Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Проектирование привода ленточного конвейера. 2

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРИВОДА ЛЕНТОЧНОГО КОНВЕЙЕРА.

Пояснительная записка.

Содержание

Задание на курсовое проектирование. 4

1.1 Определение недостающих геометрических размеров исполнительного механизма. 5

1.2 Определение потребной мощности и выбор электродвигателя. 5

1.3 Таблица исходных данных. 7

1.4 Выбор редуктора 8

2 Конструирование и расчет исполнительного механизма. 11

2.1 Составление схемы, определение опорных точек и предварительных размеров. 11

2.3 Определение диаметра буртика подшипника, разработка посадочного места под ступицу. 13

3 Конструирование подшипникового узла. 14

3.1 Подбор корпуса подшипника. 14

3.2 Торцевая крышка с отверстием. 14

3.3 Подбор глухой крышки. 15

3.4 Подбор манжетных уплотнителей. 16

3.5 Подбор концевых шайб. 17

4 Подбор муфт 18

4.1 Подбор цепной муфты 18

4.2 Определение силы на вал рабочего органа из-за смещения валов, соединенных муфтой. 19

5 Проектирование барабана 20

5.1 Определение силы на приводной барабан со стороны тяговой ленты 20

5.2 Выбор тяговой ленты: 20

5.3 Конструирование приводного барабана. 21

6 Расчет вала. 22

6.1 Расчет вала на статическую прочность. 22

6.2 Расчет вала на усталостную прочность 23

7 Расчет подшипников вала по динамической грузоподъемности. 26

8 Расчет шпонок 28

8.1 Расчет шпонок на смятие. 28

8.2 Расчет шпонок на срез. 28

9 Расчет болтов 29

10 Конструирование рамы. 30

Библиографический список. 31

Задание на курсовое проектирование.

Курсовой проект по основам проектирования деталей машин

Шифр КП.Д3.09.04.08

Студент: Клычникова А.Н.

Произвести расчет привода ленточного конвейера

Срок службы - 5 лет

К = 0,8; К = 0,6.

1. Окружное усилие на барабане, Ft, кН 2

2. Скорость цепи конвеера, V, м/с 2

3. Диаметр барабана Dб , мм 315

4. Ширина барабана В, мм 400

5. Высота установки ведущего вала, Н, мм 350

6. α, рад 3,8

Разработать

Привод ленточного конвейера

Задание получил ___________ разработчик: Клычникова А.Н._____

Руководитель разработки Казаков А.Ю._________________________

1 Предварительный расчет привода.

Цель предварительного расчета заключается в составлении и уточнении кинематической схемы установки, выборе основных элементов привода и проведении его кинематического и силового анализа.

1.1 Определение недостающих геометрических размеров исполнительного механизма.

На этапе предварительного расчета определяем недостающие размеры, которые будут необходимы для выполнения чертежа вала исполнительного механизма. В данном случае исполнительным механизмом является барабан. Недостающий размер - ширина барабана:

Вб = В + (50...100) мм. Вб = 400 + 100 = 500 мм.

1.2 Определение потребной мощности и выбор электродвигателя.

Номинальный вращающий момент на валу ИМ: Т = Ft

T = 2= 0,315кНм;

Эквивалентный вращающий момент: Т_Е= Т

T_Е= Т = 0,218 кНм;

Угловая скорость вращения вала ИМ:

ω= = = 12,7 рад/с;

Общий КПД привода: η₀ = η₁· η₂ · η_3…η_n = η_р· η_ч · η³_пп· η_м = 0,95 · 0,8 · 0,99³ · 0,98 = 0,723;

Расчетная мощность двигателя: Р_р =

Р_р = = 3,84 кВт.

Мощность расчетная номинальная:

Р_рн = ₌ = 5,53 кВт;

Частота вращения вала ИМ: n_ИМ = = = 127 об/мин;

Для однозначного выбора электродвигателя необходимо также знать расчетную частоту вращения вала электродвигателя или возможный диапазон её изменения.

Общее передаточное число определяется как произведение передаточных чисел отдельных передач, входящих в схему:

U_0min = 2 · 8 = 16; U_0max = 4 · 80 = 320;

Диапазон изменения частоты вращения вала двигателя:

n_min = n_им · U_0min; n_max = n_им · U_0max;

n_min = 127· 16 = 2032 об/мин; n_max = 127 · 320 = 40460 об/мин;

Из таблиц характеристик стандартных электродвигателей единой серии 4А выбираем электродвигатель 112М2:

n_таб = 2900 об/мин ψ_n = 2 Р = 7,5 кВт

Далее производим проверку двигателя на перегрузку при возможных неблагоприятных условиях эксплуатации, когда напряжение в электросети понижено на 10 %, а нагрузка достигает максимального значения.

Общее передаточное отношение: U₀=₌ = 22,8

Передаточное отношение редуктора: Uр = где Uрп – передаточное отношение ременной передачи. Для его расчета необходимо рассчитать диаметры шкифов: ведущий D1 = 1200 ³ = 132 мм ведомый D2 = 317 мм

По ГОСТу: D1 = 140 мм; D2 = 320 мм; U_рп = = 2,286

Uр = = 9,97 принимаем значение Uр =10

Отклонение:

ΔU = = = 0,0035 < 0,04

Проверка на перегрузку: Р_таб ≥ 0,13

Р_таб ≥ 0,13 = 3,6 кВт;

7,5 кВт > 3,6 кВт. Двигатель подходит.

Эскиз выбранного электродвигателя с указанием его основных характеристик:

1.3 Таблица исходных данных.

Таблица исходных данных позволяет начать проектирование с любого элемента кинематической схемы привода. После составления таблицы исходных данных производится проверка правильности расчетов. Должны выполнятся два равенства: n₃ ≈ n_ИМ; Т₃ ≈ Т.

N валов	n_i, об/мин	P_i, кВт	T_i, Нм
1	n₁ = n_таб/U_рп = 1268,75	Р₁ = Р_рн η_рп η_пп = 5,53 · 0,95 · 0,99 = 5,2	Т₁= 9550 P₁/n₁ = 39,17
2	n₂ = n₁/U_р = 126,88	Р₂ = Р₁ η_ч η_пп = 5,2 · 0,8 · 0,99 = 4,12	Т₂= 9550 P₂/n₂ = 310,25
3	n₃ = n₂ = 126,88	Р₃ = Р₂ η_м η_пп = 4,12 · 0,98 · 0,99 = 4	Т₃= 9550 P₃/n₃ = 301

Проверка:

n₃ = 126,88 об/мин n_им = 127об/мин

Т₃ = 301 Нм Т = 300 Нм

1.4 Выбор редуктора

Редуктор - передача зацеплением, заключенная в геометрический корпус, предназначенная для повышения крутящего момента и понижения частоты вращения валов кинематической цепи от двигателя к рабочему органу. Выбираем редуктор по следующим параметрам:

а) по типу;

б) по передаточному числу;

в) по крутящему моменту на тихоходном валу.

В данной схеме используется редуктор типа РЧУ. U_р=10. T₂ = 310,25 Hм.

Всем параметрам удовлетворяет редуктор РЧУ-100-10.

Эскиз выбранного редуктора и его характеристики:

Конец быстроходного вала редуктора:

Конец тихоходного вала редуктора:

2 Конструирование и расчет исполнительного механизма.

2.1 Составление схемы, определение опорных точек и предварительных размеров.

Конструирование приводного вала конвейера начинаем с составления его схемы, на который показываем характерные точки. Нужно сконструировать приводной вал с барабаном.

1 - середина конца вала;

2 - середина левого подшипника;

3 - середина левой опоры барабана;

4 - середина правой опоры барабана;

5 - середина правого подшипника.

Определение размера конца вала

Диаметр конца вала равен диаметру тихоходного вала редуктора:

d_к = d_тих = 40 мм.

Эскиз выбранного конца вала и его основные характеристики:

Подбор шпонок

Для принятого конца вала, по ГОСТу, размеры шпоночного соединения:

2.2 Определение диаметра вала под подшипник. Подбор подшипника.

Определяем диаметр вала в точке 2 под подшипником из условия, что на конце вала находится призматическая шпонка, которая устанавливается на валу по посадке с натягом и после установки не должна удаляться. При сборке и разборке узла, подшипник должен свободно одеваться и сниматься через шпонку, т. е. должно выполняться следующее условие:

d_п > d_к + 2(h – t₁); d_п > 40 + 2(8 - 5); d_п > 46.

d_п = 50 мм .

Выбираем подшипник шариковый радиальный сферический 1310.

2.3 Определение диаметра буртика подшипника, разработка посадочного места под ступицу.

d_бп ≥ d_п + 3r; d_бп ≥ 50 + 3 · 3; d_бп ≥ 59 мм. Выбираем d_бп = 60 мм.

Диаметр ступицы: d_ст ≥ d_п +(2...5); d_ст = 65 мм.

3 Конструирование подшипникового узла.

3.1 Подбор корпуса подшипника.

Наружный диаметр подшипника 110 мм. Выбираем корпус подшипника УМ 110.

3.2 Торцевая крышка с отверстием.

Наружный диаметр подшипника 110 мм. Диаметр буртика 60 мм. Выбираем крышку типа МН 110×60.

3.3 Подбор глухой крышки.

Выбираем высокую крышку. Так как D = 110, то выбираем крышку ГВ 110.

Эскиз выбранной крышки и ее основные характеристики.

3.4 Подбор манжетных уплотнителей.

Подбираем манжеты по диаметру буртика под подшипник:60×85.

Эскиз выбранной манжеты и ее характеристики:

3.5 Подбор концевых шайб.

Концевые шайбы служат для обеспечения неподвижности вала.

4 Подбор муфт

Тип муфты зависит от того, какие валы она соединяет. Для соединения выходного вала двигателя и быстроходного вала редуктора используется упругая муфта, а для соединения тихоходного вала и приводного - цепная.

4.1 Подбор цепной муфты

Подбираем муфту по диаметру вала и по передаваемому крутящему моменту.

Диаметр вала 40 мм, крутящий момент 310,25 Нм.

Выбираем муфту МЦ-500-40-1-40-1-У3.

Эскиз муфты и ее характеристики:

4.2 Определение силы на вал рабочего органа из-за смещения валов, соединенных муфтой.

Делительный диаметр окружности: d_д= = 142,68 мм.

Окружное усилие: F_tm = _{= 4219,23
Н.}

F_м =(0,15-0,25)F_tm = (623-1055) Н. Среднее значение: F_м = 843,85 Н. Эта сила считается приложенной в точке, совпадающей с серединой длины конца вала.

5 Проектирование барабана

5.1 Определение силы на приводной барабан со стороны тяговой ленты

F_сум =

β= α- π= 3,8 - 3,14 = 0,66 рад

F₁ = F₂ e^f·a ; F₂= K=1,2; f=0,3.

F₂= 1128 Н; F₁ = 3527 Н; F_сум =4473 Н.

Суммарная сила прикладывается в середине длины ступицы опоры.

5.2 Выбор тяговой ленты:

≥ i ≥

D - диаметр барабана, 300 мм;

F₁-натяжение ведущей ветви ленты, 3527 Н;

B - ширина ленты, 400 мм;

S_p1 - прочность тканевой прокладки, 200 Н/мм;

K₁ - коэффициент, учитывающий свойство ткани прокладок, 180;

K_Н - коэффициент неравномерности работы прокладок, 0,95;

K_СТ - коэффициент прочности, 0,9;

Kр - коэффициент режима работы конвейера, 0,95.

i ≤ = 1,67 i ≥ = 0,4

Из условия: количество прокладок – 1.

Выбираем ленту 1.1-400-1-ТК-200-2-6-3.5-Г-1

5.3 Конструирование приводного барабана.

Используется литой барабан из чугуна СЧ 15.

Диаметр D=300 мм.

Ширина b=B+100=400+100=500 мм.

Диаметр ступицы d =1,5*d=1,5*65=97,5 мм. d = 100 мм

Расстояние между дисками l =0,6*b=0,6*500=300 мм.

Толщина обода и дисков N=2\3(D+b)=533 мм. δ = 8 мм.

6 Расчет вала.

6.1 Расчет вала на статическую прочность.

l₁ =90 мм; l₂ =178 мм l₃ =300 мм l₄ =178 мм.

F_r = F_сум /2=4473/2=2236,5 H.

Изгибающий момент в сечении 3 от силы F_сум :

M₁ = F_r · l2 = 2236,5 · 178 = 398097 Нмм.

от силы F_M :

M₃ =F_M = 843,85 = 55338,8 Нмм.

Изгибающий момент в сечении 1 от силы F_M :

M₂= F_M · l₁ = 843,85 · 90 = 75946,14 Нмм.

Суммарный изгибающий момент: в сечении 2: M_II =M₂; в сечении 3: M_III = M₁ +M_3.

Эквивалентные изгибающие моменты:

M_EII = = = 310433,27 Нмм,

M_EIII = = = 544247,21 Нмм.

Расчетный диаметр:

d_II ≥ 10 = 32 мм < 50 мм

d_III ≥ 10 = 43,8 мм < 65 мм

Прочность вала на конце первой ступени:

M_I`= F_M · l₀ , l₀=l/2=82/2 = 41 мм.

M_I`= 843,85·41=34597,68 Нмм.

M_EI`= = 34597,68 +301000 = 302981,85 Нмм,

d_III ≥ 10 = 31,2 мм < 40 мм

Принятые в эскизном проектировании диаметры больше полученных, оставляем их.

6.2 Расчет вала на усталостную прочность

Предел прочности σ_в = 1000 МПа

Предел текучести σ_т = 700 МПа

Предел выносливости σ_-1 = 405 МПа, τ_-1 = 245 МПа

Необходимый запас прочности [n] = 1,75

Проверка в сечении 2

Посадка подшипников с натягом. Подшипники устан-ся на вал по прессовой посадке. Коэф-ты концентрации напряжений: k_δ = 4,9 k_τ = 3,34

Значение масштабного фактора Σ_δ = 0,84, Σ_τ = 0,78 (для d_п =50 мм). К-т качества пов-ти β = 0,82. Чувствительность материала к ассиметрии цикла φ_δ = 0,2, φ_τ = 0,1

τ_a = τ_m =1/2τ_max = = = = 12,27 МПа;

σ_a = = = = 6,19 МПа;

σ_m = = = = 1,63 МПа;

n_τ = = = 3,75;

n_σ = = = 9,31

n = = = 3,47 > [n] = 1,75.

Условие усталостной прочности выполняется.

Проверка в сечении 3:

Посадка подшипников с натягом. Подшипники устан-ся на вал по прессовой посадке. Коэф-ты концентрации напряжений: k_σ = 3,98 k_τ = 2,8

Значение масштабного фактора Σ_σ = 0,78, Σ_τ = 0,74 (для d_б = 65 мм). К-т качества пов-ти β = 0,82. Чувствительность материала к ассиметрии цикла φ_δ = 0,2, φ_τ = 0,1

τ_a = τ_m =1/2τ_max = = = = 5,58 МПа;

σ_a = = = = 16,83 МПа;

σ_m = = = = 1,06 МПа;

n_τ = = = 9,31;

n_σ = = = 3,86

n = = = 3,57 > [n] = 1,75.

Условие усталостной прочности выполняется.

7 Расчет подшипников вала по динамической грузоподъемности.

Сумма моментов относительно опоры А: ΣM_A = 0.

F_M l₁ - F_r l₂ - F_r (l₂+l₃) + F_rB (2l₂+l₃) = 0;

F_rB= = F_r - F_{M
= 2236,5 - 843,85 = 2120,73
Н.}

Сумма сил относительно опоры B: ΣM_B = 0.

F_M (l₁+l₃+2l₂) - F_rA (2l₂+l₃) + F_r (l₂+l₃) + F_r l₃ =0;

F_rA = = F_r + F_M= 2236,5 + 843,85_{= 3196,12} Н.

Так как радиальная нагрузка на опору А больше, чем на опору В, то расчет подшипников вала проводим по радиальной нагрузке на опору А.

Эквивалентная радиальная динамическая нагрузка на опору А:

P_rA= (V x F_rA + y F_a) k_σ k_m

где F_rA -радиальная нагрузка на подшипник;

F_a - осевая нагрузка на подшипник;

x ,y - коэффициенты, учитывающие влияние радиальной и осевой нагрузки;

V = 1, так как вращается внутреннее кольцо;

F_a = О; так как F_a / F_r = 0, тo x₀ = 1.

k_σ - коэффициент, учитывающий динамичность нагрузки;

k_σ = 1,2 для ленточного конвейера;

k_m - температурный коэффициент;

k_m = 1, так как механизм работает ниже 100°С;

P_rA= (1·1· 3196,12) 1,2·1 = 3835,34 H.

Ресурс принятых при предварительном проектировании подшипников:

L_10h =a₂₃ ( > L;

Для шариковых подшипников a₂₃ = 0,75; p = 3;

L_10h = 0,75( =125 · 10³ > 21024 часов;

Время работы выбранного подшипника больше заданного, значит подшипник выдержит нагрузку обеспечит требуемую долговечность. Выбранные подшипники подходят.

8 Расчет шпонок

При конструировании приводного вала цепного конвейера шпоночные соединения используются на конце вала и ступицы звезды. Шпонка, находящаяся на конце вала, является более нагруженной, так как напряжения смятия обратно пропорциональны диаметру вала, на который шпонка ставится, поэтому рассчитываем шпонку на конце вала. Расчет шпонки ведется на срез и на смятие.

Для стали [σ]=140 МПа [τ]=85 МПа.

8.1 Расчет шпонок на смятие.

σ_см = ≤ [σ_см];

[σ_см] - допускаемое напряжение смятия;

σ_см = = 98,4 МПа < 140 МПа;

Шпонка выдержит нагрузку.

8.2 Расчет шпонок на срез.

Условие прочности имеет вид:

τ_ср = [τ_ср];

[τ_ср] - допускаемое напряжение среза;

τ_ср _{= 12,7
МПа < 85 МПа;}

Шпонка выдержит нагрузку.

9 Расчет болтов

Болт М16х2,5.

Сила, действующая на болт: F = P₁ = 3196,12 H.

Рассчитываем более нагруженный болт - болт в точке 2.

Необходимая сила затяжки: F_зат = ;

К - коэффициент, учитывающий динамичность нагрузки, К = 1;

F - сила, действующая на болт;

z - количество болтов, z = 2;

i - количество стыков, i = 1;

f - коэффициент трения, f = 0,15.

F_зат = = 10653,73 Н;

Минимально допустимый внутренний диаметр резьбы:

d₂ ≥ ;

m - коэффициент, учитывающий, что болт работает на кручение, m=1,3;

[σ_p] - допустимое значение напряжения, для стали 45: [σ_p] = 110 МПа.

d₂ = 12,7 мм;

Для болта М16х2,5: d₂ = 13,5 мм > 12,7 мм – условие выполняется.

Болт выдержит нагрузку.

10 Конструирование рамы.

Рама служит для установки на неё сборочных единиц, связанных между собой требованиями точности относительного положения. Рама является координирующим элементом конструкции. Выбор сварной рамы объясняется единичным производством привода, а, следовательно, экономией средств на её производство. В сварной раме можно выделить элементы базовой конструкции и элементы надстройки. К базовой конструкции относится нижний пояс, от которого зависит жёсткость и прочность рамы.

Для рамы выбираем швеллер, его высоту определяем из расчета высоты установки ведущего вала и геометрических характеристик мотора и редуктора.

По условию высота установки вала Н = 350 мм.

В данном случае для образования базовой поверхности будем использовать швеллер 16П.

Конфигурацию и размеры рамы определяем по типу и размерам редуктора, электродвигателя, муфт. Швеллеры располагаем полками наружу, поскольку такое расположение удобно для крепления узлов к раме. Для крепления опор приводного вала применяем надстройки из швеллеров того же номера, размещая их на такой высоте, чтобы поместились платики. В нашем случае к раме будут крепиться мотор, редуктор, опоры приводного вала с помощью болтов. Для этого в полках швеллеров необходимо просверлить отверстия на проход стержня болта. При креплении на внутреннюю поверхность полки накладываем косые шайбы, выравнивающие опорную поверхность под гайками, что устраняет эксцентрическое нагружение при затяжке болтов.

Библиографический список.

1. Анурьев, Василий Иванович. «Справочник конструктора - машиностроителя», В.И. Анурьев Том 1. - М.: Изд-во Машиностроение, 1992г.

2. Анурьев, Василий Иванович. «Справочник конструктора - машиностроителя», В.И. Анурьев Том 2. - М.: Изд-во Машиностроение, 1992г.

3. Анурьев, Василий Иванович. «Справочник конструктора - машиностроителя», В.И. Анурьев Том 3. - М.: Изд-во Машиностроение, 1992г.

4. Бельков, Валентин Николаевич, Захарова, Наталья Васильевна. «Основы конструирования деталей с сборочной единицы машин», В.Н. Бельков, Н.В Захарова - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2007г.

5. Добровольский, Виктор Павлович. «Приводы конвейеров с гибким тяговым элементом», В.П. Добровольский - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2011г.

6. Дунаев, Петр Федорович; Леликов, Олег Павлович. «Детали машин. Курсовое проектирование», П.Ф. Дунаев, О.П. Леликов - М.: Высшая школа, 2003г.

7. Иванов, Михаил Николаевич. «Детали машин. Курсовое проектирование», М.Н. Иванов - М.: Высшая школа, 1975г.

8. Мехаев, Михаил Борисович. Методические указания к курсовому проекту по деталям машин – «Предварительный расчет привода», М.Б. Мехаев - Омск: Изд-во ОмГТУ, 2005г.

Проектирование привода ленточного конвейера. 2