Проектирование и расчет электромеханического привода

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Задача курсового проектирования заключается в том, чтобы исходя, из заданных условий работы деталей и сборочных единиц общего назначения получить навыки их расчета и конструирования; изучить методы, правила и нормы проектирования, обеспечивающие изготовление надежных и экономичных конструкции.

Целью является изучение устройства, принципа работы, расчета и проектирования деталей машин и механизмов общего назначения. Изучаются кинематические расчеты, основы расчета на прочность и жесткость, методы конструирования, рационального выбора материалов и способы соединения деталей.

В курсовом проекте приведены результаты разработки привода ленточного транспортера; состоящего из электродвигателя серии АИР, муфты, червячного редуктора и цепной передачи, который устанавливается на сварную раму. Транспортер позволяет повысить производительность транспортировки сыпучих материалов. Применение ленточного транспортера важно в разных отраслях промышленности, так как основным назначением транспортера является быстрая и надежная транспортировка сыпучих грузов. Основными отраслями применения данного транспортера являются деревообрабатывающая, добывающая и химическая отрасли. Привод предназначен для приведения в движение транспортера. Т.к. мы предполагаем пользовательские условия эксплуатации и рассчитываем на «неизвестного» потребителя, то расчет привода ведем по номинальной мощности.

При проектировании привода есть отступлений от кинематической схемы. Расположила двигатель на противоположной стороне, для удобства. Проектирование данного привода ориентировано на мелкую серийность. В процессе разработки курсового проекта был сконструирован привод транспортера, состоящий из электродвигателя, планетарного редуктора и цепной передачи. Представлены расчеты передач и валов редуктора и цепной передачи. Подобраны подшипники и муфта для соединения валов электродвигателя и редуктора. Разработаны: Сборочный чертеж редуктора, чертеж общего вида привода, рабочие чертежи конического с круговым зубом колеса, крышки подшипника и тихоходного вала.

1. Подбор электродвигателя

1.1 Кинематическая схема привода

На рисунке 1 представлена кинематическая схема привода. Исходные данные приведены в таблице 1.

Рисунок 1 - Кинематическая схема привода

Таблица 1 - Исходные данные

№ вар	P, кВ	щ с-1	L тыс.час
10	11	6.5	3

1.2 Подбор электродвигателя

Таблица 2 - Выбор двигателя

nхол. ход.	750	1000	1500	3000
Uприв=hдв/hвых	40	50	80	160
Uг.св	2	2	4	2
Uр=Uприв/Uг.св	20	25	20	80
тип. ред.	КЦ2, Ц2, П2,Ч,ЦЧ2	КЦ2, Ц2, Ц3, ЧЦ2 ,ЦЧ2, П2, Ч,ЦЧ2	КЦ2,КЦ,Ч, Ц2,ЧЦ2,ЦЧ2, П2,Ч	КЦ2,КЦ,Ч, Ц3,ЧЦ2,ЦЧ2, П2,Ч2,В
зред	0,87	0,85	0,78	0,58
зприв	0,81	0,79	0,73	0,54
Pдв=Pвых./зприв	-	-	8,22	11,0

Возьмем двигатель с оборотами 1500, по таблице подобрали = 4А132S4У3/1440

1.3 Кинематический расчет.

Расчет 1 вала:

P1=Pдв=11 кВ;

n1=nдв1440 об с-1;

T1=9550=9550=70.03 Нм.

Расчет 2 вала:

P2=P1/(змуф*зред)*P2=11/(0.98*0.78)=8.41 кВт;

n2= ==75 мин-1;

T2=*9550=*9550=1070.67 Нм.

Расчет 3 вала:

P3= P2*зг.с.=8.41*0,95=7.59 кВт;

n3===7.59 об/мин;

T3=9550=9550=3789.06 Нм.

1.4 Расчет межосевого расстояния

Находим скорость скольжения:

?ск=*=*=5.73м/c.

Подбираем материал для червячных колес. Берем бронза оловоносную, 1а группу, а именно БрО10Ф1. Способ отливки: К- в кокиль. Механические свойства. Где ув=275мПа уT=200 мПа

Допускаемые напряжения:

[уH]=С?ув=0.9мПа

Контактное напряжение:

[уF]=0.25уTув=0.25*200+0.08*275=72мПа

Коэффициент С? так как скорость скольжения ?с=5,729м/c.

Максимальное контактное и допускаемое напряжения:

[уHmax]=4уT [уHmax]=400 [уFmax]=0.8 уT [ уFmax]=72.

Коэффициент концентрации при постоянной нагрузки равен 1, Кв=1.

Наработка.

N=t?*60

Материал для червяка среднеуглеродистая сталь и твердость должна быть >40 по Раквелу, берем 46 тогда NHG =63.

Рассчитаем коэффициент долговечности:

Kнд=

Расчетный момент:

Tp=Tmax*K*Kнд=1070.67*1*1=632.04 Н мм;

Межосевое расстояние:

соответствии с единым рядом главных параметров округляем до ближайшего числа .

Число витков: z1=2 определяется в зависимости от передаточного числа u=20.

Предварительное значение числа зубьев:

.

Модуль (предварительный):

.

За окончательное значение m принимаем стандартный модуль m=5 мм.

Коэффициент диаметра червяка:

.

Коэффициент смещения:

].

Находится в пределах , удовлетворяется условием.

Окончательно принимаем z2=40, а q=16.

Угол подъема витка на начальном диаметре, который при x=0 совпадет с делительным:

=7є13`

Длина червяка:

+4m=(11+0.06z2)m+4m=(12.5+0.09*40)5+4*5=87мм.

Принимаем b1=90мм.

Ширина венца червячного колеса:

Принимаем =50 мм.

Проверяем фактическое контактное напряжение:

==213.323 мПа.

Делительный диаметр колеса:

Начальный диаметр червяка при х=0, совпадают с делительным:

.

Фактическая скорость скольжения:

м/с.

Скорость колеса:

=1,256м/с.

Допускаемое напряжение:

0.88*0.9*230=217.8 мПа.

Перегрузка по напряжению:

Подобная перегрузка допустима. Таким образом, обеспеченно полное исполнение материалов по контактной выносливости.

Проверяем статистическую контактную прочность. Предельное контактное напряжение:

[уHmax]=4 уT=400.

Максимальное контактное напряжение:

уHmax=уH мПа.

Проверяем допустимое напряжение изгиба:

[уF]=0.25уTув=0.25*200+0.08*275=72мПа .

Напряжения изгиба в зубьях колеса:

.

Эквивалентное число зубьев колеса:

z?===51.191.

Коэффициент формы зуба:

(стр.219).

Окружная сила на колесо:

H

= 31.665мПа<[уF] ;

.

Проверяем статическую прочность на изгиб.

Предельное напряжение изгиба:

[уFmax]=0.8 уT [ уFmax]= 160;

уFmax= уF мПа<[уFmax].

1.5 Геометрический расчет червячной передачи

Основные размеры червяка:

- ;

- ;

- ;

- ;

- ;

- ;

- ;

-

- мм.

Диаметр вершин витков:

da1=d1+2m=80+2*5=90 мм.

Диаметр впадин витков:

df1=d1-2.4m=90-2.4*5=68мм.

Делительный угол подъема витков червяка:

=7є13`.

так как x=0, то .

Диаметр вершин зубьев:

da2=.

Наибольший диаметр колеса:

.

Диаметр впадины:

df2=m(z2-2(1.2-x))=5(40-2(1.2-0))=188мм.

Радиус закругления:

35мм;

Rf=0,5*d1+1,2m=46.

1.6 Силы в зацеплении червячной пары

Определим составляющие силы в зацеплении из предыдущего примера.

Окружная сила:

==1.071*103 Н.

Осевая сила на червяке:

=1.071*103 Н.

Окружная сила на червяке:

==1.716*103 Н

Осевая сила на червячном колесе:

1.716*103 Н.

Радиальная сила:

3.897*103 H.

1.7 Нагрев редуктора

Определить температуру в корпусе редуктора. Редуктор установлен на бетонном основании; вентилятор не нужен; нагрузка постоянная.

Мощность на быстроходном валу:



Поверхность теплоотдачи

Температура масла:

35.325єС<95єС

При таком режиме работы редуктора. подходит вариант без вентилятора.

=35 - коэффициент теплоотдачи;

- коэффициент, учитывающий отвод тепла через основания редуктора, при установке на бетонное основание;

=1 - при непрерывной работе с постоянной нагрузкой;

єС - температура окружающего воздуха в умеренном климате.

2. Расчет зубчатой передачи в КОМПАСЕ

Расчет передачи производится в библиотеке КОМПАС-SHAFT 2D V14. Выбираем нужный нам тип передачи и вид расчета - по межосевому расстоянию.

2.1 Расчет геометрии

На рисунке 2 и 3, отражены результаты расчета основных геометрических параметров зубчатой передачи.

Рисунок 2 - Геометрический расчет цилиндрической червячной передачи



Рисунок 3 - Геометрический расчет цилиндрической червячной передачи.

Расчеты, выполненные в «Компас Shaft 2D» незначительно отличаются от ручных расчетов.

2.2 Расчет на прочность

На рисунке 4 представлены результаты прочностного расчета зубчатой передачи внешнего зацепления.

Рисунок 4 - Расчет на прочность зубчатой передачи внешнего зацепления

3. Расчет компановки редуктора

3.1 Расчет диаметров валов

Конструкция вала представлена на рисунке 5.

Рисунок 5 - Диаметры валов

Быстроходный вал:

Тихоходный вал:

3.2 Подбор подшипников валов

На рисунке 6 представлена схема подшипников, используемых в проектируемой передаче.

Рисунок 6 - Подшипники роликовый, конический, однорядный

В таблицах 3, 4 представлены основные параметры подшипников, используемых в проектируемой передаче.

Таблица 3 - Подбор подшипников быстроходного вала

Обозначение	d, мм	D, мм	B, мм	r, мм
7308А	40	90	22	2,5

Таблица 4 - Подбор подшипников тихоходного вала

Обозначение	d, мм	D, мм	B, мм	r, мм
7214А	70	125	24	2.5

Подшипники выбирались исходя из диаметров валов.

3.3 Расчет шпонок

Формула для вычисления длины шпонки:

Длина шпонки быстроходного вала:

Длина шпонки тихоходного вала:

;

.

3.4 Расчет внутри корпусных расстояний

Корпус редуктора проектируется исходя из внутри корпусных расстояний, отсчитываемых от вращающихся деталей передачи.

3.5 Расчет крышек

Для установки подшипников и фиксации используют крышки разных типов. На рисунке 7 приведены крышки, которые мы будем использовать.

Рисунок 7 - Крышка подшипников

Крышки выбираются исходя из диаметра отверстия, куда она будет устанавливаться.

Расчетные формулы для нахождения геометрических размеров крышек.

;

;

.

Полученные данные приведены в таблице 5.

Таблица 5 - Расчет крышек

Исходные данные	Рассчитываемые данные
D, мм	д, мм	d, мм	z	b, мм	мм	, мм
40	7	8	4	8	7	5
70	7	12	6	8	7	8

3.6 Смазывание редуктора и подшипников

Для уменьшения потерь, мощности на трение и снижения интенсивности износа трущихся поверхностей, а также для предохранения их от заедания, задиров, коррозии и лучшего отвода теплоты поверхности деталей должны иметь надежную смазку.

Принцип назначения сорта масла следующий: чем выше окружная скорость колеса, тем меньше должна быть вязкость масла, и чем выше контактные давления в зацеплении, тем большей вязкостью должно обладать масло. Поэтому требуемую вязкость масла определяем в зависимости от контактного напряжения и окружной скорости колес.

Смазка осуществляется окунанием зубчатого колеса в масляную ванну (картерная смазка). Уровень масла - 1/3 диаметра зубчатого колеса. Марка смазочного масла выбирается по рекомендуемой кинематической вязкости в зависимости от контактных напряжений и окружной скорости зацепления.

Подшипники смазываются тем же маслом, что и зацепление, за счет разбрызгивания. На выходных концах валов в крышках подшипниковых узлов устанавливаются уплотнения (манжетные кольца, сальниковые набивки, лабиринты и т.д.).

3.7 Смазочные устройства

Для слива масла используется сливное отверстие, закрываемое пробкой, с цилиндрической резьбой (рисунок 8). Для вентиляции картера используем отдушину (рисунок 9).

Рисунок 8 - Пробка сливная

Рисунок 9 - Отдушина цилиндрическая

4. Расчет вала и подшипников в «КОМПАС - 3D V14»

4.1 Построение вала

Построение вала начинается с создания нового чертежа и запуска библиотеки КОМПАС-SHAFT 2D. Выбираем построение нового вала c разрезом, без разреза или в полу разрезе (рисунок 10).

Рисунок 10 - Выбор типа прорисовки вала

Затем выбираем область расположения вала - для этого достаточно кликнуть по любой точке рабочего поля, где и начнется построение вала.

Создаем первую ступень вала. В появившимся окне указываем длину и диаметр вала, фаски или галтели, если это необходимо, или выбираем из стандартного ряда (рисунок 11).



Рисунок 11 - Создание ступени вала

На рисунке 12 представлено изображение оси вала червячного колеса с приложенными нагрузками и крутящими моментами.

Рисунок 12 - Расположение сил и крутящих моментов на валу червячного колеса

На следующем этапе необходимо задать материал вала с механическими свойствами. Материал можно выбрать из представленных в библиотеке или создать новый с нужными свойствами (рисунок 13).



Рисунок 13 - Свойства материала

После выполнения вышеперечисленных шагов можно провести расчет вала и подшипников (рисунок 14).

Рисунок 14 - Окно выбора расчета

При расчете вала появляется окно с закладками на которых можно выбрать вид расчета, а также необходимые графики распределения сил и моментов (рисунок 15). По окончании расчета автоматически выводится отчет с эпюрами.



Рисунок 15 - Параметры расчета вала

4.2 Расчет вала

На рисунках 16 - 26 представлены эпюры расчетов валов

Рисунок 16 - График радиальных сил в вертикальной плоскости



Рисунок 17 - График радиальных сил в горизонтальной плоскости

Рисунок 18 - График изгибающих моментов в вертикальной плоскости

Рисунок 19 - График изгибающих моментов в горизонтальной плоскости



Рисунок 20 - График крутящих моментов

Рисунок 21 - График относительных углов закручивания сечения вала

Рисунок 22 - График касательных напряжений при кручении



Рисунок 23 - График эквивалентных напряжений (IV т. прочности)

Рисунок 24 - График коэффициента запаса прочности вала

Рисунок 25 - График эквивалентных напряжений

Рисунок 26 - График коэффициента запаса прочности вала

4.3 Расчет подшипников

При расчете подшипников необходимо указать частоту вращения и необходимый ресурс подшипника (рисунок 27).

Рисунок 27 - Расчет подшипников вала червячного колеса

Вывод: Подшипники удовлетворяют условия по ресурсу работы.

5. Проектирование привода ленточного транспортера

5.1 Выбор муфты

Муфты предназначены для передачи механической энергии - крутящего момента между двумя соединенными валами. В зависимости от условий эксплуатации муфты могут соединять валы постоянно, либо периодически при помощи оператора или при достижении определенных условий эксплуатации.

В работе механических систем возможны случайные или периодические колебания передаваемого момента, что отрицательно сказывается на динамике машин. Для сглаживания изменений крутящего момента муфта должна обладать упругими свойствами, позволяющими демпфировать (смягчать) случайные изменения момента.

Чтобы соединить валы между собой с заданными погрешностями монтажа, необходимы муфты, способные компенсировать эти неточности.

В нашем случае выбиваем муфту МУВП

ГОСТ 20761--93 (рисунок 28):

Рисунок 28 - Муфта втулочно-пальцевая

Литература

кинематический червячный редуктор подшипник

1. Дунаев П.Ф.. Конструирование узлов и деталей машин: Учебн. пособие для студ. техн. спец. вузов / П.Ф. Дунаев, О.П. Леликов. - М.: Академия, 2004. - 496с.

2. Чернавский С.А.. Курсовое проектирование деталей машин: Учебн. пособие / С.А. Чернавский, К.Н. Боков, И.М. Чернин и др.; - М.: Альянс, 2005. - 416с.

3. Решетов, Д.Н.. Детали машин: Учеб. для студ. машиностроительных и механических специальностей вузов / Д.Н. Решетов. - М.: Машиностроение. 1989. - 496с.

Размещено на Allbest.ru

...