемая мощность электродвигателя:

Р₃=Ft * V=3,1*0,7=2170 Вт

кВт.

Где: η₁ = 0,96 - КПД зубчатой передачи.

= 0,96 - КПД зубчатой передачи.

2. По требуемой мощности подбираем электродвигатель по ГОСТ,

причем P_дв.≥ P_тр.

Выбираем двигатель.

Р_дв. = 3 кВт ; n_дв. = 960 об/мин.

Тип электродвигателя АО2- 41 – 6.

Диаметр вала d_вала = 32 мм.

3. Передаточные числа привода. Общее передаточное число.

Где ω₁ – угловая скорость ведущего вала привода.

рад/с.

рад/с

рад/с.

Разбиваем общее передаточное число по ступеням привода.

U_общ.= U₁∙ U₂

U₁ – передаточное число первой передачи. ( зубчатая).

U₂ – передаточное число второй передачи. ( зубчатая).

U_об. = 0,96∙ 0,97 = 0,93

U₁ = 4

4. Мощность на каждом валу привода.

Для ведущего вала.

Р₁ = Р_дв = 3 кВт.

Для промежуточного вала.

Р₂ = Р₁∙ η₁

Р₂ = 3∙ 0,96 = 2,88 кВт.

Для ведомого вала.

Р₃ = Р₂∙ η₂

Р₃ = 2,88∙ 0,97 = 2,79 кВт.

5. Угловые скорости и число оборотов на каждом валу привода.

Для ведущего вала привода.

ω₁ = 100,48 рад/с

n₁ = n_дв. = 960 об/с

Для промежуточного вала привода.

ω₂ = ω₁ / U₁;

n₂ = n₁ / U₁

ω₂ = 100,48 / 4 = 25,12 рад/с

n₂ = 960 / 4 = 240 об/с

Для ведомого вала привода.

ω₃ = ω₂ / U₂;

n₃ = n₂ / U₂

ω₃ = 25,12 / 4,49 = 5,59 рад/с

n₃ = 240 / 4,49 = 53,45 об/с

6. Крутящие моменты на каждом валу привода.

Для ведущего вала.

T₁ = P₁ / ω₁

T₁ = 3∙ 10³ / 100.48 = 29.856 H∙ м

Для промежуточного вала.

T₂ = P₂ / ω₂

T₂ = 2.88∙ 10³ / 25,12 = 114,6 Н∙ м

Для ведомого вала.

T₃ = P₃ / ω₃

T₃ = 2.790∙ 10³ / 5,52 = 499,1 Н∙ м

7. Расчет муфты.

Выбор муфты по ГОСТ.

Муфта фланцевая, болты поставлены с зазором.

Рассчитаем крутящий момент.

Т_р = К_р ∙ Т_ном.

К_р = 1,4 [ 2,т17,1]

Т_р = 1,4∙ 29,86 = 41,8 Н*м

Выбираем муфту с параметрами:

T_p = 125 H∙ м L_{1 исп} = 170 D₀ = 85 D₁ = 112 [2.т17,4]

l_{1 исп} = 80 b = 15 d_ст = 50

Болты М10, Z = 4_шт.

Рисунок 2 – Фланцевая муфта болты поставлены с зазором

Фланцевые муфты надежно соединяют соосные валы и способны передавать большие моменты; они просты по конструкции, дешевы и могут соединять валы разных диаметров.

На работу муфты существенно влияют толчки, удары и колебания, обуславливаемые характером работы приводимой в движение машины. Поэтому расчет муфты ведут не по номинальному моменту Т, а по расчетному Т_р. Выбираем по диаметру вала d_в=32 и по расчетному крутящему моменту Т_р

[Т_р] – допускаемый расчетный момент;

Д₀ – диаметр окружности, на которой расположены болты;

l – длина полумуфты;

L – длина муфты;

d_ст – диаметр ступицы;

Д – наружный диаметр муфты;

z – количество болтов.

Если все болты установлены в отверстия с зазором их рассчитывают на силу затяжки F_з, которая создает на стыке полумуфт силы трения, достаточные для передачи вращающего момента Т.

Условие прочности:

F_з=, (6)

где Д₀ – диаметр окружности, на которой расположены болты, мм;

z – общее число болтов;

f – коэффициент трения: f=0,15…0,20;

[F] – допускаемая осевая нагрузка для затянутых болтов, Н. Зависит от диаметра болта и от материала из которого изготавливаются болты.

F_з=Н

Болт работает на растяжение, связи с возможным сдвигом деталей.

F_тр. = К_з ∙ F

F_тр. = 1.4∙ 11488,97 = 16084,56 Н

К_з – Коэфицент запаса от сдвига.

К_з – 1.3÷ 1.5 при статической нагрузке.

К_з – 1.8÷ 2 при динамической нагрузке.

F₃ = F_тр./ ( f_тр. ∙ I )

F₃ = 16084,56 / (0.17 ∙ 4) = 23653,76 Н

F_тр. – Коэфицент трения (табличные данные) зависит от материала соединения.

i – количество плоскостей сдвига.

Стержень болта проверяется на растяжение от силы затяжения F₃ и крутящие моменты при затяжке болта.

Коэфицент крепления К_к = 1.3

Рассчитываем болт по силе затяжки.

F_усил. = К_к ∙ F₃

F_усил. = 1.3 ∙ 23653,76 = 30798,89 Н

Должно выполнятся условие:

δ_р = F_усил. / А_р. ≤ [ δ ]

δ_р = 30798,89 / 452.16 = 48.20

А_р = 3.14∙ 12² / 4 ∙ 4 = 452.16

Выбор шпонки по ГОСТ 23360-78 [2, т. 4.1]

Подбираем по диаметру вала d_в=32 мм

Ширина b=10мм

Высота h=8мм

Глубина паза вала t₁=5мм

Глубина паза втулки t₂=3,3мм

Длина шпонки l_ш=70мм

Рассчитываем шпонку на смятие.

δ_см. = F_см. / А_см.

[ δ_см. ] = 80-100 Мпа.

F_см. = Т_р. / ( d_в./ 2)

F_см. = 41,8 / 16 = 2,61 Н

А_см. = ( l_ш – b) ∙ (h – t₁)

A_см. = ( 70 – 10) ∙ (8-5) = 180 _мм²

δ_см. = 2,61 / 180 = 0,0145 Мпа.≤ [ δ_см.]

Условие выполняется, муфта подобрана верно.