Деталі машин

                                                            Зміст

 

Вступ 

1 Призначення  і область застосування привода 

2 Технічна характеристика привода 

3 Опис  і обгрунтування обраної конструкції 

4 Кінематичний  та силовий розрахунок привода 

5 Розрахунок  зубчастих передач 

6 Розрахунок  валів 

6.1 Орієнтовний розрахунок валів 

6.2 Розміри елементів корпусу. Ескізне компонування редуктора 

6.3 Наближений розрахунок вала 

7 Підбір  підшипників 

8 Вибір  та перевірочний розрахунок шпонок 

9 Вибір  та розрахунок муфти 

10 Розрахунок системи змащення 

11 Вибір посадок 

Висновок  по проекту 

Список  літератури 

 

Вступ

 

Ведуча роль машинобудування серед  інших галузей господарства розвиненої індустріальної країни визначається тим, що основні виробничі процеси в усіх галузях промисловості, будівництва і сільського господарства виконують машини. Технічний рівень усіх галузей народного господарства в значній мірі визначається рівнем розвитку вітчизняного машинобудування.

Виконанням курсової роботи по дисципліні «Деталі машин» завершується загальнотехнічний цикл підготовки студента. Це перша самостійна творча робота, при виконанні якої закріплюються знання із ряду вивчених дисциплін: теоретичної механіки, опору матеріалів, технології конструкційних матеріалів та інших.

При виконанні курсової роботи проводяться  розрахунки деталей та вузлів по основних критеріях працездатності, таких  як міцність, жорсткість, зносостійкість та інших. Студент отримує навички у конструюванні вузлів та деталей, виконанні креслень загального виду, робочих креслень деталей. Всі види технічної документації повинні базуватися на вимогах Єдиної Системи Конструкторської Документації та інших нормативних документів.

Об’єктами проектування являються  приводи різних машин, які використовують більшість деталей та вузлів загального призначення, таких як зубчасті, черв’ячні, пасові, ланцюгові та інші передачі. При проектуванні велика увага приділяється розрахункам та конструюванню деталей та вузлів, які обслуговують передачі: валів, підшипників, шпонкових з’єднань тощо.

Темою даної курсової роботи являється  привод стрічкового транспортера. Привод включає у себе електродвигун, клинопасову передачу та двохступінчастий циліндричний редуктор. У роботі приведені розрахунки передач та основних деталей, що їх обслуговують. Розроблені креслення редуктора (креслення виду загального) та трьох його деталей (корпусу, тихохідного зубчастого колеса, вала веденого).

 

1 Призначення і область застосування привода

 

Привод стрічкового транспортера призначено для передачі потужності від електродвигуна безпосередньо  до барабану транспортера. Передача здійснюється за рахунок застосування механічних передач загального призначення  обертального руху з пониженням частоти обертання і підвищенням обертаючого моменту. Конструкція приводу не передбачає змінення напрямку і частоти обертання барабану транспортера, тобто реверс відсутній і загальне передаточне число приводу має постійне значення.

Даний привод може бути застосовано  для передачі потужності в машинах  і механізмах технологічного та транспортуючого  обладнання в сільськогосподарському та переробному виробництві.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Технічна характеристика привода

 

Потужність на веденому валу привода, кВт	3,0
Загальне передаточне  число привода	37.5
Марка електродвигуна	4A100S4
Передаточне число пасової  передачі	2
Циліндричний двохступінчастий редуктор
- передаточне число	20,0
- передаточне число швидкохідної  ступені	5
- передаточне число тихохідної  ступені	3,55
- міжосьова відстань, мм	250
- максимальний обертаючий момент на веденому валу, Н∙м	748

 

3 Опис і  обгрунтування обраної конструкції

 

Привод  стрічкового транспортера включає  в себе електродвигун і три  механічних передачі обертального руху: пасову і дві зубчастих. Зубчасті передачі об’єднано у одному корпусі у виді циліндричного двохступінчастого редуктора.

Швидкохідна передача − косозуба, а тихохідна − прямозуба. Корпус редуктора рознімний з горизонтальним роз’ємом, литий чавунний, має ребра жорсткості, бобишки під з’єднувальні болти, чотири лапи для кріплення до рами. На кришці корпусу передбачено оглядовий люк.

Вали  виконано з круглого прокату, ступінчасті, вихідні кінці циліндричні. Обертаючий момент у сполученнях вал-колесо передається за допомогою шпонкових з’єднань.

Опорами валів служать шарикові однорядні  підшипники кочення, кришки підшипників  – врізні.

Спосіб  змащення − картерний. Змащування зубчастих  зачеплень здійснюється зануренням у масляну ванну, а підшипників − розбризкуванням. Рідке мастило заливається через оглядовий люк, контроль рівня мастила за допомогою щупа, злив мастила через зливну пробку у нижній частині корпусу.

 

4 Кінематичний та силовий розрахунок  привода

 

Задача  розрахунку: визначити загальний  ККД привода, вибрати електродвигун, вичислити загальне передаточне  число привода і провести  розподіл його по ступеням; розрахувати основні швидкісні та силові параметри на валах привода.

Вихідні дані:

                   - Потужність на відомому валі привода          P=3,0кВт

                   - Кутова швидкість веденого вала привода   ω = 4,2 рад/с

- Частота обертання електродвигуна             n = 1500 об/хв

 

 

 

Рисунок 1 –  Кінематична схема привода

 

4.1 Розраховуємо загальний коефіцієнт корисної дії привода

                                                                                _(4.1)

де h_п – коефіцієнт корисної дії пасової передачі, h_п = 0,96;

     h_з – коефіцієнт корисної дії зубчастої передачі, h_з = 0,98h;

     h_пп – коефіцієнт корисної дії пари підшипників, h_пп = 0,99;

      h_м – коефіцієнт корисної дії та з’єднувальної муфти, h_м = 0,98.

4.2 Знаходимо потужність, яка потрібна на привод транспортера

                                                                                            _(4.2)                                                                 

                                            кВт

По  значенню Р_ед.п = 3,4 кВт обираємо електродвигун номінальною потужністю Р_ед = 3,0 кВт.

4.3 Розраховуємо завантаження електродвигуна

                                                                                    _(4.3)

                                                %

Цьому значенню номінальної потужності відповідають чотири типорозміри двигунів із різними  значеннями частоти обертання. Основні  характеристики цих двигунів заносимо у таблицю 1 для проведення варіантного  розрахунку.

4.4 Розраховуємо загальне передаточне число привода

                                                                                                  (4.4)

                                             

4.5 Визначаємо розподіл загального передаточного числа по ступеням привода

Якщо в  завданні на проект приводять значення кутової швидкості веденного вала привода ( w, рад\с) його слід перевести у частоту обертання :

                                                     n  

                                              n                                  (4.5)                                              

Загальне  передаточне число привода є  добутком від перемноження передаточних чисел передач, які входять в  його кінематичну схему.

                                                                                                (4.6)            

 

 

4.6 Визначити попередньо передаточне число редуктора:

Приймаємо попереднє передаточне  відношення пасової передачі .

 

                                                                                                                   (4.7)

                                       

 

4.7 Розрохункове передаточне число швидкохідної ступені редуктора

                                                                            _{(4.8 )}

                                  

Приймаємо стандартне значення

u_Ш1 = 5,00;

4.8 Розраховуємо передаточне число тихохідної ступені редуктора

                                                                                                _(4.9)

                                          ₁

Приймаємо стандартне значення

u_Т1 = 3,55;

 4.9 Визначаємо загальне передаточне число редуктора

                                                                                           (4.10)

                               

 

 4.10 Визначаємо передаточне відношення пасової передачі

                                                                                                       _(4.11)

                                   

 

4.11 Розраховуємо частоту обертання та кутова швидкість валів привода

                                                                                                        (4.12)

де  - частота обертання попереднього валу, хв.^-1;

    – дане передаточне відношення.

                                                                                                     _(4.13)

 хв.^-1;                             ;

 хв.^-1;                ;

 хв.^-1;           ;

 хв.^-1;              .

4.12 Розраховуємо потужність на валах привода

                                 кВт;                                                             (4.14)

            кВт;

 кВт;

 кВт.

 

4.13Розраховуємо обертаючі моменти на валах привода

                                                                                                         (4.15)

 Н×м;         Н×м;

 Н×м;         Н×м.       

 

 

5 Розрахунок зубчастих передач

 

Задача  розрахунку: вибрати матеріали для  зубчастих коліс; визначити основні геометричні та кінематичні параметри передач; вичислити зусилля в зачепленні; перевірити передачі по напруженнях згину.

Вихідні дані:

- тип  передач косозуба, прямозуба;

- момент  обертаючий на колесах Т₂ = 223 Н·м;

- частота  обертання коліс n₂ = 136,01 хв^-1;

            - передаточне число передачі          U=3,55

            - строк служби t_p = 5 роки;

- число  робочих змін К_зм = 2;

- короткочасні  перевантаження П = 140 %.

Розташування  відносно опор- несиметричне

 

Рисунок 2 –  Схема зубчастих передач та графік її навантаження

 

Вибір матеріалу  зубчастих коліс.

 

Шестерня-Сталь 5; термообробка - поліпшення; Твердість-253-310.

 

Колесо- сталь 45; термообробка-нормалізація; твердість-187-217.

 

5.1 Розраховуємо строк служби передачі:

                              ,                                              (5.1)

де Д_р – число робочих днів у році, шт.;

     t_зм – тривалість робочої зміни, год..

Приймаємо Д_р = 270 шт.; t_зм = 8 год.[закон про працю]

 год.

5.2 Розраховуємо число циклів навантаження зубів колеса

                                ,                                             (5.2)

де c – число зачеплень  зуба за один оберт колеса.

Приймаємо с = 1 [вихідні  дані]

;

5.3 Розраховуємо допустимі напруження на втому

                                          Ϭ нlim=2HB+70=2×193.8+70=457.6

HB=0.227×HВМ+0,773×HB min

HB=0.227×217+0.773×187=193.81

 

                              [ϭ]н=                                                      (5.3)                   

 

Де: -базова границя контактної витривалості при базовому числі циклів навантаження NHO=10⁷;

ZR- коефіцієнт, що враховує шорсткість поверхні зуба(ZR=1,0);

SН- коефіцієнт запасу міцності, залежить від термообробки(SН=1,0 для нормалізованих та поліпшених);

КHL-коефіцієнт довговічності передачі при розрахунку на контактну міцність:

 

_{,                                             (5.4)}

де  _{- показник степені.}

  МПа;

5.4 Розраховуємо середнє значення контактної напруги для швидкохідної передачі

                   ,                                        (5.5)

Де: ϭFlim – базова границя витривалості по напруженням згину при числі циклів навантаження (NFO=4×10⁶);

KFC- коефіцієнт, що ураховує двостороннє навантаження зуба(KFC=1);

SF- коефіцієнт запасу міцності, для литих заготовок зубчастих коліс (SF=2,2);

KFL- коефіцієнт довговічності при розрахунку на згин:

                                                                                  (5.6)

_{< 1;}

Приймаємо ₌₁

 

5.5 Знаходимо розрахунковий обертаючий момент

                                  ,                                               (5.7)

де К_е – коефіцієнт еквівалентності навантаження

                                                                               (5.8)

 Н×м;

                5.6 Розраховуємо міжосьову відстань передачі із умови контактної міцності

                  ,                                (5.9)

  де: Ка- коефіцієнт міжосьової відстані,для косозубих коліс : Ка=43,5,для прямозубих : Ка=49,5; KHB-1.1…1,3; Ψba=0.25.

 мм;

Приймаємо за стандартним  рядом а_W = 280 мм

5.7 Розраховуємо модуль зачеплення

                                                                            _(5.10)

                                          мм;

Приймаємо за стандартним рядом, з урахуванняп призначення зубчатих коліс та їх термообробки m_n = 2,75 мм.                                                                        5.8 Розраховуємо значення торцевого модуля для швидкохідної ступіні

                                       ,                                                 (5.11)

де b – попередній кут нахилу зубів.

Приймаємо b = 10°.

2,806 мм.

5.9 Визначаємо сумарне число зубів шестерні та колеса

                                                                                         _(5.12)

 шт.;

Приймаємо Z_С = 183 шт.

 5.10 Уточнене значення колового модуля.

                                                  mt=                                                                (5.13)

 

                                mt= =  3,06 

 

5.11 Уточнюємо кут нахилу зубів

                                                                                             (5.14)

  .

 

 

5.12 Розраховуємо число зубів шестерні

                            Z1=                                                                         (5.15)

                   Z1= = 40,21

Приймаємо Z₁=40                        

 

                    Zmin=17×cos³β=17×cos³9˚18˚17=16.34                              (5.16)

 

Приймаємо Z =16 шт.

5.13 Визначаємо число зубів колеса

                                                                                                (5.17)

_{Z2 = 183-16 = 167 шт.;}

5.14 Фактичне передаточне число зубчастих передач

                                                                                                     (5.18)

 

5.15 Погрішність передаточного числа зубчастих передач

                                                                                    (5.19)

 

5.16 Розраховуємо ділильні діаметри

                                                                                             (5.20)

 мм;

 мм;

 

5.17 Розраховуємо діаметри виступів

                                  da1= d1+2×mn=45,6+2×1.5=48,6 мм

                                 da2= d2+2×mn=263,8+2×1.5=266,8 мм                                  (5,21)

                                 df1= d1-2.5×mn=45,6+2.5×1.5=49,35 мм

                                 df2= d2+2.5×mn=263,8+2.5×1.5=267,55 мм

 

5.18 Визначаємо ширину колеса та шестерні

                                                                                          (5.25)

                                                                                         (5.26)

           мм;

                     b1=b2+(2….5)=64,23+3=67.23мм                                               5.19 Визначаємо коефіцієнт ширини шестерні

                                                                                                    (5.27)

5.20 Розраховуємо колову швидкість передачі

                                                                                            (5.28)

 ;

 

   

 

 

    Зусилля у зачепленні.

 

5.21Колові, Ft.

                                                                                        (5.29)

                       ,20 Н;

5.22 Радіальні, Fr.

 

                             ,                                                 (5.30)

.                        

5.23 Осьові,  Fa.

                                                                                          (5.31)

 Н.

 

Передачі за контактними напруженнями

 

5.24 Умова контактної міцності

      ,                   (5.32)

   МПа;

 

5.25 Розраховуємо завантаження передачі по контактним напруженням

                                                                                (5.33)

5.26 Перевіряємо зачеплення при перевантаженнях

                            ,                                    (5.34)

 МПа

.

Перевіряємо зубці в зачепленні на згин

 

5.27 Умова міцності зубів колеса на згин

                              ,                       (5.34)

 МПа

Де: KFB=1.08 (додаток Г); KFL=1,22 (додаток Д); KFV=1.04(додаток Д);  YF2=3.75 (додаток Е).

   5.28 Умова міцності зубів шестерні на згин

                              ,                                         (5.35)

 МПа < 382 МПа;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Розрахунок  валів

 

Задача  розрахунку: визначити лінійні і  діаметральні розміри валів.

 

6.1 Орієнтовний  розрахунок валів.

 

Вихідні дані:

Обертаючі моменти на валах: Т₁ = 23 Н×м;Т₂ = 46 Н×м; Т₃ = 223 Н×м.

 

6.2 Розраховуємо діаметри валів

                                         

,                                                  (6.1)

де Т_i – обертаючий момент на валу, Н×м;

[t]_кр– допустимі напруження кручення, [t]_кр = 20 МПа.

 

Діаметр ведучого вала

 мм;

Діаметр проміжного вала

 мм;

Діаметр веденого вала

                                                      мм.

Одержані  діаметри валів погоджуємо з діаметрами внутрішнього кільця підшипника.

Приймаємо: d₁ = 40 мм; d₂ = 45 мм; d₃ = 75 мм.

З конструктивних міркувань швидкохідний вал виконуємо суцільно з шестерньою – приймаємо вал-шестерню.

Для встановлення валів редуктора попередньо приймаємо  підшипники кулькові однорядні радіальні  легкої серії за ГОСТ 8338-75:

- для ведучого вала № 209 (d₁ = 45 мм, D₁ = 85 мм, B₁ = 19 мм);

- для проміжного вала № 211 (d₂ = 55 мм, D₂ = 100 мм, B₂ = 21 мм);

- для веденого вала № 213 (d₃ = 65 мм, D₃ = 120 мм, B₃ = 23 мм).

 

6.2 Розміри елементів корпусу. Ескізне компонування редуктора

 

Вихідні дані:

- обертаючий момент на веденому  валу Т = 223 Н×м;

- міжосьова відстань тихохідної  ступіні a_WT = 256.93 мм.

 

6.3 Визначаємо товщину стінки корпусу редуктора

                                         

                                        (6.2)

 мм.

Приймаємо d = 7 мм.

Оскільки  а_WT< 300 мм, приймаємо кількість фундаментних болтів шт.

Визначаємо  інші розміри елементів корпуса  і кришки редуктора та заводимо їх у таблицю 6.2.

Таблиця 4 – Основні розміри елементів корпуса і кришки редуктора

Найменування	Позначення	Прийняте значення
Товщина стінки кришки редуктора	d1	7
Товщина верхнього фланця корпуса	s	15
Товщина нижнього фланця корпуса	s2	24
Товщина фланця кришки редуктора	s1	12
Діаметр фундаментних болтів	dк1	20
Діаметр болтів, що стягують кришку і  корпус	dк2	14
	dк3	12
Товщина ребер корпуса	dр	10
Товщина підйомної петлі	bп	25
Діаметр штифта	dш	10
Діаметр відривного гвинта	dвг	12
Ширина фланця	k1	50
	k2	36
	k3	31
Довжина опорної поверхні нижнього фланця корпуса	lф	100
Ширина  опорної поверхні нижнього фланця корпуса	bф	65
Відстань від осі болта до стінки корпуса	с1	28
	с2	21
	с3	18
Діаметр отвору під болт	do.1	22
	do.2	15
	do.3	13
Діаметр цековки	Dц1	35
	Dц2	25
	Dц3	22
Глибина цековки	hц1	2
	hц2	1,5
	hц3	1,5

 

Виконуємо ескізну компоновку за розмірами, які  були отримані при розрахунку передач, а також орієнтовно визначених розмірах валів і підшипників.

 

 

 

6.3 Наближений розрахунок вала

 

Вихідні дані:

Матеріал  вала: сталь 40Х ГОСТ 1050-88.

Крутний момент на валу Т₃ = 223 Н×м

Сили, які діють на ведений вал:

- колова F_t2Т = 1585 Н

- радіальна F_r2Т = 594 Н

Розміри вала по довжині: а = 61 мм; b = 125 мм; с = 95 мм.

Складаємо просторову схему приводу для  визначення напряму сил, які діють  на вали (рисунок 3).

 

Рисунок 3 – Просторова схема приводу

 

Побудова  епюр моментів і визначення діаметральних розмірів вала

Приймаємо опору А шарнірно-рухомою, опору  В – шарнірно-нерухо-мою (рисунок 4).

6.4 Опорні реакції в горизонтальній площині

;                     (6.3)

 Н.

;                (6.4)

 Н.

Перевірка: ;                                                        (6.5)

.

6.5 Опорні реакції в вертикальній площині

 

                                    (6.6)

 Н.

;       (6.7)

 Н.

Перевірка: ;                                                (6.8)

.

6.6 Сумарні опорні реакції

 Н;                        (6.9)

 Н.                          (6.10)

6.7 Згинаючі моменти в горизонтальній площині

- під опорою А:

 Н×м;

- під колесом:

 Н×м;

- під опорою В:

 Н×м;

- під півмуфтою:

 Н×м.

6.8 Згинаючі моменти в вертикальній площині

           

           - під опорою А:

 Н×м;

            - під колесом:

 Н×м;

- під опорою В:

 Н×м;

- під півмуфтою:

 Н×м.

Рисунок 4 – Розрахункова схема, епюри моментів і ескіз веденого вала