Министерство  образования Российской Федерации

Вятский государственный  университет

Электротехнический  факультет

Кафедра машин и механизмов. 
 
 
 
 
 

Курсовой  проект

по  дисциплине Техническая  механика: 

«РАСЧЁТ ПРИВОДА ЛЕНТОЧНОГО ТРАНСПОРТЁРА» 

Вариант 3. 
 
 
 

                
 

 

  Выполнил:                 студент группы  ЭПА-21          Видякина Л. А. 
 

  Проверил:              преподаватель                         Кайгородцев А. В. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Киров 2009

 

Задание: спроектировать и рассчитать ведущий и ведомый  валы одноступенчатого прямозубого  редуктора, входящего в состав привода  ленточного транспортера.

      Исходные  данные:

полезная сила, передаваемая лентой транспортера - ;

рабочая скорость ленты - ;

диаметр ведущего барабана ;

редуктор цилиндрический горизонтальный;

материал валов и зубчатых колес – сталь  Ст45 , ;

углы наклона  линий центров к горизонту  шкивов и звёздочек  соответственно; номинальная долговечность подшипников качения редуктора -

1 этап. Кинетический  и силовой расчет  привода.

1.1. Схема привода.

1 – электродвигатель;

2 – передача  клиноременная;

3 – редуктор  цилиндрический одноступенчатый;

4 – передача  цепная;

5 – барабан  ведущий ленточного транспортера.

 

Тип редуктора

 

   α –  угол наклона линии центров  шкивов                                 к горизонту;

   β –  угол наклона линии центров  звездочек к горизонту. 

1.2. Общий КПД  привода. 

      Примем  для клиноременной передачи , для прямозубого цилиндрического редуктора ,для открытой цепной передачи и для каждой пары подшипников .

      

1.3. Мощность  на барабане.

1.4. Требуемая  мощность электродвигателя.

1.5.Общее передаточное  число.

1.6.Рабочая скорость  барабана.

1.7.Диапазон возможных  скоростей электродвигателя .

1.8.Выбор электродвигателя.

   Выберем  по каталогу электродвигатель 4А112М2

1.9. Фактическое  общее передаточное число.

1.10.Распределение  общего передаточного числа между,  ступенями привода.

     Примем  для зубчатого редуктора  , а для цепной передачи .

Тогда передаточное число ремённой передачи .

Примем  2,4

 

1.11.Определение  моментов на валах и скоростей  их вращения.

1 вал – вал  электродвигателя.

2 вал.

 

3 вал.

 

4 вал.

 

1.12. Проверка  вычислений.

 Следовательно,  все необходимые вычисления  выполнены  верно.

 

2 этап. Определение  нагрузок на валы  редуктора. 

2.1.Ведущий вал.

      Нагрузку  от клиноременной передачи определяем ориентировочно. Диаметр ведущего шкива

, кНмм

Примем по стандарту 

Тогда диаметр  ведомого шкива

Выберем по стандарту  пару

      Для ведомого шкива диаметр его можно  принять нестандартным, чтобы не корректировать кинематический расчет привода.

Окружное усилие клиноременной передачи

 Н

Ориентировочное усилие ременной передачи,  действующее  на вал:

                                                                                         Примем    

      Нагрузку  на вал от прямозубой цилиндрической передачи также определяется ориентировочно.

      Межосевое расстояние:

      

Делительный диаметр  шестерни.

   ,    - в Н мм.

      Момент    на ведомом валу редуктора соответствует моменту   всего привада, т.е. =207,7 Нм

      Коэффициент зависит от марки стали.

      Сталь Ст6 , К=2,28  ,  =4

 

 мм

Примем  =55 мм

Делительный диаметр  зубчатого колеса:

 мм 

Окружное усилие зубчатой передачи:

              

Примем  = 1,89кН

Радиальное усилие передачи:

Примем  =0,7кН 

2.2.  Ведомый   вал.

Определяем нагрузку от цепной передачи.

Число зубьев ведущей  звездочки 

Число зубьев ведомой  звездочки:

Усилие, передаваемое цепью на вал.

Окружное усилие цепной передачи:

  ,    где  

      По  кинематическому расчету (1 этап)  угловая скорость ведущей звездочки  . При такой скорости  шаг =25,4 мм.

Диаметр делительной  окружности ведущей звездочки:

Окружное усилие:  

Примем 

Нагрузки на ведомый вал от зубчатой передачи такие же, что и на ведущий, т.е.

=1,89 кН    =0,7 кН 

3 этап. Конструирование  и расчет валов  редуктора.  

  3.1 Ведущий вал. 

Из предыдущих расчетов берем:

Моменты на валах  =54,8 Нм, =207,7 Нм, делительные диаметры шестерни и колеса =55 мм и =220 мм.

Межосевое расстояние:

 мм

Ширина венца  зубчатого колеса:

        ,         где  -коэффициент ширины венца.

Для прямозубых цилиндрических передач при симметричном расположении

колес =0,4…0,5.

Примем  =0,5.

 мм.

Ширина венца  шестерни выполняется на 2…4 мм больше, что обеспечивает

перекрытие зубьев по их длине для лучшей приработки.

мм.

Диаметр вала  под  ведомый шкив клиноременной  передачи (диаметр хвостовика вала).

 где  =15…20 МПа –допускаемое касательное напряжение при кручении, пониженное для учета изгиба хвостовика нагрузкой от ременной передачи.

 мм

Т.к. шпоночная  канавка под шкив ослабляет сечение  вала, его диаметр увеличивают  на 5…8 % .

 мм.

Примем  с учетом стандарта ……………………. =30 мм.

Диаметры  остальных участков вала принимаем  с последовательным их увеличением.

Диаметр вала под уплотнение …………………. мм

Диаметр вала под подшипник качения   ………. мм,

Диаметр вала под  шестерню ……………………   мм.

Диаметр буртика для упора  шестерни ………… мм.

С учетом мм, выбираем по стандарту радиальный, однорядный, несамоустанавливающийся шарикоподшипник средней серии 307.

Параметры подшипника:

внутренний  диаметр ……………………………… =35 мм,

наружный  диаметр …………………………………D=80 мм,

ширина  ………………………………………………B=21 мм,

динамическая  грузоподъемность …………………. =33,2 кН.

Т.к. диаметр  вала под шестерню   мм отличается от делительного диаметра шестерни =55 мм незначительно, шестерня выполняется за одно целое с валом (вал-шестерня).

Длины отдельных участков вала.

Длина хвостовика  .

Примем  мм.

Длину участка вала под уплотнение можно  принять равной ширине подшипника   мм.

     Для предотвращения вымывания консистентной  смазки из подшипников жидкой смазкой  редуктора с внутренней стороны  на валу устанавливаются мазеудерживающие кольца. Их ширина принимается равной 8…12 мм.

  Между внутренней стенкой корпуса редуктора и боковой поверхностью шестерни должен быть обеспечен зазор А = 8…10 мм.

      Таким образом, длина консольной части  вала:

 мм.

Половина  длины пролетной части вала:

 мм.

Вся длина  пролета  мм.

По полученным размерам вычерчиваем эскиз вала, схему его нагужениявнешними  силами, определяем опорные реакции  в подшипниках в вертикальной и горизонтальной плоскостях и строим эпюры внутренних усилий и .

Исходные  данные к расчету ведущего вала:

=1,21 кH , .

кН.

кН.

=1,89 кН        =0,7 кН

Вертикальная  плоскость YOZ.

Сумма моментов относительно точки А:

Отсюда  = 0.714 кН.

Сумма моментов относительно точки В:

Отсюда  кН.

Проверка  реакций – сумма проекций сил  на ось Y:

 

Горизонтальная  плоскость XOZ:

Сумма моментов относительно точки А:

Отсюда  кН

Сумма моментов относительно точки В:

Отсюда  кН.

Проверка реакций  – сумма проекций сил на ось  X:

1. эпюра М_Z

Крутящий  момент на ведущем валуна участке  от О до К равен моменту Т₁.

Т₁=54.8 Нм

 Нм.

2. эпюра М_X      

3. эпюра М_Y

 
 
 
 
 

4. эпюра М_И

 

Проверка  статистической  прочности  вала.

  Сечение А :

    По четвертой энергетической  теории прочности определяется  эквивалентный момент в сечении:

    Диаметр вала в сечении А  - мм, осевой момент сопротивления вала: 

 Сечение К (под шестерней):

   Диаметр вала в сечении К  -   мм., но сечение ослаблено шпоночной канавкой.

С учетом того, что мы приняли  вал за одно с шестерней(вал-шестерня), эта формула для расчета момента  сопротивления не приемлема и  расчет нужно производить по формуле:

 

 

Таким образом, статистическая прочность  в опасных сечениях обеспечивается . 

Проверка  крутильной жесткости  вала. 

   Так как вал редуктора передает  крутящий момент, который в процессе  работы может изменяться, возможно  появление крутильного колебания  вала. Поэтому необходима  проверка  его крутильной жесткости по  формуле:

, где  - минимальный полярный момент инерции сечения вала в его самой тонкой части .

   Допустимый относительный угол  закручивания задается в пределах:

  Для   заданного расчета примем 

 
 

Таким образом, крутильная жесткость вала обеспечивается.    

 

 
 
 
 
 
 
 

 

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.2 Ведомый вал. 

   Диаметр вала под ведущую звездочку  цепной передачи (диаметр хвостовика  вала  ).

 мм.

С учетом шпонки под ведущую звездочку:

 мм.

Примем с учетом стандарта  ……………………….. мм.

Диаметр вала под  уплотнение ……………………... мм.

Диаметр вала под подшипник качения ……………. мм.

Диаметр вала под  зубчатое колесо …………………. мм.

Диаметр буртика  для упора колеса …………………. мм.

     С учетом  мм выбираем по стандарту радиальный, однорядный, не самоустанавливающийся шарикоподшипник легкой серии 207.

Параметры  подшипника:

    внутренний  диаметр…………………. ……………. . мм,

    наружный  диаметр………………………………….. мм,

    ширина………………………………………………… мм,

    динамическая грузоподъемность  …………………… кН.

   Осевые  размеры участков вала:

Длина хвостовика  мм

Примем  =50мм,   мм,  =8,5 мм,     А=11 мм.

Длина консольной части вала:

мм.

Половина  длины пролетной части вала:

мм.

Вся длина  пролета  мм. 

Далее, как и для ведущего вала по полученным размерам вычерчиваем эскиз вала, схему его нагужениявнешними силами, определяем опорные реакции в подшипниках в вертикальной и горизонтальной плоскостях и строим эпюры внутренних усилий и .

Исходные данные к расчету ведомого вала:

=2,7 кH , .

кН.

=1,89 кН        =0,7 кН

Вертикальная  плоскость YOZ.

Сумма моментов относительно точки А:

 Отсюда  кН.

Сумма моментов относительно точки В:

Отсюда  кН.

Проверка  реакций – сумма проекций сил  на ось Y:

 

Горизонтальная  плоскость XOZ:

Сумма моментов относительно точки А:

 
 
 
 

Отсюда  кН.

Сумма моментов относительно точки В: 

Отсюда  кН.

Проверка реакций  – сумма проекций сил на ось  X:

1. эпюра М_Z

Крутящий  момент на ведущем валуна участке  от О до К равен моменту Т2.

Т₂=207,7 Нм

 Нм. 
 

2. эпюра М_X

3. эпюра М_Y

4. эпюра М_И

 

Проверка  статистической  прочности  вала.

  Сечение К :

    По четвертой энергетической  теории прочности определяется  эквивалентный момент в сечении  по формуле:

 

 

    Диаметр вала в сечении К  - мм, но сечение ослаблено шпоночной канавкой.

   Размеры паза под шпонку выбираются  по стандарту : b=14мм, t₁=5,5мм

   Момент сопротивления такого  сечения вычисляется по формуле:

 

 Сечении  В :

   Диаметр  вала в сечении В -   мм. , осевой момент сопротивления вала:

Таким образом, статистическая прочность  в опасных сечениях обеспечивается . 

Проверка  крутильной жесткости  вала. 

   Так как вал редуктора передает  крутящий момент, который в процессе  работы может изменяться, возможно  появление крутильного колебания  вала. Поэтому необходима  проверка  его крутильной жесткости по  формуле:

, где  - минимальный полярный момент инерции сечения вала в его самой тонкой части .

   Допустимый относительный угол  закручивания задается в пределах:

  Для   заданного расчета примем 

 

Таким образом, крутильная жесткость вала обеспечивается.    
 

 

 

 
 
 

4 этап .Проверочные  расчеты. 

4.1. Проверка  стальных шпонок на прочность. 

Расчет  на смятие:

Величину  допускаемого напряжения на смятие при  использование стальных шпонок принимают  в пределах 100…180 МПа.

Большие значения – при легком режиме работы, меньше - при переменных значениях  крутящего момента.

Примем  для данного момента  МПа