Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

Полоцкий государственный университет

Кафедра механики

КУРСОВАЯ РАБОТА

по Прикладной механике

на тему: "Кинематический и силовой расчеты механического привода"

Разработал: Студент Гр. 14-ХТ-1

Евтушик К.С.

Проверил:

профессор Завистовский В.Э.

Новополоцк 2015



Содержание

• Введение
• 1. Кинематический расчёт привода
• 1.1 Составление кинематической схемы привода
• 1.2 Выбор электродвигателя
• 1.3 Разбивка общего передаточного числа привода по ступеням
• 1.4 Определение параметров степеней передач (мощность на валу , частота вращения вала , крутящий момент на валу )
• 1.5 Выбор типового редуктора
• 2. Расчёт зубчатых передач
• 2.1 Выбор материала шестерни и зубчатого колеса
• 2.2 Расчёт конической зубчатой передачи
• 2.3 Расчёт цилиндрической зубчатой передачи
• 3. Конструирование валов редуктора
• 4. Расчёт и выбор подшипников
• 5. Расчёт и выбор шпонок
• Заключение
• Литература


Введение

Приводом называют устройство, которое приводит в действие двигателем различные машины или механизмы. Энергия необходимая для приведения в действие машины или механизма, может быть передана от вала двигателя непосредственно или с помощью дополнительных устройств. Передача энергии непосредственно от двигателя возможна в случаях, когда частота вращения вала машины совпадает с частотой вращения двигателя (на пример в приводах вентиляторов, насосов и т.п.). В остальных случаях применяют передаточные механизмы на основе механических передач (зубчатые, червячные, цепные, ременные и другие), согласующие скорости и моменты двигателя и рабочего органа машины (двигателя).

В данном курсовом проекте разработан механический привод, который включает в себя:

· Электродвигатель;

· Открытую передачу: зубчато-ременную;

· Редуктор: двухступенчатый коническо-цилиндрический;

· Муфту;

· Рабочую машину.

Исходные данные:

- Мощность на приводном валу рабочей машины - P_пр=2,6 кВт;

- Частота вращения вала рабочей машины - n_пр=53,0 мин^-1;

- Долговечность привода - L_h=8800 ч;

- Характер работы машины - нереверсивный;

- Погрешность частоты вращения вала рабочей машины - Дn?5 %;

- Опоры валов - подшипники качения.



1. Кинематический расчёт привода

1.1 Составление кинематической схемы привода

Рис. 1.1. Кинематическая схема привода

1.2 Выбор электродвигателя

Коэффициент полезного действия (КПД) привода вычисляется по формуле:

(1.1),

где - КПД открытой ременной передачи;

- КПД закрытой конической передачи;

- КПД закрытой цилиндрической передачи;

- КПД подшипниковых пар валов;

- КПД муфт.

Тогда:

Максимальная потребная мощность электродвигателя вычисляется по формуле:

(1.2)

Электродвигатель подбираем по каталогу по определенной потребной мощности с учетом условия . В данном расчёте используется асинхронный двигатель переменного тока (ГОСТ 19523-74). Двигатели серии 4А по сравнению с двигателями А 2 и А 02, имеют определённые преимущества: меньшую массу, компактность, большие пусковые моменты, а также большую надёжность, меньшие уровни шума и вибраций. По таблице 1.3 [5] подходят следующие электродвигатели серии 4А:

Таблица 1.1

Тип двигателя	Синхронная частота вращения, мин-1	Номинальная мощность, кВт
4А 100S2У 3	nс=3000	Pдв=4,0
4А 100L4У 3	nс=1500	Pдв=4,0
4А 112MB6У 3	nс=1000	Pдв=4,0

Выберем из этих трёх электродвигатель один.

Рассчитаем асинхронную частоту вращения электродвигателя. Асинхронная частота вращения двигателя вычисляется по формуле:

(1.3),

где - коэффициент скольжения, при номинальной нагрузке принимают .

Принимаем . Тогда для выбранных электродвигателей:

Рассчитаем общее передаточное число привода. Действительное передаточное число привода вычисляется по формуле:

(1.4)

Тогда для выбранных электродвигателей:

На основании рекомендуемых диапазонов значений передаточных чисел механических понижающих передач в таблице 1.4. [5] рассчитаем предельные для данной схемы привода значения передаточного числа:

Рассчитанное находится вне диапазона , поэтому оно из расчёта выключается. Поэтому выбираем электродвигатель марки 4А 100L4У 3 (P_дв=4,0; ), при установке которого в приводе получаем .

Таблица 1.2

Тип	Число полюсов	Габаритные размеры, мм	Установочно-присоединительные размеры, мм	Масса, кг
		l30	h31	d30	l1	l10	l31	d1	d10	b10	h	42,0
4А 100L4У 3	2,4,6,8	392	263	235	60	140	63	28	12	160	100

Выпишем из таблицы 2.5 [1] основные параметры электродвигателя:

Рис. 1.2. Электродвигатель серии 4А основного исполнения

1.3 Разбивка общего передаточного числа привода по ступеням

Разбиваем общее передаточное число привода по ступеням:

(1.5),

где - передаточное число ременной передачи

- передаточное число коническо-цилиндрического редуктора

- передаточное число быстроходной ступени редуктора

- передаточное число тихоходной ступени редуктора

Выписываем из таблицы 1.5 [5] и таблицы 194 [3] ряды значений передаточных чисел ременной передачи и коническо-цилиндрического редуктора:

Таблица 1.3

Ряд передаточных чисел ременной передачи ()	1,00; 1,12; 1,25; 1,4; 1,6; 1,8; 2,00; 2,24; 2,5; 2,8; 3,00; 3,15; 3.55; 4,0; 4,5; 5,0; 5,6
Ряд передаточных чисел коническо-цилиндрического редуктора ()	6,3; 8; 10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 40

Подбираем такие значения и , чтобы выполнялось условие:

Выбираем и , тогда общее передаточное число привода:

В дальнейшем передаточное число редуктора разобьём на передаточное число быстроходной и тихоходной ступени редуктора.

1.4 Определение параметров степеней передач (мощность на валу , частота вращения вала , крутящий момент на валу )

,

выбираем из таблицы 194 и 195 [3] необходимые значения:

Таблица 1.4

, мм	, мм	, мин-1	Допускаемое значение по поверхности прочности зубьев
150	250	750	0,118	2,1	6,0

Таким образом:

Согласно условию, погрешность частоты вращения вала рабочей машины должна быть . Выполним проверку:



1.5 Выбор типового редуктора

привод электродвигатель редуктор шестерня

Исходя из найденных данных (), выписываем из таблицы 196 [3] габаритные и присоединительные размеры редуктора:

Таблица 1.5

Re	awT	а	B	B1	B2	H	H1	H3	C	C1
150	250	250	750	370	225	510	270	35	320	310

C2	L	L1	L2	l	l1	d	d1	d2	b	b1
190	1000	500	340	80	110	40	65	23	12	18

t	t1	t2	T3	Масса, кг	Объём заливаемого масла, л
35	43	58	69	423	20

Рис. 1.3. Редуктор коническо-цилиндрический с масляной ванной

2. Расчёт зубчатых передач

2.1 Выбор материала шестерни и зубчатого колеса

Выбираем материал шестерни и зубчатого колеса из таблицы 4.1.1 [2] с учётом рекомендаций [3]:

1) Материал шестерни - сталь : твёрдость ; предел прочности ; предел текучести .

2) Материал зубчатого колеса - сталь : твёрдость ; предел прочности ; предел текучести .

2.2 Расчёт конической зубчатой передачи

С учётом рекомендаций [3], принимаем .

Внешний окружной модуль вычисляется по формуле:

(1.6),

где - внешнее конусное расстояние;

(с учётом рекомендаций на стр. 111 [1]) - число зубьев шестерни;

- число зубьев зубчатого колеса.

Тогда:

Принимаем (из рекомендованного ряда значений на стр. 110 [1]).

Среднее конусное расстояние вычисляется по формуле:

(1.7),

где - коэффициент ширины зубчатого венца относительно внешнего конусного расстояния.

Тогда:

Средний модуль вычисляется по формуле:

(1.8),

Принимаем (из рекомендованного ряда значений на стр. 110 [1]).

Внешний делительный диаметр вычисляется по формуле:

(1.9),

Внешний делительный диаметр для шестерни:

Внешний делительный диаметр для зубчатого колеса:

Внешняя высота головки зуба вычисляется по формуле:

(1.10),

где - коэффициент смещения, .

Внешняя высота головки зуба для шестерни:

Внешняя высота головки зуба для зубчатого колеса:

Угол делительных конусов для шестерни вычисляется по формуле:

(1.11)

Угол делительных конусов для зубчатого колеса вычисляется по формуле:

(1.12)

2.3 Расчёт цилиндрической зубчатой передачи

С учётом рекомендаций на стр. 111 [1], принимаем .

Тогда

С учётом рекомендаций [3], принимаем .

Делительный диаметр вычисляется по формуле:



(1.13)

Делительный диаметр для шестерни:

Делительный диаметр для зубчатого колеса:

Диаметр вершин зубьев вычисляется по формуле:

(1.14),

где - коэффициент высоты головки зуба.

Диаметр вершин зубьев для шестерни:

Диаметр вершин зубьев для зубчатого колеса:

Диаметр впадин зубьев вычисляется по формуле:

(1.15),

где - коэффициент высоты головки зуба;

- коэффициент радиального зазора;

Диаметр впадин зубьев для шестерни:

Диаметр впадин зубьев для зубчатого колеса:

Ширина зубчатых венцов для шестерни:

(1.16),

где (с учётом рекомендаций на стр. 47 [5]) - коэффициент ширины колеса;

Тогда:

Ширина зубчатых венцов для зубчатого колеса:

(1.17)



3. Конструирование валов редуктора

Сконструируем быстроходный (ведущий) вал редуктора.

Выбираем материал вала:

Материал вала - сталь

Принимаем:

· диаметр выходного конца вала . Проверим вал на минимальный требуемый диаметр сечения:

(1.18),

где (с учётом рекомендаций на стр. 47 [5]) - допускаемое напряжение на кручение.

Прочность валов обеспечена.

Катет фаски с углом вычисляется по формуле:

(1.19)

Принимаем (из рекомендованного ряда значений на стр. 146 [4])

· диаметр вала под подшипники качения ;

· диаметр вала в месте посадки зубчатого колеса .



4. Расчёт и выбор подшипников

Выбираем подшипники для быстроходного (ведущего) вала с учётом того, что диаметр вала под подшипники качения

Из таблицы 7.9 [5], согласно ГОСТ-333-79 выбираем подшипники роликовые конические однорядные лёгкой серии.

Рис. 1.4. Подшипник роликовый конический однорядный

Таблица 1.6

Обозначение подшипника	d, мм	D, мм	T, мм	B, мм	C, мм	r, мм	r1, мм	б
7209	45	85	20,75	20	16	2,0	0,8	15о



5. Расчёт и выбор шпонок

Т.к. высота и ширина призматических шпонок выбираются по стандартам, то расчет шпоночных соединений сведем к нахождению длины шпонки на основании принятого допускаемого напряжения.

Выберем и рассчитаем призматичную шпонку для быстроходного вала следующих размеров с учётом того, что диаметр выходного конца вала :

Рис. 1.5. Соединение призматической шпонкой

Таблица 1.7

t1, мм	d, мм	b, мм	h, мм
5	40	12	8

Выбираем материал призматической шпонки:

Материал вала - Ст-45: допускаемое напряжение на смятие [у_см] = 60 МПа.

Определяем рабочую длину шпонки l из условия на смятие:

(1.19)

Принимаем (из рекомендованного ряда значений на стр. 176 [5]) Для соединения вала с подшипником принимаем в соответствии с ГОСТ 23360 - 78 шпонку 12х 8х 10.

Заключение

При выполнении курсового проекта на тему: "Кинематический и силовой расчёты механического привода", были получены следующие данные: выбран электродвигатель марки 4А 100L4У 3 с мощностью 4 кВт, асинхронный. Привод осуществляется с помощью электродвигателя.

При выполнении курсового проекта, я приобщился к инженерному творчеству. В курсовом проекте проводились расчеты передач, подшипников и шпонок. Делалась эскизная компоновка основных деталей и узлов передаточного механизма и привода в целом, определялись размеры корпусных деталей и выбирались материалы деталей в зависимости от условий работы, технологии изготовления и типа производства.

В результате я освоил и приобрёл навыки проектирования и расчета механического привода, научился правильно и обоснованно применять полученные знания для решения конкретных инженерных задач.



Литература

1. Курсовое проектирование деталей машин: Справочное пособие. Часть 1 / А.В. Кузьмин, Н.Н. Макейчик, В.Д. Калацев и др. - Мн.: Выш.шк., 1982.

2. Детали машин. Проектирование: учебное пособие / Л.В. Курмаз, А.Т. Скойбеда/. 2-е издание, исправленное и дополненное - Мн.: УП "Технопринт", 2002.

3. Анфимов Н.И. Редукторы. Конструкция и расчет. - М.:Машиностроение,-1993.

4. Завистовский В.Э.: учебно-методический комплекс для студентов специальгости 1-48 01 03 "Химическая технология природных энергоносителей и углеродных метериалов " Ч.2: Детали машин и аппаратов. В 3 кн. Кн. 1/ Новополоцк: ПГУ,2010.

5. Завистовский В.Э.: учебно-методический комплекс для студентов специальгости 1-48 01 03 "Химическая технология природных энергоносителей и углеродных метериалов " Ч.2: Детали машин и аппаратов. В 3 кн. Кн. 2/ Новополоцк: ПГУ,2010.

Размещено на Allbest.ru

...