Расчет и конструирование типовых деталей и узлов машин и механизмов

 

    Содержание

 

             1. ОПИСАНИЕ РАБОТЫ И УСТРОЙСТВА ПРИВОДА

 

                В курсовом проекте рассчитывается и конструируется привод. Цель проекта – приоб-ретение первых инженерных навыков по расчету и конструированию типовых деталей и узлов машин и механизмов на основе полученных теоретических знаний.

               Основные задачи курсового проекта:

           - ознакомление с научно-технической  литературой по теме курсового  проекта;

           - изучение конструкций аналогичных  машин и механизмов;

           - выбор наиболее простого варианта конструкции с учетом требований технического задания на проект;

           - выполнение необходимых расчетов  по заданным параметрам;

           - выбор материалов и необходимой  точности изготовления деталей  и узлов проектируе-мого устройства, шероховатости поверхностей; необходимых допусков и посадок, допусков формы и расположения;

           - выполнение графической части  курсового проекта в соответствии  с требованиями стандартов ЕСКД;

           - составление необходимых описаний и пояснений к курсовому проекту. 

                  Заданный привод конвейера предназначен для передачи вращения от вала электродвигателя к приводному валу рабочей машины (конвейеру) и обеспечения требуемых кинематических (скорость) и  силовых (тяговая сила) факторов.

     Приведенный в задании привод состоит из следующих основных частей (рисунок 1): электродвигателя 1; соединительной муфты 2; конического редуктора 3; открытой цилиндрической передачи  4; приводной звездочки 5.

     Привод  работает следующим образом: крутящий момент с вала электродвигателя через упругую втулочно-пальцевую муфту передается на входной вал редуктора, далее от редуктора крутящий момент передается через зубчатую передачу на приводную звездочку конвейера. 
 

   

         1 – электродвигатель;  2 – муфта;  3 – редуктор конический;  4 – зубчатая цилиндрическая передача;    5  – приводная звездочка конвейера.

                                                     Рисунок 1  - Привод. 

       Редуктором  называется механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненный в виде отдельного органа и служащий для передачи вращения от вала двигателя к валу рабочей машины.

       Назначение  редуктора - понижение угловой скорости и повышение вращающего момента  ведомого вала по сравнению с ведущим.

       Редуктор  состоит из корпуса, в котором  размещают элементы передачи - зубчатые колеса, валы, подшипники, муфты и  т.д. В отдельных случаях в корпусе размещают также устройства для смазывания или устройства для охлаждения.

       Редуктор  проектируют для привода машины. Наиболее распространены горизонтальные редукторы. Как горизонтальные, так и вертикальные редукторы могут иметь колеса с прямыми, косыми и круговыми зубьями. Корпус чаще всего выполняют литым чугуном, реже сварным стальным. Выбор горизонтальной или вертикальной схемы для редукторов всех типов обусловлен общей компоновкой привода.

 

                                     2. ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

 

        Мощность потребная для привода конвейера:

                                                                                                             [3, с. 67] 

  где - окружная сила конвейера;

        - окружная скорость цепи конвейера;

      Тогда мощность для привода конвейера равна:

                                                   кВт;  

     Определяем делительный диаметр  приводной звездочки конвейера:

                                          мм;

   где   - шаг цепи;

            z – число зубъев цепи .

        Тогда частота вращения выходного вала (приводного вала конвейера) равна:

                                             мин‾¹;

  Определяем общий КПД привода и потребную мощность электродвигателя

                     Рисунок  1.1  - Кинематическая схема  привода конвейера 

     Принимая  во внимание потери мощности в передачах  и подшипниках привода, подсчитываем мощность на валу рабочей машины. По справочным таблицам определяем приблизительные значения КПД передач и подшипников [3, табл. .5.4, с. 74]:

       - КПД открытой цилиндрической передачи   = 0,95;

       - КПД закрытой конической передачи   = 0,97;

       - КПД одной пары подшипников   = 0,99;

       - КПД муфты   = 0,98.

      Общий КПД привода:

                                   0,95·0,96·0,99²·0,98=0,87

      Мощность электродвигателя:

      

кВт.

        Для заданного значения мощности по табл.5.1. [3,c.71] принимаем асинхронный электродвигатель 4А112МВ6У3, с номинальной мощностью 4 кВт, частотой вращения  970 мин ;

      где  S – скольжение;

            - частота вращения ротора электродвигателя.

        Передаточное число привода

                                            17,73.

      Принимаем по рекомендациям табл.5.5 [3, с.74] передаточное число конической передачи = 3,55 . Тогда передаточное число открытой цилиндрической передачи равно:

                                    5.

        Принимаем = 5.

        Определяем частоты вращения валов привода:

                  быстроходного вала конического редуктора

                                           = 970 мин^-1;

                        тихоходного вала конического редуктора

                                      273 мин^-1;

                        приводного вала конвейера

                                   54,7 мин^-1;

                                
 
 

      Определяем  угловые скорости валов:

                быстроходного вала конического редуктора      

                                          c^-1;

                        тихоходного вала конического редуктора

                                            c^-1;

                        приводного вала конвейера

                                               5,7 c^-1;

                       

                                             

      Мощность на валах привода:

                         на быстроходном валу конического редуктора

                          3,3·0,98·0,97·0,99= 3,1 кВт;

                          на тихоходном валу конического редуктора

                                кВт;

                          на приводном валу конвейера

                                 кВт;

                      

      Крутящие  моменты на валах привода:

                 на быстроходном валу конического редуктора

                            30,5 H·м;

                   на тихоходном валу конического редуктора

                            101,8 H·м;

                        на  приводном валу конвейера                            

                                  505,3 H·м;

                         
 
 

  

                                       3. РАСЧЕТ   передач

         3.1 Расчет конической  передачи

 

          Для изготовления шестерни и колеса принимаем сталь 40ХН :

       шестерня – сталь 40ХН (термообработка – улучшение +закалка при нагреве ТВЧ), твердость НВ 280;

   колесо  – сталь 40ХН (термообработка – улучшение), твердость - НВ 250.

      Допускаемое контактное напряжение  определяется по формуле:

   

;

   где - предел контактной выносливости поверхностей зубьев, соответствующий базовому числу циклов напряжений

   

;

   

МПа;

   

 МПа;

          =1,1 - коэффициент безопасности [1, с. 106];

    - коэффициент долговечности

    - базовое число циклов перемены напряжений, [1, c.14]:

    для  шестерни  ;

    для колеса ;

             Определяем расчетный срок службы передачи:

                                                                                                [1, c.14]

   где  - долговечность, L=5 лет;

       - коэффициент использования в течении года, =0,7;

       - коэффициент использования в течении суток, =0,3;

      Расчетный срок службы передачи равен:

                              часов;   

    - коэффициент долговечности

               

                                                                              [1, c.107]

    - наработка за весь срок  службы 
 
 
 

   Эквивалентное число циклов перемены напряжений для  шестерни равно:

                  

   Эквивалентное число циклов перемены напряжений для  колеса равно:

                  

   Тогда коэффициент долговечности равен:

   

;

   

;

   Тогда

   

 МПа;

   

МПа.

   Так как  зуб круговой, то окончательно принимаем значение:

   

441 МПа. 

      Допускаемое напряжение изгиба :

   

;

   где - предел выносливости зубьев при изгибе

   

МПа;

   

 МПа;

    =1,75 - коэффициент безопасности [1, с. 108];

          =1 - коэффициент, учитывающий  влияние двухстороннего приложения нагрузки, т.к. в данном условии передача нереверсивная [1, с. 108];

          - коэффициент долговечности