Привод барабанной мельницы. 2

Министерство образования РФ

СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Факультет: Переработки природных соединений

Кафедра: Прикладной механики

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПРИВОД БАРАБАННОЙ МЕЛЬНИЦЫ

Пояснительная записка

(ПМ. КР. 00. 00. 00. 23. 7)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Руководитель:

  __________А.П.Сарапкин

__________________________

Разработал:

Студент группы 51-6

__________В.А.Рыбак

____________________

 

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

Курсовая работа по проектированию привода барабанной мельницы включает в себя: пояснительную записку, сборочный чертеж и рабочие чертежи четырех деталей. Расчет, подтверждающий работоспособность привода, занял 37 страниц формата А4 с использованием       формул,    таблиц и     рисунков. Сборочный чертеж выполнен на формате А1.

       Выполнены рабочие чертежи тихоходного вала, вала-шестерни, зубчатого колеса и крышки подшипника.

Для выполнения расчетов использовалось      библиографических источников.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение


Основные требования, предъявляемые к создаваемой машине: высокая производительность, надежность, минимальные габариты и масса, удобство эксплуатации, экономичность, техническая эстетика. Все эти требования учитывают в процессе проектирования и конструирования.

Проектирование - это разработка общей конструкции изделия.

          Конструирование  – это дальнейшая разработка  всех вопросов, решение 

которых необходимо для воплощения принципиальной схемы в реальную конструкцию.

          Правила  проектирования и оформления конструкторской документации стандартизированы. ГОСТ устанавливает следующие стадии разработки конструкторской документации на изделия всех отраслей промышленности и этапы выполнения работ: техническое задание, эскизный проект, технический проект, рабочая документация.

          Техническое  задание на курсовую работу  содержит общие сведения о  назначении и разработке создаваемой  конструкции, предъявляемые к ней  эксплуатационные требования, режим  работы, ее основные характеристики.

          Эскизный проект разрабатывается обычно в одном или нескольких вариантах и сопровождается обстоятельным расчетным анализом, в результате которого выбирается оптимальный вариант для последующей разработки.

          Технический  проект охватывает подробную  конструктивную разработку всех элементов оптимального эскизного варианта с внесением необходимых поправок и изменений, рекомендованных при утверждении эскизного проекта.

          Рабочая  документация – заключительная  стадия конструирования, включает  в себя создание конструкторской документации, необходимой для изготовления всех деталей. В современных машинах привод является наиболее ответственным механизмом, через который передается силовой поток с соответствующим преобразованием его параметров. В связи с этим надежность работы машин, увеличение срока ее службы, возможности уменьшения габаритов и массы определяются качеством привода. Проектирование же приводов различных машин является важной инженерной задачей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Назначение и область применения разрабатываемого изделия

Устройство, приводящее в движение машину или механизм, называется приводом.

Привод состоит из источника энергии, передаточного механизма и аппаратуры управления. Под передачами понимают механизмы, служащие для передачи механической энергии на расстоянии, как правило, с преобразованием скоростей и моментов, иногда с преобразованием видов и законов движения. Основными функциями передаточных механизмов являются: передача и преобразование движения, изменение и регулирование скорости, распределения потоков мощности между различными исполнительными органами данной машины, пуск, остановка и реверсирование движения.

Эти функции должны выполняться безотказно с заданными степенью точности и производительностью в течение определенного промежутка времени. При этом механизм должен иметь минимальные габариты, быть экономичным и безопасным в эксплуатации. Данный привод барабанной мельницы состоит из электродвигателя, ременной передачи

 

Ременная передача относится к передачам трением с гибкой связью. Она состоит из двух или нескольких шкивов, охватываемых ремнями, надетыми на шкивы с предварительным натяжением. Натяжение ремня – основное условие работы ременной передачи.

В клиноременной передаче полезная нагрузка передается за счет сил трения между боковыми поверхностями ремня трапецеидального сечения и канавок шкива. Из-за заклинивающего действия клиноременная передача обладает большой тяговой способностью.

Редуктором называют механизмы, состоящих из передач зацеплением с постоянным передаточным отношением, заключенных в отдельный корпус и предназначенных для понижения угловой скорости выходного вала. В зависимости от числа пар звеньев в зацеплении (число ступеней), редукторы общего назначения бывают одно-, двух-, и трехступенчатыми.

По расположению осей валов в пространстве различают редукторы с параллельными, соосными, пересекающимися и перекрещивающимися осями входного и выходного валов.

Устройство, предназначено для соединения валов и передачи вращательного момента без изменения его направления, называют муфтами.

Наряду с кинематической и силовой связью отдельных частей машины, муфты выполняют ряд других функций: обеспечение работы соединяемых валов при смещениях, обусловленных неточностями монтажа или деформациями деталей; улучшение динамических характеристик привода, т.е. смягчение при работе толчков и ударов; регулирование передаваемого момента в зависимости от угловой скорости.

 

 

 

Техническая характеристика

Двигатель:

асинхронный, трехфазного тока тип

исполнение закрытое обдуваемое, мощность -      кВт, частота вращения вала -      мин-1, диаметр выходного конца вала -     мм.

Открытая передача:

Клиноременная, сечение ремня Б, ширина ремня b=    мм, толщина ремня h=   мм, длина ремня L=     мм, передаточное отношение ременной передачи I=    .

Редуктор:

Одноступенчатый цилиндрический горизонтальный, прямозубый, межосевое расстояние     мм, передаточное число u=  ,подшипники – радиальные однорядные.

Муфты:

Упругая втулочно – пальцевая (    ) ГОСТ            , диаметр отверстия под вал -    мм, наружный диаметр     мм, длина муфты     мм, количество пальцев    , номинальный крутящийся момент -    Нм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Описание и обоснование выбранной конструкции

Согласно заданию, полученному для расчета, привод включает в себя клиноременную передачу и цилиндрический прямозубый редуктор, и для передачи вращающегося момента с выходного конца вала на вал барабанной мельницы в привод включаем муфту упругую втулочно – пальцевую (МУВП).

Клиноременная передача, согласно условию, применяется в заданной кинематической схеме для понижения угловой скорости приводного вала и занимает место между электродвигателем и редуктором. При расчете необходимо выбрать тип ремня и определить: размеры шкивов, длину и количество ремней, межосевое расстояние.

Редуктор предназначен для понижения угловой скорости и повышения вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим. Зубчатые колеса – прямозубые, редуктор – горизонтальный. Валы редуктора монтируются на подшипниках качения.

Муфту в заданном расчете выбирают стандартную – МУВП, в зависимости от диаметра выходного конца вала.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  1. Кинематический расчет привода
    1. Схема привода:

 

 

 

 

 

 

 

1 – электродвигатель

2 – ременная передача

    1. – одноступенчатый цилиндрический редуктор

 

 

1.2 Задача расчета:

- подобрать электродвигатель по номинальной мощности и частоте вращения ведущего вала;

- определить общее передаточное число привода и его ступеней;

- определить мощность – Р, частоту  вращения – n, угловую скорость – ω и вращающий момент – Т на каждом валу привода.

 

 

 

    1. Данные для расчета
    1. Мощность на рабочем валу Рвых =4,4 кВт;
    2. Частота вращения рабочего вала nвых = 110 мин-1.

 

 

 

    1. Условия расчета

Для устойчивости работы привода необходимо соблюдение условия: номинальная ( расчетная) мощность электродвигателя должна быть меньше или равна мощности стандартного электродвигателя.

Рном ≤ Рдв.

Допускаются отклонения

Рном ≥ Рдв на 5 %;

Рном ≤ Рдв до 10 %.

 

 

    1. Расчет привода

Двигатель является одним из основных элементов машинного агрегата. От его мощности и частоты вращения зависят конструктивные и эксплуатационные характеристики рабочей машины и ее привода.

1.5.1 Определяем общий коэффициент полезного действия привода, согласно [1], по формуле

ƞобщ = ƞрп ∙ ƞзп ∙ ƞ2п ,           ( 1.1)

где ƞрп = 0,96 – КПД ременной передачи;

  ƞзп = 00,98 – КПД зубчатой передачи;

  ƞп = 0,99 – КПД пары подшипников качения.

ƞ = 0,96 ∙ 0,98 ∙ 0,99 = 0,92.

     1.5.2 Определяем номинальную ( требуемую ) мощность двигателя Рном:

           Рном =                          ( 1.2)

По значению номинальной мощности по таблице выбираем электродвигатель большей мощности

Рдв =     кВт > Рном = 5,5 кВт.

Для расчета выбираем 4 варианта типов двигателей серии 4АМ с номинальной мощностью Рном = 5,5 кВт. ( таблица 1.1).

 

Таблица 1.1 – Двигатели асинхронные трехфазные серии 4АМ общепромышленного назначения, закрытые обдуваемые

Вариант

Тип двигателя

Номинальная мощность Рном, кВт

Частота вращения, мин-1

синхронная

номинальная

1

4АМ132М8УЗ

5,5

750

720

2

4АМ1326УЗ

5,5

1000

965

3

4АМ112М44З

5,5

1500

1445

4

4АМ1002УЗ

5,5

3000

2880


Выбор оптимального типа двигателя зависит от кинематических характеристик рабочей машины и производится после определения передаточного числа привода и его ступеней. При этом надо учесть, что двигатели с большей частотой вращения ( синхронной 3000 мин-1 ) имеют низкий рабочий ресурс, а двигатели с низкими частотами ( синхронной 750 мин-1 ) весьма металлоемки, поэтому их нежелательно применять без особой необходимости в приводах общего назначения малой мощности.

1.5.3 Определение передаточного  числа привода и его ступеней

Передаточное число привода ( uобщ ) определяется отношением номинальной частоты вращения двигателя ( nном ) к частоте вращения приводного вала рабочей машины ( прм ) и равно произведению передаточных чисел редуктора ( Uред ) и ременной передачи ( Uрп ).

 

                       uобщ =    = uред uрп.                     ( 1.3)

Определяем общее  передаточное число привода для каждого типа двигателей, с номинальной мощностью Рном = 5,5 кВт:

 

 

Разбивка передаточного числа привода должна обеспечивать компактность каждой ступени передачи.

Чтобы габариты передачи не были чрезмерно большими, нужно придерживаться некоторых средних значений uзп , uрп , по возможности не доводя их до наибольших, допускаемых лишь в отдельных случаях.

С учетом  рекомендации для зубчатой передачи принимают uзп = 2…..6.

По нормальному ряду чисел значения передаточных чисел могут быть: 2; 2,5; 3; 3,15; 4,0; 5,0; 6,3. ( ГОСТ 2185 – 66).

Принимаем для всех вариантов передаточное число редуктора одинаковое ир = 4.0, тогда

ирп =

Результаты расчетов сводим в таблицу 1.2.

Таблица 1.2 – Общее передаточное число и разбивка его по ступеням для каждого из типов двигателей

Тип двигателя по таблице 1.1

1

2

3

4

пдв

720

965

1445

2880

прм

110

110

110

110

и i общ

6,545

8,7727

13,136

26,18

ир

4.0

4.0

4.0

4.0

ирп

1,636

2,1932

3,284

6,545


Анализируя полученные значения передаточных чисел, делаем вывод: предпочтительнее второй вариант:

иобщ = 8,7727;   иред = 4.0;   ирп = 2,1932;   при пном = 965 мин -1.

Таким образом, выбираем двигатель 4АМ1326УЗ, у которого Рдв = 5,5 кВт, а пном = 965 мин -1; передаточное числа привода иобщ = 8,7727, редуктора иред = 4.0, ременной передачи ирп = 2,1932.

1.5.4 Определение силовых кинематических  параметров привода

 

          Силовые (мощность и вращательный момент) и кинематические (частота вращения  и угловая скорость) параметры  привода рассчитывают на валах  исходя из требуемой (расчетной) мощности двигателя Рдв и его номинальной частоты вращения пном .

Определяем мощности на каждом валу привода:

Р1 = Рдв = 5,5 кВт;

Р2 = Р1 ∙ ƞрп ∙ ƞп = 5,5 ∙ 0,96 ∙ 0,99 =5,23 кВт;

Р3 = Р2 ∙ ƞрп ∙ ƞп = 5,23 ∙ 0,98 ∙ 0,99 = 5,07 кВт.

Определяем частоту вращения каждого вала:

п1 = пдв = 965 мин -1;

п2 =     = 440 мин -1;

п3 =    110 мин -1.

Определяем угловые скорости каждого вала:

ω1 =    =    = 101 с -1;

ω2 =    =    = 46,05 с -1;

ω3 =   =   = 11,513 с -1.

 

 

 

Определяем вращающие моменты на каждом валу привода:

Т =     Нм;

Т1 =    =   = 54,46 Нм;

Т2 =   =   = 113,6 Нм;

Т3 =   =   = 440,4 Нм.

Результаты расчетов сводим в таблицу 1.3.

Таблица 1.3 – Силовые и кинематические параметры привода.

Вал

Мощность Р, кВт

Частота вращения n, мин -1

Угловая скорость ω, с -1

Вращающий момент Т, Нм

1

5,5

965

101

54,46

2

5,23

440

46,05

113,6

3

5,07

110

11,213

440,4


Заключение. Анализ силовых и кинематических расчетных параметров, приведенных в таблице 1.3 показывает, что проектируемый привод обеспечивает значение заданных выходных параметров, Рвых и пвых соответствующих техническому заданию.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Расчет закрытой цилиндрической прямозубой передачи

2.1 Схема передачи:





 

 

 


1 – шестерня;

2 – колесо

2.2 Задачи расчета:

- выбор материалов и вида термообработки зубчатых колес;

- определение геометрических параметров  передачи;

- определение сил в зацеплении;

- выполнение проверочного расчета  на контактную прочность и  изгиб.

2.3 Данные для расчета

      Исходными данными  для расчета являются силовые  и кинематические параметры передачи, приведенные в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Таблица силовых и кинематических параметров редуктора

Вал

Р, кВт

n, мин -1

ω, с -1

Т, Нм

2

5,23

440

46,05

113,6

3

5,07

110

11,213

440,4


2.4 Условия расчета

Надежная работа закрытой зубчатой передачи обеспечена при соблюдении условий прочности по контактным напряжениям и напряжениям изгиба.

ϬН. расч ≤ [Ϭ]H,    ϬF. расч ≤ [Ϭ]F,

где ϬН. расч и ϬF. расч – соответственно расчетные контактные и изгибные     напряжения проектируемой передачи;

     [Ϭ]H и [Ϭ]F – соответственно допускаемые контактные и изгибные напряжения материалов колес.

Допускается недогрука передачи - ϬН < [Ϭ]H не более 10 % и перегрузка

ϬН > [Ϭ]H до 5 %.

0,9[Ϭ]F  ≤ ϬF ≤ 1,05[Ϭ]F.

2.5  Расчет зубчатой передачи

В условиях индивидуального и мелкосерийного производства, предусмотренного техническим заданием на курсовую работу, в мало- и средненагруженных передачах, а также в открытых передачах применяются стальные зубчатые колеса с твердостью ≤ 350НВ. При этом обеспечивается нарезиние зубьев после термообработки, высокая точность изготовления и хорошая прирабатываемость зубьев.

Для увеличения нагрузочной способности передачи, уменьшения ее габаритов твердость шестерни НВ1 назначается больше твердости колеса НВ2,

                                   НВ1 = НВ2 + (20 – 50).                                                (2.1)

Рекомендуемый выбор материалов, термообработки и твердости колес приводятся в таблице      , а механические свойства сталей в таблице    .

2.5.1 Выбор материалов для изготовления  зубчатых колес

Так как мощность привода меньше 10 кВт, то по рекомендации [1] выбираем для изготовления зубчатых колес редуктора стальные зубчатые колеса с твердостью ≤ 350НВ (НВ ≤ 350). Принимаем материал для колеса – сатль 40, термообработка – улучшение, твердость сердцевины – 235НВ, твердость на поверхности – 261НВ.

НВср = (235+261)/2=248

Для шестерни – сталь 40Х. термообработка – улучшение, твердость сердцевины – 268НВ, твердость на поверхности – 302НВ.

НВср = (268+302)/2=285

НВ1 = 285 >НВ2 = 248 на 37 единиц, т.е. условие (2.1) выполняется.

Таблица 2.2 – Механические характеристики зубчатой пары

 

Материал

 

НВс

 

Ϭв

 

Ϭт

Твердость

 

Термообработка

сердцевины

поверхности

Шестерня

Сталь 40Х

285

950

580

268НВ

302НВ

Улучшение

Колесо

Сталь 40Х

248

850

530

235НВ

261НВ

Улучшение


2.5.2 Определяем допускаемые контактные  напряжения [Ϭ]H и допускаемое напряжение изгиба [Ϭ]F

По таблице     определяем величину допускаемых контактных напряжений [Ϭ]H в зависимости от твердости:

[Ϭ]H0 = 1,8НВср + 67Н/мм2.

Учитывая, что срок службы привода 5 лет, принимаем коэффициент долговечности КHL=1, тогда получаем:

[Ϭ]H1= КHL ∙ [Ϭ]H01ср + 67 = 1∙ 1,8 ∙ 285 + 67 = 580 МПа;

[Ϭ]H2 = КHL ∙ [Ϭ]H02ср + 67 = 1 ∙1,8 ∙ 248 + 67 = 514 МПа.

В качестве расчетных допускаемых напряжений принимаем:

                                 [Ϭ]H = [Ϭ]H2 = 514 МПа, т.к. передача прямозубая

Определяем допускаемое напряжение изиба по таблице    в зависимости от НВср

[Ϭ]F0 = 1,03 НВср.

Учитывая, что срок службы привода 5 лет, принимаем коэффициент долговечности КFL = 1, тогда

[Ϭ]F1 = КFL1,03НВср1 = 1∙ 1,03 ∙ 285 = 294Н/мм2;

[Ϭ]F2 = КFL 1,03НВср2 = 1 ∙ 1,03 ∙248 = 256Н/мм2.

2.5.3 определяем межосевое расстояние  редуктора

 

 

 


Привод барабанной мельницы. 2