Проектирование привода к лебедке. Вариант 9

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет»

Кафедра «Машины и аппараты химических производств»

____2008 / 09____  учебный год  _____6_____  семестр

УТВЕРЖДАЮ

Заведующий кафедрой МАХМ ___________ А.В. Ступин

«____»  __________________  2009 года

Техническое задание на курсовое проектирование

по Деталям машин и основам конструирования

Задание 1. Спроектировать привод к лебедке

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Диаметр барабана D, мм	400	300	355	450	470	250	300	350	380	500
Тяговое усилие на барабане F, кН	9	12	15	17	13	8	10	12	14	16
Скорость подъема груза v, м/с	0,35	0,25	0,30	0,45	0,40	0,50	0,55	0,20	0,40	0,45
Срок службы привода LГ, годы	6	7	5	8	9	6	8	7	5	6

Вариант __9__

Задание выдано студенту  _____________М.М. Погарцевой___________

Руководитель проекта  ______________________________ А.В. Ступин

1 Выбор электродвигателя. Кинематический и силовой
расчет привода

Определяем требуемую мощность рабочей машины , кВт:

где   – тяговое усилие на барабане, кН,

 – скорость подъема груза, м/с.

Определяем общий КПД привода :

где   – общий КПД привода;

 – КПД муфты;

 – КПД закрытой червячной передачи;

 – КПД открытой зубчатой цилиндрической передачи;

 – КПД пары подшипников качения.

По таблице 2.2 [1] назначаем следующие значения КПД элементов привода:

Определяем требуемую мощность электродвигателя , кВт:

Определяем общее передаточное число привода:

где  – общее передаточное число привода;

– передаточное число червячной передачи;

– передаточное число зубчатой передачи.

По таблице 2.3 [1] предварительно назначаем передаточное число червячной передачи =16; передаточное число зубчатой передачи =4,5.

Определяем требуемую частоту вращения вала рабочей машины об/мин:

где  – скорость подъема груза, м/с;

 – диаметр барабана, мм.

Определяем требуемую частоту вращения вала электродвигателя:

По найденным значениям  и  по таблице К9 [1] выбираем электродвигатель 4АМ132S4У3, мощность которого кВт, частота вращения вала об/мин.

Уточняем общее передаточное число привода:

Принимаем передаточное число червячной передачи . Уточняем передаточное число зубчатой передачи:

Определяем частоты вращения , об/мин, и угловые скорости , рад/с, валов привода:

Определяем мощности, Вт, на валах привода:

где – КПД пары подшипников скольжения.

Определяем крутящие моменты , Н·м, на валах привода:

Результаты расчета кинематических и силовых параметров привода сводим в таблицу 1. Данные параметры являются исходными данными для проектного расчета закрытой червячной и открытой зубчатой передач.

Таблица 1 – Кинематические и силовые параметры привода

2 Расчет закрытой червячной передачи

2.1 Выбор материала

В зависимости от передаваемой мощности выбираем в качестве материала червяка сталь 40Х, которая имеет следующие механические характеристики (таблица 3.2) [1]: твердость 435 НВ, термообработка – улучшение и закалка ТВЧ, предел текучести  Н/мм², предел прочности  Н/мм².

Материал червячного колеса выбирается в зависимости от скорости скольжения , м/с:

где  – частота вращения червяка, об/мин;

 – крутящий момент на валу червячного колеса, Н·м.

В качестве материала зубчатого венца червячного колеса принимаем бронзу БрО5Ц5С5 (первая группа материалов ), для которой   (таблица 3.5) [1].

2.2 Расчет допускаемых напряжений

В передачах с червячными колесами из оловянистых бронз с пределом прочности   работоспособность ограничена контактной прочностью. В данном случае допускаемое контактное напряжение , , определяется по формуле

где – коэффициент долговечности при расчете на контактную прочность;

 – коэффициент, учитывающий износ материала;

 – предел прочности, .

Коэффициент долговечности определяется по формуле

где  – число циклов нагружения зубьев червячного колеса за весь срок службы – наработка.

где  – срок службы привода (ресурс), ч.

где  – срок службы привода, лет;

 – коэффициент годового использования,

 – число смен, ;

 - коэффициент сменного использования,

 – коэффициент загрузки лебедки,

Коэффициент, учитывающий износ материала,  зависит от скорости скольжения . При  

При изготовлении червячного колеса из материала первой группы допускаемое напряжение на выносливость при изгибе , , для реверсивной передачи определяется по формуле

где – коэффициент долговечности при расчете на изгиб;

 – предел прочности, .

Коэффициент долговечности определяется по формуле

где  – число циклов нагружения зубьев червячного колеса за весь срок службы – наработка.

Так как передача работает в реверсивном режиме, то полученное значение допускаемого напряжения  нужно уменьшить на 25%.

Таблица 2.2 – Механические характеристики материала червячной передачи

Элемент передачи	Марка материала		Термообработка
			Способ отливки
Червяк	Сталь 40Х	125	У + ТВЧ	434	900	750	-	-
Колесо	Бр05Ц5С5	-	К	-	200	90	132,205	15,4

2.3 Проектный расчет на контактную выносливость.

Определение геометрических параметров передачи

При стальном червяке и бронзовом колесе межосевое расстояние , мм, определяется по формуле

где   – крутящий момент на валу колеса, Н·мм;

 – допускаемое контактное напряжение,;

Найденное значение межосевого расстояния округляем по ГОСТ 2144-76 до ближайшего стандартного значения (таблица 13.15) [1]. Принимаем

Выбираем число витков червяка  которое зависит от передаточного числа редуктора . При  .

Определяем число зубьев червячного колеса .

Определяем предварительное значение модуля , мм, по формуле

Принимаем по ГОСТ 2144-78  .

Из условия жесткости определяем коэффициент диаметра червякa :

.

.

Полученное значение  является одним из стандартных значений по ГОСТ 2144-78.

Определяем коэффициент смещения инструмента

По условию неподрезания и незаострения зубьев колеса значение  допускается до

Определяем фактическое передаточное число  и проверяем его отклонение от заданного  по формулам

Определяем фактическое значение межосевого расстояния

Определяем геометрические параметры передачи.

Делительный диаметр червяка , мм:

Диаметр начальной окружности червяка , мм:

Диаметр вершин витков , мм:

Диаметр впадин , мм:

Делительный угол подъема линии витка червяка, град, определяется по следующей формуле

Длина нарезанной части червяка  принимается такой, чтобы обеспечить зацепление витков червяка с возможно большим числом зубьев колеса. Чем больше число зубьев , тем больше ,мм:

где  - коэффициент смещения.

          При  

Диаметр делительной окружности червячного колеса , мм:

Диаметр окружности вершин зубьев червячного колеса , мм:

Диаметр червячного колеса наибольший , мм:

Диаметр окружности впадин , мм:

Ширина колеса  назначается из условия получения необходимого угла обхвата  витков червяка червячным колесом. Ширину колеса принимают по ГОСТ 19650-74. При  

 является одним из значений ряда нормальных линейных размеров.

Угол обхвата червяка венцом колеса при найденном значении  определяется по формуле

где  – диаметр верши червяка.

Для силовых передач .

Таблица 2.3 – Параметры червячной передачи, мм

Параметр	Значение		Параметр	Значение
Межосевое расстояние	200		Ширина зубчатого венца колеса	71
Модуль зацепления	10		Длина нарезаемой части червяка	120
Коэффициент диаметра червяка	8		Диаметры червяка: делительный начальный вершин витков впадин витков	80 80 100 56
Делительный угол подъема витков червяка	14,036
Угол обхвата червяка венцом	96,726		Диаметры колеса: Делительный вершин зубьев впадин зубьев наибольший	320 340 296 355
Число витков червяка	2
Число зубьев колеса	32

2.4 КПД червячной пары

По аналогии с винтовой парой при ведущем червяке КПД определяется