Расчет и проектирование привода ленточного конвейера (двигатель 4А112МА6У3)

УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра "Детали машин"

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОМУ  ПРОЕКТУ ПО ДМ

Студент группы  ТОМд-34________________________________________________

(индекс)

А._______________________________________________________  

(Фамилия, И. О.)                                                                                              подпись

Руководитель проекта  ______________________________________

(Фамилия, И. О.)                                         подпись                     

Ульяновск 2002г.

Задание на курсовой проект

Дата выдачи задания на К. П ___25.02.2002г.

Срок выполнения К. П.     ____18.05.2002г.__

Руководитель К. П.______________________

СОДЕРЖАНИЕ

1. Кинематический расчет привода........................................................................................................... 5

1.1. Общий КПД привода........................................................................................................................ 5

1.2. Требуемая мощность электродвигателя.......................................................................................... 5

1.3. Выбор двигателя................................................................................................................................ 5

1.4. Найдем передаточное число привода.............................................................................................. 5

1.5. Крутящий момент на валах.............................................................................................................. 6

1.6. Частоты вращения............................................................................................................................. 6

1.7. Проверка двигателя по условию пуска........................................................................................... 6

2. Расчеты конической и зубчатой передач.............................................................................................. 6

2.1. Расчет конической передачи............................................................................................................ 6

2.1.1. Исходные данные........................................................................................................................ 6

2.1.2. Выбор материала колес.............................................................................................................. 7

2.1.3. Определяем допускаемое напряжение на контактную выносливость шестерни ....... 7

2.1.4. Определяем допускаемое напряжение на контактную выносливость колеса ........... 7

2.1.5. Расчетное допускаемое контактное напряжение..................................................................... 8

2.1.6. Определяем допускаемое напряжение на изгибную выносливость шестерни ........... 8

2.1.7. Определяем допускаемое напряжение на изгибную выносливость колеса ............... 8

2.1.8. Максимальное допускаемое напряжение на контактную прочность при улучшении зубьев................................................................................................................................................................ 8

2.1.9. Максимальное допускаемое напряжение на изгибную прочность при HB<350.................. 8

2.1.10. Внешний делительный диаметр колеса.................................................................................. 9

2.1.11. Внешний окружной модуль..................................................................................................... 9

2.1.12. Принимаем коэффициент ширины зубчатого венца , находим средний окружной модуль.................................................................................................................................................... 9

2.1.13. Внешнее конусное расстояние................................................................................................ 9

2.1.14. Ширина зубчатого венца колес............................................................................................... 9

2.1.15. Углы делительных конусов..................................................................................................... 9

2.1.16. Средние делительные диаметры............................................................................................. 9

2.1.17. Окружная скорость передачи.................................................................................................. 9

2.1.18. Определяем коэффициент нагрузки ................................................................................. 9

2.1.19. Проверяем условие контактной выносливости зубьев....................................................... 10

2.1.20. Определяем коэффициент нагрузки ............................................................................... 10

2.1.21. Эквивалентное число зубьев шестерни и колеса................................................................. 10

2.1.22. По табл. 5.3 определяем коэффициент формы зуба шестерни и колеса........................... 10

2.1.23. Проверяем условия изгибной выносливости зубьев колес................................................ 10

2.1.24. Проверяем условие контактной прочности зубьев передачи при пиковой нагрузке...... 11

2.1.25. Проверяем условие изгибной прочности зубьев передачи по пиковой нагрузке............ 11

2.1.26. Диаметры заготовки шестерни и колеса по формулам....................................................... 11

2.1.27. Условная масса заготовок колес........................................................................................... 11

2.1.28. Условная стоимость конической передачи.......................................................................... 11

2.1.29. Усилия в зацеплении.............................................................................................................. 11

2.2. Расчет зубчатой передачи............................................................................................................... 11

2.2.1. Исходные данные...................................................................................................................... 11

2.2.2. Межосевое расстояние передачи............................................................................................ 11

2.2.3. Выбираем числа зубьев звездочек.......................................................................................... 12

2.2.4. Диаметр окружности выступов зубьев................................................................................... 12

2.2.5. Диаметр делительной окружности звездочки........................................................................ 12

2.2.6. Диаметр окружности впадин зубьев ()...................................................................... 12

2.2.7. Определяем длину цепи L и число звеньев ....................................................................... 12

2.2.8. Частота вращения меньшей звездочки .............................................................................. 13

2.2.9. Число ударов W при набегании и сбегании цепи.................................................................. 13

2.2.10. Для расчета зубчатой цепи определяем ее ширину............................................................ 13

2.2.11. Коэффициент запаса прочности цепи................................................................................... 13

3. Проектный расчет и конструирование быстроходного вала............................................................. 15

3.1. Проектный расчет вала................................................................................................................... 15

3.2. Конструирование вала шестерни................................................................................................... 15

3.3. Расчет вала-шестерни на прочность.............................................................................................. 15

3.3.1. Материал вала........................................................................................................................... 15

3.3.2. Эскиз и расчетная схема вала.................................................................................................. 15

3.3.3. Реакции опор............................................................................................................................. 16

3.3.4. Эпюры изгибающих и крутящих моментов........................................................................... 16

3.3.5. Опасные сечения вала.............................................................................................................. 17

3.3.6. Эквивалентные напряжения в сечениях вала......................................................................... 17

3.3.7. Расчет вала на сопротивление пластическим деформациям................................................ 19

3.3.8. Опасные по усталости сечения вала....................................................................................... 20

3.3.8. Расчет вала на сопротивление усталости по сечению 1....................................................... 20

3.4. Расчет вала на жесткость................................................................................................................ 21

4. Подбор и расчет подшипников быстроходного вала......................................................................... 23

4.1. Выбор подшипников....................................................................................................................... 23

4.2. Определение нагрузок на подшипники......................................................................................... 23

4.3. Расчет подшипников на долговечность и безотказность............................................................ 24

5. Проектный расчет и конструирование тихоходного вала................................................................. 25

5.1. Проектный расчет вала................................................................................................................... 25

5.2. Конструирование вала.................................................................................................................... 25

5.3. Расчет вала шестерни на прочность.............................................................................................. 25

5.3.1. Материал вала........................................................................................................................... 25

5.3.2. Эскиз и расчетная схема вала.................................................................................................. 25

5.3.3. Реакции опор............................................................................................................................. 26

5.3.4. Эпюры изгибающих и крутящих моментов........................................................................... 26

5.3.5. Опасные сечения вала.............................................................................................................. 27

5.3.6. Эквивалентные напряжения в сечениях вала......................................................................... 27

5.3.6. Расчет вала на сопротивление пластическим деформациям................................................ 29

5.3.7. Опасные по усталости сечения вала....................................................................................... 29

5.3.8. Расчет вала на сопротивление усталости по сечению 1....................................................... 30

6. Подбор и расчет подшипников тихоходного вала............................................................................. 31

6.1. Выбор подшипников....................................................................................................................... 31

6.2. Определение нагрузок на подшипники......................................................................................... 31

6.3. Расчет подшипников на долговечность и безотказность............................................................ 32

7. Расчет шпоночных соединений............................................................................................................ 33

7.1. Конструкция и расчет шпоночного соединения вала с упругой втулочно-пальцевой муфтой 33

7.2. Конструкция и расчет шпоночного соединения вала с зубчатым коническим колесом......... 34

8. Конструкция и эксплуатация установки............................................................................................. 34

8.1. Описание общей конструкции установки..................................................................................... 34

8.2. Конструкция редуктора.................................................................................................................. 34

8.3. Конструкция и расчет элементов плиты....................................................................................... 35

8.4. Выбор типа муфты.......................................................................................................................... 36

8.5. Эксплуатация установки. Техника безопасности........................................................................ 37

Список литературы.................................................................................................................................... 38

1. Кинематический расчет привода

1.1. Общий КПД привода

КПД привода рассчитываем по формуле

 где

 - КПД отдельных передач;

- КПД муфты;

 - КПД опоры;

m и n - соответственно количество муфт и опор;

                    [1, табл. 2.1]

1.2. Требуемая мощность электродвигателя

Мощность на выходном валу определяется  тогда мощность на входе ;

 где ;

.

1.3. Выбор двигателя

Выбираем двигатель ближайшей большей мощности. Это двигатель 4А112МА6У3, , , ,           [2, табл. 2.2]

Найдем номинальную частоту вращения:

;

1.4. Найдем передаточное число привода

.

Разобьем общее передаточное число привода на передаточное число цепной передачи  и передаточное число конической зубчатой передачи .

Возьмем , тогда .

1.5. Крутящий момент на валах

На 3 валу:

На 2 валу:

На 1 валу:

1.6. Частоты вращения

1.7. Проверка двигателя по условию пуска

Проверим двигатель по условию  где

;

 для данного двигателя условие пуска выполняется.

2. Расчеты конической и зубчатой передач

2.1. Расчет конической передачи

2.1.1. Исходные данные

Принимаем число зубъев шестерни  число

Крутящий момент на валу шестерни:

 частота вращения шестерни:

2.1.2. Выбор материала колес

По табл. 2.1 выбираем материал колес: сталь 40Х, термообработка: улучшение, твердость поверхности зуба  шестерни   

По табл. 2.2 пределы выносливости:

- для шестерни

- для колеса

Коэффициенты безопасности

Ресурс работы передачи:

2.1.3. Определяем допускаемое напряжение на контактную выносливость шестерни

Базовое число циклов нагружения:

Эквивалентное число циклов нагружения:

Коэффициент долговечности: при

2.1.4. Определяем допускаемое напряжение на контактную выносливость колеса

2.1.5. Расчетное допускаемое контактное напряжение

Принимаем

2.1.6. Определяем допускаемое напряжение на изгибную выносливость шестерни

Эквивалентное число циклов нагружения:

Коэффициент долговечности: при ;

(считая что нагрузка нереверсивная  ).

2.1.7. Определяем допускаемое напряжение на изгибную выносливость колеса .

;

2.1.8. Максимальное допускаемое напряжение на контактную прочность при улучшении зубьев

2.1.9. Максимальное допускаемое напряжение на изгибную прочность при HB<350

2.1.10. Внешний делительный диаметр колеса

2.1.11. Внешний окружной модуль

Из ряда стандартных модулей назначаем = 4 мм. Уточняем

2.1.12. Принимаем коэффициент ширины зубчатого венца , находим средний окружной модуль

2.1.13. Внешнее конусное расстояние

2.1.14. Ширина зубчатого венца колес

2.1.15. Углы делительных конусов

;

2.1.16. Средние делительные диаметры

;

.

2.1.17. Окружная скорость передачи

По табл. 5.1 назначаем 9-ю степень точности передачи.

2.1.18. Определяем коэффициент нагрузки .

Принимаем тип опор конических колес - шариковые. Коэффициент концентрации нагрузки (при НВ<350) по формуле:

Из таблицы 5.2. находим значение коэффициента динамической нагрузки при 9-й степени точности передачи:

2.1.19. Проверяем условие контактной выносливости зубьев

2.1.20. Определяем коэффициент нагрузки

Коэффициент концентрации нагрузки

.

Из табл. 5.2 находим коэффициент динамической нагрузки относительно 9-й степени точности передачи

2.1.21. Эквивалентное число зубьев шестерни и колеса

2.1.22. По табл. 5.3 определяем коэффициент формы зуба шестерни и колеса

При

Т. к. , то принимаем .

2.1.23. Проверяем условия изгибной выносливости зубьев колес

;

.

2.1.24. Проверяем условие контактной прочности зубьев передачи при пиковой нагрузке

2.1.25. Проверяем условие изгибной прочности зубьев передачи по пиковой нагрузке

2.1.26. Диаметры заготовки шестерни и колеса по формулам

.

2.1.27. Условная масса заготовок колес

2.1.28. Условная стоимость конической передачи

.

2.1.29. Усилия в зацеплении

;

;

.

2.2. Расчет зубчатой передачи

2.2.1. Исходные данные

Берем зубчатую цепь по ГОСТ 13552-81 с односторонним зацеплением:

.

2.2.2. Межосевое расстояние передачи

Оптимальное значение:

Принимаем .

2.2.3. Выбираем числа зубьев звездочек

1.  В зависимости от передаточного числа U оптимальное значение:  Принимаем .

2.  Число зубьев ведомой звездочки:

3. Уточняем передаточное число

2.2.4. Диаметр окружности выступов зубьев

;

.

2.2.5. Диаметр делительной окружности звездочки

;

.

2.2.6. Диаметр окружности впадин зубьев ()

;

.

2.2.7. Определяем длину цепи L и число звеньев

;

    

2.2.8. Частота вращения меньшей звездочки

2.2.9. Число ударов W при набегании и сбегании цепи

2.2.10. Для расчета зубчатой цепи определяем ее ширину

2.2.11. Коэффициент запаса прочности цепи

КОМПЬЮТЕРНЫЕ ДАННЫЕ

Параметры прямозубой конической передачи

Степень точности                                                                   9

Внешний окружной модуль                                                   2,5 мм

Число зубьев колес                                                                                                                                                                                            

Углы делительных конусов, град.                                         

                

Внешние диаметры делит. окружности                                

         

Внешнее конусное расстояние                                               149,5 мм

Ширина венца колес,                                                          30 мм

Контактные напряжения                                                       

   

Напряжение изгиба:                                                              

 

            

Условная масса колес, кг                                                        19,157

Стоимость колес, руб.                                                            85029

Окружное усилие, Н                                                               3448,3

Радиальная сила на колесе, Н                                                 304,4

Осевая сила на колесе, Н                                                        1217,6

3. Проектный расчет и конструирование быстроходного вала

Исходные данные: , передаточное число быстроходной ступени . Размеры прямозубой конической передачи: внешний окружной модуль