М инистерство образования И науки РФ

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

«камская государственная инженерно-

Экономическая академия»

Кафедра «ОКМ»

Расчетно-графическая работа

по дисциплине «Прикладная механика»

Вариант 6

Выполнил:

Студент гр.2227

Гиззатуллин М.Р.

Проверил:

ст.преподаватель

Салахов И.И.

Набережные Челны

2011

Исходные данные

Рис. 1. Кинематическая схема привода

1. Электродвигатель

2. Муфта

3. Редуктор

4. Рама

5. Барабан

Тяговое усилие цепи F,кН = 5

Скорость цепи V,м/с = 0,5

Диаметр барабана D, мм = 325

Срок службы L, лет = 2

КИНЕМАТИЧЕСКИЙ И СИЛОВОЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА

1.Выбор электродвигателя

Мощность на выходном валу привода

Требуемая мощность электродвигателя

,

где - КПД привода,

,

где - КПД зубчатой передачи;

- КПД муфты;

- КПД подшипников,

,

где - КПД зубчатой передачи;

По таблице подбираем электродвигатель закрытый обдуваемый серии 4А: номер 112МВ8.

Мощность электродвигателя ;

Номинальная частота вращения ;

2.Общего передаточное отношение привода

,

где - частота вращения выходного вала привода,

,

где V = 0,5 м/с – окружная скорость выходного вала;

D – диаметр барабана,

,

,

Передаточные числа ступеней редуктора:

Тихоходной ;

Быстроходной

3.Силовые и кинематические параметры привода

Угловая скорость входного вала

.

Угловая скорость выходного вала

,

Вращающий момент.

Приводной вал конвейера

Тихоходный вал

Промежуточный вал

Быстроходный вал

Вал электродвигателя

ПРОЕКТНЫЙ РАСЧЕТ КОСОЗУБОЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ

1.Выбор материала шестерни и зубчатого колеса

Материал зубчатого колеса и шестерни: сталь 40Х ГОСТ , термообработка – улучшение закалка ТВЧ. Средняя твердость на поверхности зубьев Н₁=49 HRC,Н₂=285HВ. Предел прочности материала Dпр=125,Sпр=80; Dпр=200,Sпр=125.

2.Последовательность расчета

Предварительное (в первом приближении) определение значения межосевого расстояния

,

где К=10 – коэффициент учитывающий твердость зубьев колеса и шестерни;

U – передаточное число;

Т – наибольший вращающий момент,

Для первой ступени

.

Для второй ступени

.

Уточняем выбранное межосевое расстояние (второе приближение)

,

где - коэффициент для косозубых передач;

- коэффициент ширины;

- коэффициент нагрузки;

- допускаемое напряжение,

,

где - коэффициент учитывающий динамическую нагрузку;

- коэффициент учитывающий внутреннюю динамическую нагрузку;

- коэффициент учитывающий концентрацию нагрузки по длине контактной линии;

- коэффициент учитывающий распределение нагрузки между зубьями в связи с погрешностями их изготовления,

,

где n_ст = 10 – степень точности по нормам плавности (ГОСТ 1643-81),

.

Коэффициент твердости

,

Допускаемое напряжение шестерни и колеса

,

,

,

.

Из стандартного ряда выбираем межосевые расстояния (ГОСТ 2185-66),

Ширина венца колеса равна рабочей ширине передачи

,

Ширина шестерни

Нормальный модуль зубчатых колес

,

где - коэффициент;

- коэффициент нагрузки;

- допускаемое напряжение изгиба,

Из стандартного ряда (ГОСТ 9563-60) выбираем модуль

Суммарное число зубьев

,

где - минимальный угол наклона зубьев,

Действительное значение угла β

Вычисляем число зубьев колеса и шестерни

Z₁=43 Z₂=290

Z₃=50 Z₄=277

Фактическое значение передаточного числа

Погрешность от заданного значения

Делительный угол профиля в торцевом сечении

Диаметр вершин

Диаметр впадин

Коэффициент торцевого перекрытия

Осевой шаг

Коэффициент осевого перекрытия

Коэффициент осевого перекрытия

Суммарный коэффициент перекрытия

Основной угол наклона

3.Проверочный расчет прямозубой цилиндрической зубчатой передачи

4.Расчет прямозубой цилиндрической зубчатой передачи на контактную выносливость

Проверочные расчеты по ГОСТ 21354-87

,

где Z – коэффициент учитывающий влияние на контактные напряжения: механических свойств материалов шестерни и колеса, формы сопряженных поверхностей зубьев в полюсе зацепления, суммарной длины контактной линии;

- допускаемое напряжение;

– коэффициент учитывающий динамическую нагрузку;

,

где - коэффициент учитывающий механические свойства материалов шестерни и колеса;

- коэффициент учитывающий форму сопряженных поверхностей зубьев в полюсе зацепления;

- коэффициент учитывающий суммарную длину контактных линий,

Окружная сила

5.Расчет прямозубой цилиндрической зубчатой передачи на выносливость при изгибе

,

где - коэффициент нагрузки учитывающий влияние внешних динамических нагрузок;

- коэффициент учитывающий влияние на напряжение изгиба формы зуба, перекрытие и наклона зубьев;

,

где - коэффициент учитывающий внешнюю динамическую нагрузку;

- коэффициент учитывающий внутреннюю динамическую нагрузку;

- коэффициент учитывающий неравномерность распределения нагрузки по длине контактных линий;

- коэффициент учитывающий влияние погрешностей изготовления шестерни и колеса на распределение нагрузки между зубьями;

,

где - эффективная динамическая нагрузка на единицу рабочей ширины зубчатого венца;

,

где - коэффициент учитывающий приработку и специфику влияния динамической нагрузки на прочность;

- коэффициент учитывающий ошибки шагов зацепления шестерни и колеса;

V – окружная скорость,

,

где 10 - степень точности,

,

где - коэффициент учитывающий форму зуба и

концентрацию напряжения;

- коэффициент учитывающий наклон зуба;

- коэффициент учитывающий перекрытие зубов,

,

где - угол наклона зубьев,

Силы в зацеплении:

Радиальная сила

Осевая сила

ПРОЕКТНЫЙ РАСЧЕТ ВАЛОВ

1.Быстроходный вал

Диаметр выходного конца вала под муфту

,

где - вращающий момент на быстроходном валу;

-

Диаметр вала под подшипник

Шарикоподшипник радиально-упорный однорядный по ГОСТ 831-75, легкой серии

Диаметр вала шестерни

,

где r = 1,6 мм – фаска подшипника

2.Промежуточный вал

Диаметр вала под зубчатое колесо и шестерню

,

где - вращающий момент на промежуточном валу

Диаметр вала под подшипник

Шарикоподшипник радиально-упорный однорядный по ГОСТ 831-75, легкой серии

3.Тихоходный вал

Диаметр выходного конца вала под муфту

,

где - вращающий момент на быстроходном валу;

- допустимое напряжение на кручение;

Диаметр вала под подшипник

Шарикоподшипник радиально-упорный однорядный по ГОСТ 831-75, легкой серии

Диаметр вала шестерни

,

где r = 3 мм – фаска подшипника,

ТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ

1.Проверочный расчет валов

Быстроходный вал

1301

1659

1648

881

a

b

c

B

A

D

C

254

527

917

1393

254

1406

Рис.6.1.1. Расчетная схема и эпюры моментов

Определение реакций в опорах

Вертикальная плоскость ZOX

Горизонтальная плоскость YOX

Расчет изгибающих моментов

Вертикальная плоскость ZOX

Участок СА

Участок AD

Участок BD

Горизонтальная плоскость YOX

Участок СА

Участок AD

Участок BD

Суммарный изгибающий момент

Участок СА

Участок AD

Участок DB

Вращающий момент

Эквивалентный момент по третьей теории прочности

Участок СА

Участок AD

Участок DB

Определение коэффициента запаса прочности

Вал из легированной стали 40ХН ГОСТ 4543-71, термообработка улучшение + закалка ТВЧ, твердость сердцевины 269…302 НВ, твердость поверхности 48…53 HRC, предел выносливости , предел текучести .

В точке D

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям

,

где - предел выносливости стали при симметричном цикле изгибе;

- масштабный фактор для нормальных напряжений;

- коэффициент;

- коэффициент, учитывающий влияние шероховатости поверхности;

- коэффициент;

- амплитуда цикла нормальных напряжений;

- среднее напряжение цикла нормальных напряжений;

,

где - предел выносливости для стали 40ХН,

,

где - осевая нагрузка на вал;

d = 25 мм– диаметр вала,

,

где М=95,2 Нм – максимальный изгибающий момент;

W_нетто – момент сопротивления вала изгибу,

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям

,

где - предел выносливости стали при симметричном цикле кручения;

- масштабный фактор для касательных напряжений;

- коэффициент;

- коэффициент, учитывающий влияние шероховатости поверхности;

- коэффициент;

- амплитуда цикла касательных напряжений;

- среднее напряжение цикла касательных напряжений,

,

,

где - момент сопротивления кручению;

Т=1018 Нм – вращающий момент,

Коэффициент запаса прочности

,

где - допускаемый коэффициент запаса прочности,

В точке С

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям

,

где - предел выносливости стали при симметричном цикле изгибе;

- масштабный фактор для нормальных напряжений;

- коэффициент;

- коэффициент, учитывающий влияние шероховатости поверхности;

- коэффициент;

- амплитуда цикла нормальных напряжений;

- среднее напряжение цикла нормальных напряжений;

,

где - предел выносливости для стали 40ХН,

,

где - осевая нагрузка на вал;

d = 18 мм – диаметр вала,

,

где М=0 Нм – максимальный изгибающий момент;

W_нетто – момент сопротивления вала изгибу с учетом шпоночного паза,

,

где - ширина шпоночного паза;

- заглубление шпонки в вал,

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям

,

где - предел выносливости стали при симметричном цикле кручения;

- масштабный фактор для касательных напряжений;

- коэффициент;

- коэффициент, учитывающий влияние шероховатости поверхности;

- коэффициент;

- амплитуда цикла касательных напряжений;

- среднее напряжение цикла касательных напряжений,

,

,

где - момент сопротивления кручению с учетом шпоночного паза;

Т=1018 Нм – вращающий момент,

Коэффициент запаса прочности

,

где - допускаемый коэффициент запаса прочности,