Конструирование и расчет



Дата18.07.2016
өлшемі143.71 Kb.
түріКурсовая
Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

Вятский Государственный Университет

Кафедра сопротивления материалов



Курсовая работа.
На тему:

“Конструирование и расчет

основных элементов

привода.”


Вариант 2

(+шаг 2 ).

Выполнил: студент гр.ПТ-21 Воробьев А.

Проверил: Кайгородцев А.В.


Киров


2005г.

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

Исходные данные:

-полезная сила, передаваемая лентой транспортера …кH ;

-рабочая скорость ленты ………………………………. ;

-диаметр ведущего барабана ……………………………мм

-редуктор цилиндрический горизонтальный;

-материал валов и зубчатых колес – сталь Ст6, ……….МПа ;

-углы наклона линий центров к горизонту шкивов и звездочек 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.

б.




- α β





α - β



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.



1.5Общее передаточное число.



1.6 Рабочая скорость барабана.





1.7 Диапазон возможных скоростей электродвигателя .



1.8 Выбор электродвигателя.

Выберем по каталогу электродвигатель 4А160S4У3



1.9 Фактическое общее передаточное число.



.

1.10 Распределение общего передаточного числа между, ступенями привода.

Примем для зубчатого редуктора , а для цепной передачи .

Тогда .

Примем .

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. Определение нагрузок на валу редуктора.
2.1 Ведущий вал.
Нагрузку от клиноременной передачи определяем ориентировочно. Диаметр ведущего шкива.

, - в Н мм.

берем из первого этапа.

= 19,67Нм.=19670Нмм

мм

Примем по стандарту =112 мм.

Тогда диаметр ведомого шкива

мм

Примем по стандарту =325 мм.

Окружное усилие клиноременной передачи

H.

Ориентировочное усилие ременной передачи, действующее на вал:



H Примем =1,08 кH.

Нагрузку на вал от прямозубой цилиндрической передачи также определяется ориентировочно.

Делительный диаметр шестерни.

, - в Нмм.

Момент на ведомом валу редуктора соответствует моменту всего привада, т.е. =210,58 Нм.


Коэффициент зависит от марки стали.


Углеродистая сталь 45 , =400 МПа , =2,28 , =4.
мм.

Примем =50 мм .

Делительный диаметр зубчатого колеса:

мм.

Окружное усилие зубчатой передачи:

кН.

Примем = 2,1 кН.

Радиальное усилие передачи:

кН.

Примем =0,76 кН .



2.2 Ведомый вал.
Определяем нагрузку от цепной передачи.

Число зубьев ведущей звездочки



.

Число зубьев ведомой звездочки:



.

Усилие, передаваемое цепью на вал.





- коэффициент, зависящий от угла наклона линии центров ().

- начальное натяжение цепи, вызванное ее собственным весом.

, =1,05.
Окружное усилие цепной передачи:

, где

По кинематическому расчету (1 этап, пункт ) угловая скорость ведущей звездочки . При такой скорости шаг =31,75 мм.

Диаметр делительной окружности ведущей звездочки:

мм.
Окружное усилие:

Н.

Н.
Примем =2,1 кН.

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



=2,1 кН , =0,76 кН.


3.Конструирование и расчет валов редуктора.
3.1 Ведущий вал.
Из предыдущих расчетов берем:

Моменты на валах =54,82Н м, =210,58 Н м, делительные диамет-ры шестерни и колеса =50 мм и =200 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 приработке.

мм.

Диаметр вала под ведомый шкив клиноременной передачи (диаметр хвосто-вика 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 …………………….=25 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 легкой серии 206.

Параметры подшипника:

внутренний диаметр ………………………………=30 мм;

наружный диаметр …………………………………D=62 мм;

ширина ………………………………………………B=16 мм;

динамическая грузоподъемность …………………..Cr=19,5 кН.

Т.к. диаметр вала под шестерню мм отличается от делительного диаметра шестерни =50 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:



=1,08 кH , .

=2,1 кН =0,76 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 эпюр МZ:

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

Т1=54,82 Нм

Нм.

2 эпюр МX :







3 эпюр МY :







4 эпюр МИ :


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:








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 210.

Параметры подшипника:

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

наружный диаметр…………………………………..мм,

ширина…………………………………………………мм,

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

Осевые размеры участков вала:

Длина хвостовика мм


Примем =48 мм, мм, =8,5 мм, А=10,75мм.


Длина консольной части вала:

мм.

Половина длины пролетной части вала:



мм.

Вся длина пролета мм.

Далее, как и для ведущего вала, вычерчиваем эскиз вала ведомого, схема его нагружения внешними силами, определяются спорные реакции в двух плоскостях и строятся эпюры моментов.


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:



=2,2 кH , .

кН.

кН.

=2,1 кН =0,76 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 эпюр МZ:

Крутящий момент на ведомом валу на участке от О до К равен моменту Т1.

Т1=210,58 Нм

Нм.

2 эпюр МX :







3 эпюр МY :







4 эпюр МИ :


Проверка статистической прочности вала.

Сечение К :

По четвертой энергетической теории прочности определяется эквивалентный момент в сечении:


Диаметр вала в сечении К - мм, но сечение ослаблено шпоночной канавкой. Размеры паза под шпонку выбираются по стандарту : b=16мм, t1=6мм.

Момент сопротивления такого сечения вычисляется по формуле:


Таким образом, статистическая прочность в опасных сечениях обеспечивается .




Сечение В:



Диаметр вала в сечении К - мм.

Момент сопротивления такого сечения вычисляется 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.







4.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

Соединение ведущего вала со шкивом ременной передачи.

Диаметр вала =25 мм. Шпонка ,мм.



Н/мм2<=120 Н/мм2.

Ведомый вал. Соединение вала с зубчатым колесом.

Диаметр вала мм. Шпонка , мм.

Н/мм2<=120 Н/мм2.

Соединение ведомого вала со звездочкой.

Диаметр вала мм. Шпонка , мм.

Н/мм2<=120 Н/мм2.

Таким образом, прочность всех шпоночных соединений редуктора обеспечивает



4.2Проверка подшипников качения на долговечность.
Если подшипник, выбран по каоструктивным соображениям (по диамтру цапфы ),то его птоверяют на долговечность по формуле:

, где

- долговечность выбранных подшипников (расчетный ресурс в часах);

- номинальная долговечность (по заданию =12000 ч);

- динамическая грузоподъемность подшипника;

- эквивалентная или приведенная нагрузка на наиболее нагруженный подшипник;

p – показатель степени; для шарикоподшипников p = 3.

Эквивалентная нагрузка:



, где

X и Y – коэффициенты радиальной и осевой нагрузок соответственно.

- радиальная нагрузка на наиболее нагруженном подшипнике:



- осевая нагрузка; в данном примере=0.

- коэффициент кольца подшипника; при вращении внутреннего кольца

=1.

- коэффициент безопасности, зависит от характера нагрузки; при

спокойной нагрузке без толчков = 1.



- температурный коэффициент; если температура подшипника не превышает 100, .

Подшипники ведущего вала.

Наиболее нагруженный ведущего вала - подшипник А:

кН , кН.

кН.

= =2,54кН.

Динамическая грузоподъемность Cr=19,5 кН.



Частота вращения вала n =n2=1008,62 мин –1.

Т.к. долговечность недостаточна, подшипник легкой серии 206 следует заменить на подшипник средней серии 306. Его динамическая грузоподъемность Cr=28,1кН.



Наиболее нагруженный ведомого вала - подшипник В:



кН , кН.

кН.

= =4,22кН.

Динамическая грузоподъемность Cr=35,1 кН.



Частота вращения вала n =n3=252,155 мин –1.

В этом случае долговечность выбранного подшипника достаточна.









Достарыңызбен бөлісу:


©dereksiz.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет