Проектирование привода ленточного конвейера. 4

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное  образовательное учреждение высшего  профессионального образования

 

«МАТИ» - РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ имени К.Э. Циолковского (МАТИ)

 

 

Кафедра: «Технология  и автоматизация обработки материалов»

  

 

 

Курсовая  работа  по дисциплине

«Детали машин  и основы конструирования»

 

 

 

            Студент:                               

                                                                            Группа:                          Преподаватель:              

 

 

 

 

Великий Новгород

2012 г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание на курсовой проект

Спроектировать привод ленточного конвейера


1 – Электродвигатель фланцевый

2 – Редуктор двухпоточный

3 – Муфта упругая

4 – Барабан приводной

 

 

 

 

 

P – Окружное усилие на барабане

 – Скорость ленты конвейера

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

Введение……………………………………………………………………………………………...1

1 Кинематический расчет и выбор электродвигателя………………………..4

    1. Выбор электродвигателя………………………………………………………………4
    2. Определение передаточных чисел привода………………………………..5
    3. Определение вращающих моментов на валах привода……………..5

     2 Зубчатый расчет………………………………………………………………………………...6

      2.1 Выбор твердости, термической обработки и материала колес…..6

      2.2 Расчет цилиндрической зубчатой  передачи………………………………..7

3 Проверка расчетов в APM и расчет быстроходной ступени…………..12

  3.1 Тихоходная ступень……………………………………………………….……………12

  3.2 Быстроходная ступень………………………………………………………………..13

4 Эскизное конструирование валов и подбор подшипников…………..13

5 Сборка редуктора…………………………………………………………………………….14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

«Детали машин» являются первым из расчетно-конструкторских  курсов, в котором изучают основы проектирования машин и механизмов.

Любая машина (механизм) состоит из деталей.

Деталь – такая часть машины, которую изготовляют без сборочных  операций. Детали могут быть простыми (гайка, шпонка и т.п.) или сложными (коленчатый вал, корпус редуктора и  др.). Детали частично или полностью  объединяют в узлы.

Узел представляет собой законченную  сборочную единицу, состоящую из ряда деталей, имеющих общее функциональное назначение (подшипник качения, муфта, редуктор и т.п.). Сложные узлы могут  включать несколько простых узлов, например, редуктор включает подшипники, валы с насажденными на них зубчатыми  колесами и т.п.

Среди большого разнообразия деталей  и узлов машин выделяют такие, которые применяют почти во всех машинах (болты, валы, муфты, механические передачи и т.п.). Эти узлы называют деталями общего назначения. Все другие детали (поршни, лопатки турбин) относят  к деталям специального назначения.

Детали общего назначения применяют  в машиностроении в очень больших  количествах. Поэтому любое усовершенствование методов расчета и конструкции  этих деталей, позволяющее уменьшить  затраты материала, понизить стоимость  производства, повысить долговечность, приносит большой экономический  эффект.

Основные требования к конструкции  деталей машин: совершенство конструкции  детали оценивают по ее надежности и экономичности. Под надежностью  понимают свойство изделия сохранять  во времени свою работоспособность. Экономичность определяют стоимостью материала, затратами на производство и эксплуатацию.

Основные критерии работоспособности  и расчета деталей машин –  прочность, жесткость, износостойкость, коррозийная стойкость, теплостойкость, виброустойчивость. Значение того или  иного критерия для данной детали зависит от ее функционального назначения и условий работы. Например, для  крепежных винтов главным критерием  является прочность, а для ходовых  винтов – износостойкость. При конструировании  деталей их работоспособность обеспечивают в основном выбором соответствующего материала, рациональной конструктивной формой и расчетом размеров по главным  критериям. Прочность является главным  критерием работоспособности большинства  деталей.

Жесткость характеризуется изменением размеров и формы детали под нагрузкой. Расчет на жесткость предусматривает  ограничение упругих перемещений  детали в пределах, допустимых для  конкретных условий работы.

Изнашивание – процесс постепенного изменения размеров деталей в  результате трения. При этом увеличиваются  зазоры в подшипниках, в направляющих, в зубчатых зацеплениях, в цилиндрах  поршневых машин и т.п. Установлено, что при современном уровне техники 85…90% машин выходят из строя в результате изнашивания и только 10…15% по другим причинам.

Особенности расчета деталей машин. Для того чтобы составить математическое описание объекта расчета и по возможности просто решить задачу, в инженерных расчетах реальные конструкции  заменяют идеализированными моделями или расчетными схемами. Например, при  расчетах на прочность, по существу, не сплошной и неоднородный материал деталей  рассматривают как сплошной и  однородный, идеализируют опоры и  форму деталей. При этом расчет становится приближенным. В приближенных расчетах большое значение имеют правильный выбор расчетной модели, умение оценить  главные и отбросить второстепенные факторы. Отметим, однако, что неточности расчетов на прочность компенсируют в основном за счет запасов прочности. При этом выбор коэффициентов  запасов прочности становится весьма ответственным этапом расчета. Заниженное значение запаса прочности приводит к разрешению детали, а завышенное – к неоправданному увеличению массы  изделия и перерасходу материала.

В инженерной практике встречаются  два вида расчета: проектный и  проверочный. Проектный расчет –  предварительный, упрощенный расчет, выполняемый  в процессе разработки конструкции  детали (машины) в целях определения  ее размеров и материала. Проверочный  расчет – уточненный расчет известной  конструкции, выполняемый в целях  проверки ее прочности или определения  норм нагрузки.

Выбор материалов для деталей машин  является ответственным этапом проектирования. Правильно выбранный материал в  значительной мере определяет качество детали и машины в целом. Выбирая  материал, учитывают в основном следующие  факторы: соответствие свойств материала  главному критерию работоспособности (прочность, износостойкость и др.); требования к массе и габаритам  детали и машины в целом; другие требования, связанные с назначением детали и условиям ее эксплуатации и другие факторы.

Проектирование машин и их деталей  является особым видом инженерного  творчества. Для принятия удачных  технических решений недостаточно знаний одной лишь теории. Необходимо так же знакомство с существующими  конструкциями и умение в них  критически разобраться; знания технологических основ изготовления деталей; знание условий работы проектируемой машины; умение конкретно воплощать свои идеи в конструкторскую документацию. Рационально спроектированная машина должна быть прочной, долговечной экономичной при изготовлении и эксплуатации, безопасной для обслуживающего персонала, удобной в работе. Получение необходимых практических навыков проектирования механизмов и деталей общетехнического назначения является главной целью курсового проектирования деталей машин.

Выполнением курсового проекта  по «Деталям машин» завершается общетехнический  цикл подготовки студентов .При выполнении моей работы активно используется  знания из ряда пройденных предметов : механики, сопротивления материалов ,технологий металлов и др.

Объектом курсового проекта  является привод с цилиндрическим  двухступенчатым редуктором  с  раздвоенной быстроходной  ступенью, использующие большинство деталей  и узлов общего назначения.

 

 

 

 

 

1 Кинематические расчеты

 

          1.1 Выбор электродвигателя

 

Потребляемую  мощность (Вт) привода определяем по формуле

 

 
                                             (1.1)

 

где Ft – окружная сила на барабане ленточного конвейера;

                 v – скорость движения ленты.

 

 

 

 

После вычисления мощности Рвых определяют потребную мощность электродвигателя

 

                                                             (1.2)

 

 

 

 

Где - КПД зубчатой передачи

- КПД опор

 – КПД муфты

 

 

 

Мощность  электродвигателя принято обозначать в кВт. Поэтому полученную расчетом мощность Рэ. потр в Вт переводим делением на 103 в кВт

 

3430 Вт = 3,430 кВт.

 

Далее определяем частоту вращения вала электродвигателя

 

                                                (1.3) 

         где nвых – частота вращения приводного вала;

                uт =2,5 – передаточное число тихоходной ступени редуктора;

                uб =4 - передаточное число быстроходной ступени редуктора.

 

                                                       (1.4) 

где Dб – диаметр барабана ленточного конвейера.

 

об/мин

 

 

 

Подбираем электродвигатель:           Р = 4кВт, n = 1430 об/мин.

 

1.2 Определение передаточных чисел  привода

 

После окончательного выбора n определяем общее передаточное число привода

                                    (1.5) 

          Так как в схеме привода  отсутствуют ременная или цепная  передачи, то передаточное число  редуктора.

Передаточные  числа uб быстроходной и uт тихоходной ступеней

 

                              (1.6)

 

                                         (1.7) 
 
           1.3 Определение вращающих моментов на валах привода

 

           Частота вращения вала колеса  тихоходной ступени 

 

 

Частота вращения вала колеса быстроходной ступени

 

                      (1.8) 

           Момент на приводном валу

 

                                   (1.9) 

Момент  на валу колеса быстроходной ступени  редуктора

 

                                                     (1.10)

 
где ηз – КПД зубчатой передачи тихоходной ступени редуктора.

 

 

 

 

 

2 Расчет зубчатой передачи

 

2.1 Выбор твердости, термической  обработки и материала колес

 

Для зубчатой передачи выберем II вариант термической обработки: термическая обработка колеса – улучшение, твердость НВ 269…302; термическая обработка шестерни – улучшение и закалка ТВЧ, твердость поверхности HRC 45…50. Материал шестерни– сталь 40Х, колеса – сталь 40ХН.

Для колеса: Твердость 269..302 НВ, =750 МПа

Для шестерни: Твердость 45...50HRC,=750МПа

Допускаемое контактное напряжение для шестерни

 

                                            (2.1) 

где HRC – твердость поверхности колеса при улучшении и закалке ТВЧ

 

 

 

Допускаемое контактное напряжение для колеса

 

                                              (2.2)

 

 

где НВ - твердость  поверхности колеса при улучшении

 

 

Допускаемое напряжение изгиба для шестерни ;

Допускаемое напряжение изгиба для колеса

 

                                       (2.3) 

Расчетное допускаемое контактное напряжение

        (2.4)

 

                    (2.5) 

2.2 Расчет цилиндрической зубчатой  передачи

 

Тихоходная ступень

 

2.2.1 Межосевое  расстояние

 

 

                               (2.6) 

где Ка = 4300 – коэффициент;

       КНβ – коэффициент концентрации нагрузки;

       Т2 – эквивалентный момент на колесе;

       φа = 0.4 – коэффициент, зависящий от положения колес относительно опор.

 

 

 

 

 

Округляя  до стандартного значения, принимаем 

 

2.2.2 Предварительные  основные размеры колеса

Делительный диаметр

 

                                (2.7) 

Ширина

 

                                   (2.8) 

2.2.3 Модуль  передачи

 

                                                       (2.9) 

 

 

 

 

Полученное  значение модуля округляем в большую  сторону до стандартного значения. m = 1,5 мм.

 

2.2.4 Суммарное  число зубьев и угол наклона

Минимальный угол наклона зубьев косозубых колес

  

                                       (2.10)

 

 

 

 

Суммарное число зубьев

 

                               (2.11)

 

Округляя  принимаем  

             Действительный угол наклона  зубьев

 

                            (2.12) 

2.2.5 Число  зубьев шестерни и колеса

Число зубьев шестерни

 

                                     (2.13)

Округляя, получаем  

Число зубьев колеса

 

                                     (2.14) 

                                              (2.15)

 

2.2.5 Диаметры  колес

Делительный диаметр:

шестерни

 

b                               (2.16) 

колеса

 

                        (2.17) 

Диаметр окружности вершин зубьев

шестерни

 

                            (2.18)

 

колеса

                       (2.19)

 

Диаметр окружности впадин зубьев

шестерни 

 

                       (2.20) 

колеса 

                          (2.21)

 

Пригодность заготовки колес

 

 

 

 

 

2.2.6 Силы  в зацеплении

Окружная  сила

 

                         (2.22) 

Радиальная  сила

 

                       (2.23) 

Осевая  сила

 

                          (2.24) 

2.2.7 Проверка  зубьев по напряжениям изгиба

Расчетное напряжение изгиба в зубьях:

колеса

 

                       (2.25)

 

                                                    (2.26)

 

 

 

 

 

Коэф. Точности 9 => 1

      

 

 

=0,942                                          (2.27)

 

 

 

2.2.7 Проверка  зубьев колес по контактным  напряжениям

Расчетное контактное напряжение

 

            (2.28)               

 - (для косозубых и шевронных колес)

 

 

 

 

 

3 Проверка расчетов в APM и расчет быстроходной ступени

3.1 Тихоходная ступень.

Рис.1 Исходные данные

Рис.2 Максимальный момент

 

3.2 Быстроходная ступень

 

Рис.3 Исходные данные

Проектировочный расчет

Рис.4 Основные геометрические параметры 

Рис.5 Параметры материалов

Рис.6 Силы в зацеплении

4 Разработка эскизного проекта

4.1 Диаметры валов

Быстроходный  вал

мм, принимаем d=15 мм

, принимаем 20мм

, принимаем =25 мм

 

Промежуточный вал

, принимаем =30 мм

, принимаем  = 25 мм

, принимаем  = 35 мм

, принимаем=30 мм

Тихоходный  вал

,принимаемd=30 мм

, принимаем  = 35 мм

, принимаем=45 мм

 

Подшипники

 

Предварительно  выбираем роликовые конические подшипники ГОСТ 27365:

Быстроходный вал 2007105А

Промежуточный вал 2007106А

тихоходный  вал          2007110А

Расстояние  между деталями передач

Расстояния  между стенками корпуса и наружными  диаметрами шестерен

а=+3 = +3=11 мм

L = =359 мм

Расстояния  между колесами и дном корпуса

b ≥4а= 4·11=44 мм

Корпусные детали

Толщина стенки корпуса

δ= 1,12· =1,12·=4,328мм

δ=10 мм.

К=2,7·12=32,4 , примем 30мм – ширина фланца корпуса

М12 – болты  крепления корпуса с крышкой  редуктора

М6 (z=4) – болты крепления крышек подшипника.

М16 (z=4) – фундаментные болты.

 

5 Сборка редуктора

Перед сборкой  внутреннюю полость корпуса редуктора  тщательно очищают и покрывают  маслостойкой краской. Сборку производят в соответствии со сборочным чертежом, начиная с узлов валов.

  1. Надеть подшипники на быстроходный вал.
  2. Надеть на промежуточные валы зубчатые колеса и подшипники.
  3. Надеть на тихоходный вал зубчатое колесо и подшипники.
  4. Уложить валы в корпус редуктора.
  5. Отцентрировать крышку редуктора относительно корпуса с помощью штифтов и привернуть болтами.
  6. Залить масло.

Собранный редуктор обкатывают и испытывают на стенде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература:

1. Дунаев  П.Ф., Леликов О.П., Конструирование  узлов и деталей машин. М. «Высшая школа».1985

2. Атлас конструкций.  Детали машин.


Проектирование привода ленточного конвейера. 4