курсовой проект / анис / KP_арт1

Министерство РФ по высшему и профессиональному образованию

Саратовский государственный технический университет

Балаковский институт техники, технологии и управления

Механический факультет

Кафедра ПСМ

Курсовой проект

по дисциплине: “АСПЭТС”

Тема: “Проектирование привода технической системы”

Выполнил: ст. гр. УИТ-42

Сысолятин А. С.

Проверил: преп.

Козлова С.Н.

Балаково 2000

Содержание

Задание на курсовой проект……………………………………….....	3
1 Расчет привода с выбором электродвигателя по ГОСТ ...........	4
2 Расчет цилиндрической передачи привода ...............………….	6
3 Расчет фланцевой муфты .............................................………..	9
4 Расчет ведомого вала цилиндрической передачи ……….......	11
Список литературы .....…………………….………….....................	18

Задание на курсовой проект

Вариант №42

Спроектировать и рассчитать привод технической системы и передачу. Подобрать по ГОСТ и рассчитать фланцевую муфту, соединяющую валы двигателя и передаточного механизма. Выполнить полный расчет ведомого вала цилиндрической передачи. Подобрать по ГОСТ и проверить на прочность штифтовое соединение ведомого вала цилиндрической передачи с колесом.

Исходные данные: Р₃ = 18 кВт, ω₃ = 8 рад/с.

1 Расчет привода с выбором электродвигателя по ГОСТ

1.1 Общий КПД привода:

КПД закрытой червячной передачи с 4 заходами червяка η₁ = 0,85

КПД открытой цилиндричекой передачи η₂ = 0,93

КПД одной пары подшипников качения η₃ = 0,99

Общий КПД привода: η_общ = η₁ η₂ η₃⁴ = 0,85·0,93·0,99⁴ = 0,76.

1.2 Требуемая мощность электродвигателя

.

1.3 Выбор электродвигателя по ГОСТ:

Р_дв ≥ Р_тр

Выбрали асинхронный электродвигатель 4АА180М2У3,

для которого Р_дв = 30 кВт, s = 1,9 % = 0,019, n_дв=3000 ^об/_мин , d_в = 55 мм

1.4 Параметры входного вала:

Р₁ = Р_дв = 30 кВт,

с учетом скольжения n₁ = n_дв(1-s) = 3000 (1-0,019) = 2943 ^об/_мин ,

ω₁ = π n₁ / 30 = π∙2943 / 30 = 308,2 ^рад/_с .

1.5 Общее передаточное отношение и передаточные числа кинематических пар привода:

u _общ = u₁∙u₂,

где u₁ – передаточное число червячной передачи,

u₂ – передаточное число цилиндрической передачи,

Используя (1, табл 12.4) принимаем u₁ = 10.

Тогда ,

1.6 Мощность на каждом валу привода:

Р1 = 30 кВт

Р2 = Р1 η₁ η₃³ = 30 ∙ 0,85 ∙ 0,99³ = 24,74 кВт

Р3 = Р3 η₂ η₃ = 24,74 ∙ 0,93 ∙ 0,99² = 22,78 кВт

1.7 Угловые скорости и число оборотов на каждом валу:

ω₁ = 308,03 ^рад/_с n₁ = 2943 ^об/_мин

^рад/_с ^об/_мин

^рад/_с ^об/_мин

1.8 Крутящий момент на каждом валу привода:

Н∙м

Н∙м

Н∙м

2 Расчет цилиндрической прямозубой передачи

2.1 Выбор материала зубчатых колес:

Материал шестерни – сталь 40ХН улучшенная твердостью 295НВ.

Материал колеса – сталь 40ХН нормализованная твердостью 250НВ [1, стр. 130].

Для которых допускаемые контактные напряжения:

[_H]₁ = 540 МПа [1, стр. 181],

[_H]₂ = 466 МПа [1, стр. 181],

[_H] = 503 МПа [1, стр. 181].

Допускаемые напряжения изгиба:

[_F]₁ = 465 МПа [1, стр. 181],

[_F]₂ = 425 МПа [1, стр. 181].

2.2 Расcчет межцентрового расстояния:

,

k_a – коэффициент [1, стр. 162], k_a = 49,5;

k_H - коэффициент распределения нагрузки по длине зуба [1, табл. 9.11], выбирается в зависимости от _вd:

k_H=1,06

_вd = _ва(U₃ + 1)/2 = 0,5(3,85 + 1)/2 = 1,21;

_ва – коэффициент ширины зуба, _ва = 0,5.

мм.

Округляем межцентровое расстояние по ГОСТ [1, табл. 9.2]:

а = 315 мм.

2.3 Назначаем число зубьев шестерни:

z₁ = 20,

Выбираем число зубьев зубчатого колеса

z₂ = z₁U_б = 203,85 = 77.

2.4 Модуль зацепления передачи

мм.

Округляем по ГОСТ модуль зацепления [1, 9.1]:

m = 7 мм.

2.5 Основные размеры шестерни и колеса:

Диаметры делительных окружностей:

d₁ = mz₁ = 720 = 140 мм,

d₂ = mz₂ = 777 = 539 мм.

Диаметры выступов зубьев:

d_а1 = d₁ + 2m = 140 + 27 =157 мм,

d_а2 = d₂ + 2m = 539 + 27 = 553 мм.

Диаметры впадин зубьев:

d_F1 = d₁ – 2,5m = 140 – 2,57 = 122,5мм,

d_F2 = d₂ – 2,5m = 539 – 2,57 = 521,5 мм.

Ширина венца зубчатого колеса:

b₂ = _ваa = 0,5315 = 157,5 мм,

b₁ = b₂ + 5 = 157,5 + 5 = 162,5 мм.

2.6 Окружная скорость

м/с.

2.7 Степень точности изготовления передачи [1, табл. 9.9]:

S = 9.

2.8. Проверочный расчет передачи на контактную прочность

.

Z_M = 275 (H/мм²)^1/2 – механический коэффициент [1, стр.163],

Z_H = 1,77 – коэффициент формы зуба [1, стр. 163],

Z = 1 – коэффициент контактных линий [1, стр. 163],

k_H = k_H k_H k_HV – общий коэффициент нагрузки,

k_H = 1 – коэффициент распределения нагрузки между зубьями для прямозубых колес равен единице.

k_HV = 1 – динамический коэффициент [1, стр. 164],

k_H = 11,061 = 1,06.

МПа.

_H = 389,35 МПа [_H] = 503 МПа.

Условие прочности выполняется.

2.9. Проверочная прочность на изгиб.

Определяем эквивалентное число зубьев:

так как =0

z_v1 = z₁ = 20 – эквивалентное число зубьев шестерни,

z_v2 = z₂ = 77– эквивалентное число зубьев зубчатого колеса.

Коэффициент формы зуба [1, табл. 9.10]:

У_F1 = 4,09, У_F2 = 3,61.

Находим отношения:

[_F]₁ / У_F1 = 465/4,09 = 113,69

[_F]₂ / У_F2 = 425/3,61 = 117,72.

Расчет проводим для того колеса, у которого это отношение меньше:

,

У = 1 – коэффициент перекрытия колес [1, стр. 164],

У = 1 – коэффициент наклона зуба,

k_F = k_F k_F k_FV – общий коэффициент нагрузки

k_F = 1,

k_F = k_Н = 1,3 [8, табл. 3.7],

k_FV = 1,25 [1, табл. 9.13],

k_F = 11,251,3 = 1,625.

МПа.

_F1 = 67,04 МПа [_F]₁ = 465 МПа.

Условие прочности выполняется.

2.10. Конструктивные размеры зубчатого колеса.

[1 рис 9,15 б]

d_СТ = 1,6d = 125*1,6= 200мм – диаметр ступицы,

L_СТ2 = (1,2...1,5)d+d_шт+13 = 187,5+33=207,5 мм – длина ступицы,

С = (0,2...0,3)b = 31,5 мм – толщина диска,

= (2,5...4)m = 20 мм – толщина венца,

n = 0,5m = 3,5 мм– размер фаски,

D₀=180 мм

d₀=40 мм

3. Расчет фланцевой муфты.

3.1 Выбор материала:

Материал полумуфт сталь 40.[_см ]=320 МПа [1, стр.369],

Материал болтов, гаек: сталь 35 [_ср ]=64 МПа [1, стр. 33],

3.2 Выбор муфты по ГОСТ.

Муфта выбирается по ГОСТ по диаметру вала двигателя [1, таб 17.4]:

d_дв=55 мм.

Т_Р = к_РТ₂ = 1,5 97,39 = 146 Нм.

выбрана муфта со следующими параметрами:

[Т_Р] = 630 Нм,

D = 170 мм,

l = 110 мм,

L = 230 мм,

D₀ = 130 мм

d_ст = 90 мм,

b = 22 мм.

3.3 Расчет болтов на срез:

4 болта поставлены без зазора

Болты по ГОСТ 14724–69

болт 600–0577

z=4

М12 L=60 мм.

l₀=30 мм.

d1=12

D=20

r=6

проверка болтов на срез

мм²

Условие прочности выполняется

Расчет на смятие

мм²

Условие прочности выполняется.

3.4. Выбор шпонки по ГОСТ.

Выбирается призматическая шпонка со следующими размерами:

b = 16 мм,

h = 10мм,

t₁ = 6мм,

t₂ = 4,3 мм,

l_шп = 70 мм.

4. Расчет вала

4.1 Выбор материала вала:

Выбирается сталь 45 нормализованная:

_Т = 360 МПа,

_В = 610 МПа.

4.2. Усилия действующие на вал:

Н.

Н.

Н

Натяжение ленты.

4.3. Определение длины участков вала.

L1= 15 мм,

L_ст = 207.5 мм,

L_бар = 500 мм,

d_бар=200 мм,

В = 55 мм,

x=15 мм.

4.4. Опорные реакции в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Изгибающие моменты в каждой плоскости. Определение суммарного изгибающего момента в опасном сечении.

F_r1

d_бар d₂

a c F_r2 b

l

Вертикальная плоскость

R_A F_r1 R_B

D

A C B

F_r2

Эп. Т

М_ВС

Эп. М_В М_ВВ

М_ВА

М_ВD

R_A Горизонтальная плоскость R_B

С D

A F₁ F₂ B

Эп. М_Г М_ГВ

М_ГА

М_ГС М_ГD

а = В/2 + x + L_СТ/2 = 136.25 мм,

b = В/2 + x + L_бар/2 = 292.5 мм,

с = х + L_СТ/2 + L_бар/2 = 358.75 мм,

l = a + b + c = 787.5 мм.

Опорные реакции в вертикальной плоскости:

Н,

Н.

Изгибающие моменты в вертикальной плоскости:

M_BA = 0, M_BB = 0,

M_BC = R_Aa = 382707.57 Hм,

M_BD = R_Bb = 10758.15 Hм.

Проверка: R_A + R_B – F_r21 + F_r22 = 0,

2808.86+36.78–3845.56+1000=0

Опорные реакции рассчитаны правильно.

Опорные реакции в горизонтальной плоскости:

Н,

Н.

Изгибающие моменты в горизонтальной плоскости:

M_ГA = 0, M_ГB = 0,

M_ГC = R_Aa = 263155,97 Hм,

M_ГD = R_Bb = 577003,05 Hм.

Проверка: R_A + R_B – F₂ - F₂ = 0,

19314,2+19726,6 –10565,8 - 28475 = 0.

Опорные реакции рассчитаны правильно.

Суммарный изгибающий момент в опасном сечении:

Нм.

4.5. Определение диаметров участков вала.

мм,

Принимаем согласно [1, табл. 14.1]: d = 125 мм.

Так как d > d_П на 2 5 мм, то d_П =120 мм.

d = d + 2h = 125 +212 = 149 мм,

где h = 12 мм (1, таб 14,7 ).

4.6. Выбор подшипников.

Выбираем шариковые радиальные однорядные подшипники средней серии 324, для которых D = 260 мм, B = 55 мм.

4.7. Подбор штифтов по ГОСТ.

При d = 125 мм ℓ_шт = d_ступ = 200 мм .

Расчет на смятие:

Условие прочности при смятии имеет вид: ,

фаска с = 2 мм [2, табл.45, с. 261].

Материал штифта – сталь 45 У, [2, с. 88]

МПа [σ_кр] = 100 МПа

[σ_СМ] = 260 МПа [σ_из] = 170 МПа

z =1 – количество штифтов.

Окружное усилие при смятии

Н.

А_СМ = (d - D)d_шт = (200 – 125)∙20 = 1500 мм².

МПа < [σ_СМ],

значит прочность при смятии обеспечена.

3. Расчет на срез:

Условие прочности при срезе имеет вид: .

Окружное усилие при срезе Н.

Площадь среза мм².

МПа.

, значит прочность при срезе обеспечена.

4.8. Проверка прочности вала по коэффициенту запаса прочности.

Условие прочности:

,

где s – расчетный коэффициент запаса прочности,

[s] = 1,3...1,5 – требуемый коэффициент запаса для обеспечения прочности,

[s] = 2,5...4 – требуемый коэффициент запаса для обеспечения жесткости,

s, s - коэффициент запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям:

,

,

_-1, _-1 – пределы выносливости материала вала при симметричных циклах изгиба и кручения; _а, _а, _m, _m – амплитуда и средние напряжения циклов нормальных и касательных напряжений; k, k - эффективные коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и кручении; , - коэффициенты, учитывающие снижение механических свойств с ростом размера заготовок; , - коэффициенты, учитывающие влияние постоянной составляющей цикла на усталость вала.

k = 1,75 [1, табл.14.2],

k = 1,5 [1, табл.14.2],

= 0,859 [1, табл.14.3],

= 0,742 [1, табл.14.3],

= 0,2 [1, табл.14.4],

= 0,1 [1, табл.14.4].

_-1 = 0,43_В = 262,3 МПа,

_-1 = 0,5_-1 = 131,15 МПа.

_m = 0,

Тогда:

,

,

,

s = 8,42> [s] = 2,5.

Условие прочности и условие жесткости выполняются.

Список литературы

1. Кузьмин А. В. и др. Расчеты деталей машин: Справочное пособие - Мн: Выш. шк., 1986.

2. Анурьев В. И. Справочник конструктора машиностроителя - Кн. 1. М.: Машиностроение, 1974.

3. Курсовое проектирование деталей машин. Под ред. В. Н. Кудрявцева – Л.: Машиностроение, 1984.