Расчет мощности двигателя и муфты

Размещено на http://www.allbest.ru/

1.Кинематический расчёт:

Определение требуемой мощности привода:

Nтр=

1.2 Определение КПД привода:

=

КПД закрытой передачи; Nст- число ступеней з.п. (2)

КПД подшипникового узла; Nп- число узлов (4)

КПД муфты; Nм- число муфт (2)

0,96 - 0,98; 0,99; 0,99

=

1.3 Определение требуемой мощности двигателя:

по данной мощности выбираем ;

1.4 Выбор вариантов эл. двигателя:

Примем двигатель защитного исполнения (т.к. предполагается работа в пыльной среде) с повышенным скольжением (т.к. предполагаются частые пуски и торможения) 4АСН

Выберем четыре варианта эл. двигателей, из которых

впоследствии выберем наиболее оптимальный.

Таблица 1

Тип эл.дв	кВт	об\мин	об\мин
4 АСН 132 М 2	11	3000	2900	35
4 АСН 132 М 4		1500	1460	18
4 АСН 160 S 6		1000	975	12
4 АСН 160 М 8		750	730	9

1.5 Определение передаточного числа привода для каждого варианта:

; ;

;

1.; 2.; 3.; 4.;

1.6 Окончательный выбор эл. двигателя: выбираем второй вариант т.к. он по всем параметрам подходит к проектируемому приводу ленточного транспортёра (тип 4 АСН 132 М 4, , об\мин, , )

1.7 Разбивка передаточного числа привода по ступеням:

; передаточное число быстроходной ступени; передаточное число тихоходной ступени; ;

По справочнику «Курсовое проектирование по деталям машин» определяем ;

;

1.8 Определяем на каждом валу привода частоты вращения, угловые скорости, мощность и вращающий момент:

для вала эл.двигателя:

об\мин; ; ; ;

для быстроходного вала:

об\мин; ;

;

для промежуточного вала:

; ; ; ;

для тихоходного вала:

; ; ; ;

для вала барабана:

; ; ; ;

Таблица 2

№	Наименование	об\мин		N кВт	Т Н м
1	Вал эл. двигателя	1460	152,89	9	58,87
2	Быстроходный вал	1460	152,89	8,82	57,69
3	Промежуточный вал	308	32,25	8,56	256,62
4	Тихоходный вал	81,05	8,49	8,3	977,62
5	Вал барабана	81,05	8,49	8,13	957,6

2.Расчёт закрытых передач:

2.1 Выбор материала и термообработки для колеса и шестерни (из справочника)

Ограничения по выбору: твёрдость для шестерни HB1 д.б.> твёрдости колеса HB2 на 25…75 ед.

Материал: для колеса- Ст40Х

для шестерни- Ст40ХН

Колесо: HB2=235…262; 790 МПа; 640 МПа; (термическая обработка: улучшение без закалки)

Шестерня: HRC=45…53; 800 МПа; 630 МПа; (термическая обработка: улучшение + закалка)

Определение допускаемых напряжений

допускаемые напряжения при расчёте на контактную и усталостную прочность

предел контактной выносливости, Sн - коэф-т запаса прочности, КHL - коэф-т долговечности

Для шестерни: ; SH1=1,3 (из справочника); ; - базовое число циклов нагружения за весь срок службы (определяется в зависимости от твёрдости из справочника); N- действительное число циклов нагружения за весь срок службы

; N =

0,65 (округляем до 1);

Для колеса: ;

; N =;

(округляем до 1); ;

; эквивалентное значение допускаемых напряжений

Допускаемое напряжение при расчёте на изгибную прочность : ; предел изгибной выносливости зубьев: для шестерни

для колеса

; т.к. (принята нереверсивная передача) коэф- т долговечности ;

для шестерни (округляем до 1);

для колеса (округляем до 1);

2.3 Определение геометрических параметров передач

Для быстроходной ступени:

-межосевое расстояние (определяется из условия контактной прочности)

; момент на быстроходной ступени; коэф-т учитывающий неравномерность распределения нагрузки по длине зуба (); коэф-т ширины зубчатого венца (при несиметричном распол-ии);

; принимаем 112мм

мм, округляем m=1,5мм

Суммарное число зубьев:

; ; где число зубьев шестерни , число зубьев колеса

Фактическое передаточное число:

Отклонение передаточного числа: <4%условие выполняется;

Делительный диаметр: (шестерни)

(колеса)

Диаметр вершин зубьев:

Диаметр впадин зубьев:

Ширина зубчатого венца: (колеса)

(шестерни)

Окружная скорость колес:

Для тихоходной ступени:

-межосевое расстояние (определяется из условия контактной прочности) расчёт кпд двигатель мощность

; принимаем 250мм

мм

Суммарное число зубьев:

; ;

Фактическое передаточное число:

Отклонение передаточного числа: <4%условие выполняется;

Делительный диаметр: (шестерни)

(колеса)

Диаметр вершин зубьев:

Диаметр впадин зубьев:

Ширина зубчатого венца: (колеса)

(шестерни)

Окружная скорость колес:

Таблица 3 (для быстроходной ступени)

	мм	мм		мм	мм
шестерня	1,5	112	27	40,5	83,5
колесо			123	184,5	78,4

Таблица 4 (для тихоходной ступени)

	мм	мм		мм	мм
шестерня	2,5	250	27	40,5	83,5
колесо			123	184,5	78,4

2.4 Определение сил в зацеплении

-Для быстроходной ступени:

окружная сила в зацеплении: ;

радиальная нагрузка: ;

-Для тихоходной ступени:

окружная сила в зацеплении: ;

радиальная нагрузка: ;

2.5 Проверочный расчёт передачи

- На контактную прочность

Для быстроходной ступени:

- на изгибную прочность:

-- для быстроходной ступени (колеса):

, где

коэффициент концентрации нагрузки (1);

коэффициент динамичности (1,38);

;

; ;

;

-- для быстроходной ступени (шестерни):

;

;

-- для тихоходной ступени (колеса):

, где

коэффициент концентрации нагрузки (1);

коэффициент динамичности (1,03);

;

; ;

;

-- для тихоходной ступени (шестерни):

;

;

3 Выбор муфт

М- момент на валу, - коэффициент, учитывающий условия работы.

- на тихоходном валу:

- на валу электродвигателя:

По справочным таблицам (Шейнблит) выбираем стандартную муфту (по моменту)

Для крепления быстроходного вала с валом электродвигателя и тихоходного с валом барабана выбираем муфту упругую втулочно-пальцевую, которая обладает упруго-деформирующими свойствами:

1) гасит толчки, идущие от двигателя

2) рассеивает энергию упругой вибрации

3) допускает центровку валов, благодаря чему будет происходить более плавный пуск привода.

- для вала электродвигателя:

- для тихоходного вала:

4 Предварительный расчёт валов

4.1 Выбор материала:

Выбираем материал для быстроходного вала-Ст40ХН, для тихоходного вала-Ст40Х, т.к. шестерня и колесо выполнены из тех же сталей.

Для Ст40Х ; .

4.2 Выбор конструкции

Для удобства сборки и разборки узла вала, замены подшипников и других насаживаемых деталей выбираем ступенчатую конструкцию валов

-Диаметр выходного участка вала:

-- для быстроходного вала:

округляем до стандартного большего

допускаемое касательное напряжение (20МПа)

-- для промежуточного вала:

округляем до стандартного большего

--для тихоходного вала:

округляем до стандартного большего

Выходной диаметр согласовываем с расточным диметром муфт у тихоходного и быстроходного вала, они совпадают.

Определим диаметр участка под подшипник:

;

округляем до стандартного ;

округляем до стандартного ;

округляем до стандартного ;

Определим диаметр участка буртика подшипника:

;

Определим диаметр буртика колеса:

;

Определим длину L:

;

B- ширина подшипника

Определим длину выходного участка:

будет равна ширине муфты l которую выбираем из справочника:

Прорисовка эскизов валов:

тихоходный вал:

- промежуточный вал:

тихоходный вал:

5 Выбор подшипников

5.1 Выбор типа подшипника и схемы установки:

В данном редукторе применим шарикоподшипники средней серии на всех валах (307, 311, 315). Торцы внутренних подшипниковых колец упираются в буртики валов, а внешние торцы наружных колец упираются в торцы крышек. Такая схема установки подшипников называется осевой фиксацией враспор.

Основные достоинства такой установки:

- Возможность регулирования опор

- Простота конструкции

Недостаток:

- Возможность защемления валов в опорах при перегревании редуктора

Подшипники устанавливаются на вал с небольшим натягом

5.2 Составление расчётных схем для валов и определение реакций в опорах:

- Тихоходный вал:

Определим реакции в опорах:

;; откуда

;; откуда

;; откуда

;; откуда

Определим изгибающие моменты:

; ;

;

Промежуточный вал:

Быстроходный вал:

5.3 Проверка долговечности подшипников и оценка их пригодности:

эквивалентная нагрузка;

X,Y- коэффициенты радиальной и осевой нагрузки;

V- коэф-т учитывающий вращение колёс (V=1);

т.к. осевая нагрузка отсутствует;

коэф-т безопасности;

коэф-т учитывающий рабочую температуру подшипника;

Расчётная долговечность:

;

C- динамическая нагрузка;

;

Расчётная долговечность в часах:

6 Конструирование зубчатых колёс

6.1 Выбор конструкции колеса:

Зубчатое колесо состоит из обода, несущего зуба, ступицы насаживаемой на вал и диска соединяющего обод со ступицей.

Зубчатые цилиндрические стальные колёса при диаметре до 500мм (что в данном случае соблюдается) выполняют штампованными или ковкой.

Штампованные заготовки по форме соответствуют готовым деталям и механическая обработка не рабочих поверхностей не требуется.

6.2 Расчёт размеров:

примем т.к.

r=0,5…2мм, R=3…8мм.

6.3 Выбор посадок, предельных отклонений, допусков форм расположения поверхностей и шероховатостей:

Посадки: Js9- шпоночный паз;

Н7- соединение зубчатого колеса и вала;

Допуски формы и расположения поверхности указываются на чертежах условными обозначениями:

вид допуска:

/O/ допуск цилиндричности формы;

допуск перпендикулярности поверхностей;

© допуск соосности поверхностей;

- числовое значение допуска в мм;

- буквенное обозначение базы или поверхности с которой связан допуск расположения:

точно прилегающие поверхности, посадочные не трущиеся поверхности;

отверстия в трущихся соединениях, отверстия под подшипники качения, поверхности валов в трущихся соединениях, боковые поверхности зубьев зубчатых колёс.

7 Расчёт шпоночных соединений

Для соединения вала с деталями (в данном случае муфты с колесом), передающими вращение, выберем призматические шпонки из стали Ст45, имеющей .

Проверим шпонки применяемые, на тихоходном валу для закрепления муфты и колеса на смятие:

;

при колеблющейся нагрузке;

рабочая длина шпонки при скруглённых торцах

(h-t)- площадь смятия

d- диаметр вала в месте установки шпонки

T- передаваемый вращающий момент

Шпонка под колесо:

, длина 160мм

t-глубина паза

Шпонка под муфту:

; ; длина 120мм

На промежуточном валу проверим шпонки крепящие зубчатое колесо:

, длина 70мм

;

На быстроходном валу проверим на смятие шпонку под муфту:

;

; длина 63

Выбранные шпонки подходят.

8 Уточнённый расчёт валов

8.1 Конструирование валов:

Длина валов определяется в зависимости от ширины зубчатых колёс, шестерен, зазоров между ними и корпусом плюс участки под подшипники. На тихоходном и быстроходном валах добавляются длины выходных участков.

Определим длины валов:

-длина промежуточного вала:

-длина тихоходного вала:

-длина быстроходного вала:

Вал вытачивается на токарном станке из прутка такого диаметра, чтобы максимальный диаметр вала был с припуском. Размеры выходных участков и диаметры под подшипники выбираются по справочным данным. На участках вала предназначенных для неподвижных посадок деталей указывают отклонение размеров вала типа s6, u7, r6 и n6 с фасками. Размеры фасок выбирают в зависимости от диаметра прилегающего участка вала.

Для плотного прилегания торцов детали к буртикам вала в месте перехода должны быть галтели (для снятия напряжения) радиусом r в зависимости от диаметра.

Левый конец вала имеет отклонение k6 для посадки муфты. Участок правее не сопрягаемый с деталями имеет отклонение h11. Это позволяет уменьшить число ступеней вала.

Для удержания колеса применяют шпонки. На выходных участках в местах уплотнения, т.е. под манжетами поверхность вала полируется и делается поверхностная закалка ТВЧ.

8.2 Проверка статической прочности вала (тихоходный вал)

; ; ; ; ;

;

Сечение 4-4 (место установки колеса)

Диаметр вала в этом сечении 82мм

;

;

;

;

условие выполняется.

Сечение 3-3 (место перехода от d к D)

Диаметр вала в этом сечении 75мм

;

;

;

R-суммарная сила в опорах;

B-ширина подшипника;

;

условие выполняется.

В других сечениях статич. прочность не проверяется, т.к. изгибные моменты там не возникают.

8.3 Проверка усталостной прочности валов (тихоходный вал)

; ;

;

;

Проверка усталостной прочности состоит в определении коэффициентов запаса прочности n для опасных сечений и сравнении их с допускаемыми значениями .

Прочность соблюдается при .

Необходимо произвести расчёт для предположительно опасных сечений тихоходного вала:

- два со шпоночными пазами (под колесо и муфту)

- в месте перехода от диаметра подшипника к диаметру буртика подшипника

- в месте посадки подшипника.

Сечение 1-1 (место установки муфты)

Диаметр вала в этом сечении 65мм. Концентрация напряжения обусловлена наличием шпоночного паза:

Коэффициент запаса: ;

- коэффициент концентрации напряжений

- масштабный фактор

- амплитуда нормальных напряжений (в нашем случае =0)

- среднее напряжение нормальных напряжений:

Т.к. осевая нагрузка на тихоходном отсутствует то , а т.к. и будет равен бесконечности его учитывать не будем.

Коэффициент запаса по касательным напряжениям:

;

; ;

; отношение:

;

;

- размеры шпоночного паза.

;

сечение удовлетворяет условию прочности.

Сечение 2-2 (место установки подшипника)

Диаметр в этом сечении 75мм.

Концентрация напряжения обусловлена посадкой подшипника с гарантированным натягом, поэтому выбираем коэффициенты: ;

;

;;

;

;

;

;

Коэффициент запаса прочности:

сечение удовлетворяет условию прочности

Сечение 3-3 (место перехода)

Концентрация напряжений обусловлена переходом от ш75мм к ш82мм.

При и коэффициенты концентрации напряжений и . Масштабные факторы и .

;

;

; ;

;

;

Общий коэффициент запаса прочности:

условие выполняется.

Сечение 4-4 (место посадки колеса)

Диаметр вала в этом сечении 82мм. Концентрация напряжений обусловлена наличием шпоночного паза: и ; масштабные факторы и .

С учётом шпоночного паза моменты сопротивления будут:

, где

; ;

;

;

;

условие выполняется.

;

;

условие выполняется.

9 Выбор способа смазки и смазочного материала для всех узлов привода

Смазывание зубчатых зацеплений и подшипников уменьшает потери на трение, предотвращает повышенный износ и нагрев деталей, а также предохраняет детали от коррозии. Снижение потерь на трение обеспечивает повышение КПД редуктора. Подвод смазочного материала в моём случае осуществляется окунанием зубчатого колеса в масло, содержащегося в корпусе редуктора. Колесо погружают до 1/6 его радиуса. При смазывании окунанием объём масляной ванны редуктора принимают из расчёта 0.5-0.8 л масла на 1кВт передаваемой мощности. По справочной таблице принимаем масло индустриальное И-70А.

Для смазывания подшипников применяют пластичные и жидкие смазочные материалы (литол, солидол синтетический и др.)

10 Конструирование корпуса редуктора

10.1 Выбор конструкции корпуса и определение его размеров

Корпус редуктора состоит из корпуса и крышки, которые изготовляются путём литья.

Толщина стенок корпуса и крышки:

у=(0,025аw+1)?8 мм

у=(0,025*250+1)=8мм,

где аw- межосевое расстояние

Расстояние от дна до поверхности колеса:

k=6m=6*2.5=15мм,

где m- модуль зубчатого колеса

Диаметр болтов крепящих корпус к фундаменту:

d1=0,03аw+12=0,03*250+12=19,6мм

по стандарту принимаем болты М20 (6 штук)

Диаметр болтов крепящих крышку с корпусом:

d=0,7d1=0,7*20=13,7мм

по стандарту принимаем болты М16, шаг между болтами:

lmax=12d=12*16=192мм

Толщина верхнего фланца корпуса:

S=1,5у=1,5*8=12мм

Толщина нижнего фланца корпуса:

Т=2,35у=2,35*8=19мм

Ширина фланца:

К=2,7d=2.7*16=43мм

Размеры крышек подшипников:

Dф=D+4,5dк;

D-наружный диаметр подшипника, d-диаметр болтов крепящих крышку подшипника (d=6мм)

Dф=D+4,5*6

Для тихоходного вала (D=160мм):

Dф=160+4,5*6=187мм

Для промежуточного вала (D=120мм):

Dф=120+4,5*6=147мм

Для быстроходного вала (D=80мм)

Dф=80+4,5*6=107мм

Высота отлива:

Н=1,25Dф+10=1,25*187+10=243мм

а=1,2(0,025аw+1)=1,2(0,025*250+1)=9мм

b=a/1,2=9/1,2=7,5мм

с=2m=2*2,5=5мм

Для расточки отверстий под фланцевые болты во фланцах и приливах, а также отверстий под подшипники во избежание смещений крышку и корпус фиксируют двумя коническими штифтами диаметр которых:

dшт=0,7…0,8d=0,8*16=13мм

Для предотвращения протекания масла через плоскости разъёма их смазывают спиртовым лаком или жидким стеклом.

Для захвата редуктора при подъёме сделаны под основанием фланца приливы в виде крюков. Для снятия крышки делаются петли на ней.

Для заливки масла и осмотра в крышке корпуса делается окошко, закрываемое крышкой (стальной прямоугольник толщиной 3мм). К ней привулканизирована прокладка толщиной 2мм.

Также в данном редукторе предусмотрена отдушина, которая повышает надёжность уплотнений. Отдушина выполнена в виде ручки крышки смотрового окошка.

Для удаления загрязнённого масла и промывки редуктора в нижней части корпуса сделано отверстие под пробку с цилиндрической резьбой. Оно находится на уровне дна корпуса редуктора, для более полного удаления масла дно корпуса сделано с уклоном 2° в сторону спускного отверстия. Контроль уровня масла производят щупом.

10.2 Уплотняющие устройства

В данной конструкции редуктора применяем уплотняющие устройства манжетного типа.

Поверхность вала под уплотнением должна быть закалена до твёрдости HRC 40, и иметь шероховатость Ra=2,5мкм. Допуск вала под уплотнение должен соответствовать h11.

Ресурс манжет до 5000 часов. Они надёжно работают как с пластичными так и с жидкими смазочными материалами при температурах от -45до +150°С

Конструирование корпуса редуктора

При монтаже следует соблюдать определённые требования точности положения одной сборочной единицы относительно другой (электродвигателя и редуктора, редуктора и барабана). Для обеспечения этого требования механизмы привода устанавливают сварных рамах. Рама изготовлена из швеллеров полками наружу (для удобства установки болтов) на внутренние поверхности полки подкладываются косые шайбы, которые выравнивают опорную поверхность под головки болтов. Опорные поверхности на которые установлены редуктор и электродвигатель образованы путём приваривания полосок стали толщиной 5мм.

Т.к. рама при сварке коробится, то все опорные поверхности, на которые устанавливают механизмы привода, после сварки обрабатываются.

Для предотвращения появления коррозии рама покрывается грунтовкой и окрашивается.

Сборка редуктора и монтаж привода

Перед сборкой внутреннюю полость корпуса редуктора тщательно очищают и затем покрывают маслостойкой краской.

Сборку производят в соответствии со сборочным чертежом редуктора, начиная с узлов валов.

На ведущий вал насаживают манжетные уплотнения и шарикоподшипники.

На ведомый вал ставят шпонку и напрессовывают зубчатое колесо, затем устанавливают шарикоподшипники и манжетные уплотнения.

На промежуточный вал ставят шпонку, затем напрессовывают зубчатое колесо и устанавливают шарикоподшипники.

Собранные валы укладывают в корпус редуктора и закрывают крышкой редуктора, предварительно обработав поверхности разъёма спиртовым лаком,и затягивают болты, затем на ведомый вал надевают компенсаторное кольцо, в подшипниковые камеры закладывают пластичную смазку и ставят крышки подшипников.

Проверяют проворачиванием валов отсутствие заклинивания подшипников (валы должны проворачиваться от руки) и закрепляют крышки.

После этого на конец ведомого вала в шпоночный паз закладывают шпонку, устанавливают муфту и закрепляют её. Тоже и для ведущего вала.

Далее в корпус ввёртывают маслосливную пробку и устанавливают щуп.

Заливают в корпус масло и закрывают смотровое окошко крышкой с прокладкой, закрепляют её болтами.

Собранный редуктор обкатывают и подвергают испытаниям на стенде по установленным техническим условиям.

Список литературы

Дунаев П.Ф. “Конструирование узлов и деталей машин”

Чернавский С.А. “Курсовое проектирование деталей машин”

Иванов М.Н. “Детали машин”

Шейнблит А.Е. “Курсовое проектирование деталей машин”

Размещено на Allbest.ru

...