Механический привод (общий КПД привода - 0,89, требуемая мощность двигателя - 2,52 кВт)

Страницы работы

Фрагмент текста работы

                КУРС по механике

1.1Описание устройства и принципа  работы привода.

Механизмы предназначенные для снижения скорости вращения, увеличения вращающих моментов на тихоходных валах и выполненные в виде отдельных агрегатов ,называются редукторами. Зубчатые редукторы благодаря их долговечности относительной простоте и экономичности, большому диапазону скоростей и нагрузок нашли широкое применение в машиностроении

Если входной и выходной валы по условиям компоновки машины должны располагаться под углом, при u<6.3применяют одноступенчатый конический редуктор. Недостатки конических редукторов по сравнению с цилиндрическими: большая стоимость изготовления зубчатых колес, усложнение монтажа и регулировки зацепления

2Кинематический расчет привода и выбор электродвигателя

2.1Определяем мощность на валу конвеера3’

Р3’=Ft·v=1.4·103·1,6=2,24кВт

2.2Определяем частоту вращения

n’3 =60v/p·D=60·1,6/3.14·0.35=87,35 об/мин

2.3Определяем КПД всего механизма

h=hрп·hм·hкон·hподш

hрп =0.97 ,hподш=0.995, hм=0.98,hкон=0.96

h=0.97·0.96·0.98·0.9953 =0,89

2.4Определяем требуемую мощность электродвигателя

Pтр= Р3’/h=2,24кВт/0.89=2,52кВт

2.5Определяем двигатель:4А112МВ8У3, скольжение S=5,8%

Рдв=3.0кВт((1)стр.390 табл.п1))

2.6Находим частоту вращения с учетом скольжения

nасинх= nсинх(1-S); nасинх=750(1-0.058)=706,5об/мин

2.7Определяем общее передаточное отношение механизма

iобщ= n/ n’3 = nасинх /n’3=706,5/87,35=8,08

2.8Проводим распределение передаточных чисел между передачами

iобщ =iрп ·iкон 

iкон=3.15 по ГОСТ 12289-76((1)стр.36)

iрп = iобщ/iкон=8,08/3.15=2,56               берем iрп=2.4

 

Лист

 
 

Изм

Лист

№документа

Подпись

Дата

 

2.9Определяем мощность на валах

Р1=Pтр= 2,52кВт

Р21·hрп·hподш=2,52·0.97·0.995=2,43кВт

Р32·hкон·hподш=2,43·0.96·0.995=2,32кВт

Р3’3·hм·hподш=2,32·0.98·0.995=2,26кВт

2.10Определяем число оборотов валов

n1= nасинх=706,5об/мин

n2= n1/ iрп=706,5/2,56=275,9об/мин

n3=n2/ iкон=275,9/3.15=87,6об/мин

n3’= n3=125.5об/мин

2.11Определяем угловую скорость валов

w1= wдв= p · nдв/30=3.14·706,5/30=73,9рад/с 

w2= p · n2/30 =3.14·275,9/30=28,87рад/с

w3= p · n3/30=3.14·87,6/30=9,16рад/с 

 2.12Определяем величины крутящих моментов

Т1=9.55·103Р1/n1=9.55·103·2,52·103/706,5=34,06кН·м

Т2=9.55·103Р2/n2=9.55·103·2,43·103/275,9=84,11кН·м

Т3=9.55 103Р3/n3=9.55·103·2,32·103/87,6=252,91кН·м

Т3’=9.55·103Р3’/n3’=9.55·103·2,26·103/87,6=246,38кН·м

Оформляем полученные значения в таблицу

Вал

Р,кВт

Т,Нм

n,об/мин

w1,рад/с

I

2,52

34,06

706,5

73,9

II

2,43

84,11

275,9

28,78

III

2,32

252,91

87,6

9,16

 

Лист

 
 

Изм

Лист

№документа

Подпись

Дата

 

3Расчет конической прямозубой передачи

3.1Выбираем материалы для колеса и шестерни :для шестерни-40ХН,термообработка улучшение, твердость НВ=280;для колеса-40Х термообработка улучшение, твердость НВ=260

3.2Определяем допускаемые контактные напряжения:

для шестерни     

                                        

 где sHlimb=2НВ+70- предел контактной выносливости при базовом числе циклов(1)

Кнu –коэффициент  долговечности Кнu=1

Sн- коэффициент безопасности[Sн] =1.1(1)

Для колеса            

   Расчетное допускаемое напряжение: [ sHрасч]=482.7МПа

Требуемое условие 1.23[ sH2]³ [ sHрасч] выполнено

3.3Определяем внешний делительный диаметр  колеса:

Коэффициент Кнb  при консольном расположении шестерни Кнb=1.35(1)

ybRe=0.285- коэффициент ширины венца по отношению к внешнему конусному расстоянию по (ГОСТ12289-76)

          

Кd=99 для прямозубых передач

Принимаем по ГОСТ 12289-76 ближайшее стандартное значение de2=280мм

3.4Примем число зубьев шестерниZ1=25,число зубьев колеса

Z2= Z1·i=25·3.15=79

уточняем передаточное отношение i= Z2/Z1 =79/25=3.16

Отклонение от заданного (3.16-3.15)/3.15 100=0.32% что меньше

установленных ГОСТом 12289-76 до 3%

3.5Внешний окружной модуль me=de2 / Z2 =280/79=3.54мм

Уточняем значение de2 =279,6мм

3.6Определяем углы делительных конусов

ctgd1=i=3.16    d1=17035¢  d2 =90-d1 =90-17.34=7 2025¢

 

Лист

 
 

Изм

Лист

№документа

Подпись

Дата

 

3.7Bнешнее конусное расстояние Re и длинна зуба b

Re=0.5me =мм

b=ybRe·Re=0.285·146,6=41,78мм

Принимаем b=42мм

3.8Внешний делительный диаметр шестерни

de1=meZ1=25·3.54=88.5мм  

Средний делительный диаметр шестерни

d1=2(Re-0.5b)sind1=2(146,6-0.5·42)sin17035¢=76мм  

3.9Внешние диаметры шестерни и колеса(по вершинам зубьев)

dae2 =de2 +2mecosd2 =280+2·3.54cos72025¢=282,14мм

dae1 =de1 +2mecosd1 =88,5+2·3.54cos17035¢= 95,25мм

3.10Средний окружной модуль

 m=de1/Z1=76/25=3.35 

3.11Коэффициент ширины шестерни по среднему диаметру

ybd=b/d1=42/76=0.55

3.12Средняя окружная скорость колес

 v=w1d1/2=73,9·76/2=2,8м/с

3.13Проверяем контактное напряжение

             

             

         ybRe=0.285

Кн- коэффициент нагрузки

По табл. 3.5(1) при  ybd=0.285 =0.56 консольном расположении колес твердости НВ< 350 коэффициент учитывающий распределение нагрузки по длине зуба Kнb  =1.23

Kнa -коэффициент учитывающий распределение нагрузки между прямыми зубьями Kнa =1.0табл.3.4(1)

 Kнс - коэффициент учитывающий динамическую нагрузку в зацеплении, для прямозубых колес при v<=5м/с

Кнс=1.05 табл. 3.6(1)

Кн=1.23 1.0 1.05=1.3

sH<[ sH ]=485МПа

3.14Определяем силы в зацеплении

Окружная сила              Ft=2T3/d1 =2·84,11103/76=2213,1Н

Радиальная для шестерни равна осевой для колеса   

Fr1=Fa2=F1tgacosd1= 2428.9·tg 200cos17035¢=770,3H  

Осевая для шестерни равна радиальной для колеса

Fa1=Fr2=Fttgasind1= 2428.9·tg 200sin17025¢=242,2H  

3.15Проверяем зубья на выносливость по напряжениям изгиба

sf =F1KfYf/

 

Лист

 
 

Изм

Лист

№документа

Подпись

Дата

 

Kf -коэффициент нагрузки    Kf=KfbKfv =1.38·1=1.38      по табл. 3.7(1) при ybd=0.56 консольном расположении колес, и твердости НВ<350 значение

 Kfb=1.38 по табл. 3.8(1),при твердости НВ<350 ,скорости 1.4м/с и 7-ой степени точности Kfv =1 (значение взято для 8-ой степени точности в соответствие с указаниями на стр.53(1))

Yf-коэффициент формы зуба выбираем в зависимости от эквивалентных чисел зубьев:

для шестерни Zv1=Z1/cosd1 =25/cos 17035¢ =26 

для колеса Zv2=Z2 /cos d2 =79/cos 72025¢ = 256

Yf1=3.88 Yf2=3.60(стр 42(1))

по табл. 3.9 для стали 40Х улучшение,40ХН НВ<350                   sflimb =1.8НВ

для шестерниsflimb1 =1.8·280=504МПа

для колеса sHlimb2 =1.8·260=468МПа

коэффициент запаса прочности [Sf ]=[Sf ]’[Sf ]’’ по табл.3.9(1) [Sf ]’=1.75 [Sf ]’’=1  для паковок и штамповок отсюда следует что[Sf ]=1.75·1=1.75

3.16Допускаемые напряжения при расчете зубьев на выносливость:

для шестерни [sf1 ]=504/1.75=300.5 МПа

для колеса [sf2 ]=468/1.75=286.5 МПа

3.17проверяем на прочность зуб колеса

sf2 =2213,1·1.38·3.6/42·3.54·0.85=88,2МПа 

 

Лист

 
 

Изм

Лист

№документа

Подпись

Дата

 

4Расчет ременной передачи.

4.2Определяем вращательный момент

Т=Р/wдв=2,52·103/73,9=34,1·103Н·мм

4.3Определяем диаметр меньшего шкива

d1=(3¸4)  =(3¸4)»97,3¸129.7мм

d1=125 по ГОСТ1284,3-80

4.4Определяем диаметр большего шкива

d2= iрп d1(1-e)=2.56·125(1-0.015)=315.2мм

d2=315 по ГОСТ 1284,3-80

4.5Уточняем передаточное отношение

iрп =d2/d1(1-e)=315/125(1-0.015)=2.55

4.6Угловая скорость двигателя

wв=wдв/iрп=73.9/2.55=28.9рад/с

4.7Определяем межосевое расстояние

amin=0.55(d1+d2)+T0=0.5(125+315)+8=250мм

amax=d1+d2=125+315=440мм

T0 =8(высота сечения ремня по табл.7.7(1))

dp=600мм

4.8расчетная длинна ремня.

L=2ap+0.5p(d1+d2)+(d2-d1)2/4ap=

=2·600+0.5·3.14(125+315)+1902/4·600=1905.8мм

 Подбираем стандартный ремень, ближайшее значение  L=1900мм

4.9уточняем значение межосевого расстояния с учетом L

ap=0.25[(L-w)+(L-w)2 –2y]

w=0.5p(d1+d2)=0.5·3.14(125+315)=691

y=(d2-d1)2=(315-125)2 =36100

ap=0.25[(1900-691)+=608мм

при монтаже передачи необходимо обеспечить возможность уменьшения межосевого расстояния на 0.01L= =0.01·1900=19мм,для облегчения надевания ремней на шкивы и возможность его увеличения на 0.025L=0.025· 1900=47,5мм,для увеличения натяжения ремня

4.10определяем угол обхвата меньшего шкива

a1=180°-57·(d2-d1)/2=180°-57·(315-125)/2=162°

4.11коэффициент  учитывающий влияние длинны ремня по табл.7.9(1)для ремня Б L=1900мм СL =1,01

4.12коэффициент  учитывающий влияние угла обхвата при  a=162° Сa=0.95(1.стр135)

 

Лист

 
 

Изм

Лист

№документа

Подпись

Дата

 

4.13коэффициент  учитывающий условия эксплуатации Ср=1

4.14определяем число ремней

Z=p·Cp/p0CLCaCz=2,52·1/1.01·0.95·0.9=4.03   Z=4

Ро=1.2 для ремней сечения Б при  L=1900 i<3.4 и d1<140      (1)

4.15Натяжение ветви клинового ремня

F0=850·p·Cp·CL/v· Ca+Q·v

QДля ремня Б   Q=0.18Н·с22 коэффициент влияние центробежных сил

v=0.5·d1·wдв=0.5·73,9·125·10-3=4,62м/с

4.16Давление на валы

Fb=2 F0Z sina1/2=2·125.6·4·sin81,1=992

4.17Ширина шкивов

Bш=(Z-1)e+2·f=(4-1)19+2·12.5=82мм

 

Лист

 
 

Изм

Лист

№документа

Подпись

Дата

 

4. Проектный расчёт валов и предварительный выбор подшипников

4.1 Ведущий вал

           Диаметр выходного конца вала определяем из условия прочности на чистое кручение по пониженным допускаем напряжениям [t]=25 (МПа)  [стр.161 [1]):

                       

           Из ряда стандартных значений принимаем d=30 (мм) (стр.161-162 [1]).

           Из конструктивных соображений с учётом размеров стандартных изделий, насаживаемых на вал, принимаем:

-  диаметр вала под манисетным уплотнением dм=28 (мм);

-  диаметр резьбового участка вала dр=М30´1.5 (мм);

-  диаметр вала под подшипниками dn=30 (мм);

-  диаметр вала под конической шестерней dш=40 (мм).

           Для изготовления вала планируем использовать сталь 45, термообработка – нормализация, Нbср=190, sb=570 (МПа), sт=290 (МПа) (таблица 3.3 [1]).

           Т.к. в зацеплении конических колёс действует значительная осевая сила, то в качестве опор планируем использовать радиально-упорные роликовые подшипники лёгкой серии №7306 со следующими характеристиками (таблица П7 [1]).

                        d´D´T=30´72´20,75 (мм)

                        C=43000 (H)

                        C0=29500 (H)

                        e=0.34

                        Y=1.8

Лист

Изм

Лист

№документа

Подпись

Дата

4.2 Ведомый вал

           Диаметр выходного конца вала также определяем из условия прочности на чистое кручение по пониженным допускаем напряжениям [t]=25 (МПа)    (стр. 161 [1]).

                       

           Из ряда стандартных значений (стр. 161-162 [1]) принимаем:

                        d=40 (мм)

           Из конструктивных соображений с учётом рекомендаций (стр. 167-168 [1]) и размеров стандартных деталей, насаживаемых на вал, принимаем:

-  диаметр вала под манисетным уплотнением и под подшипниками качения:

                 dм=dn=40 (мм)

-  диаметр вала под коническим колесом:

                 dк=44 (мм)

-  диаметр бурятка для упора колеса и подшипников:

                 dб=46 (мм)

              Для изготовления вала планируем использовать сталь 45, термообработка-нормализация, НВср=190, sВ=570 (МПа), sТ=290 (МПа) (таблица 3.3 [1]).

           Т.к. на коническое колесо действует значительная осевая сила, то в качестве опор планируем использовать радиально-упорные роликовые подшипники лёгкой серии №7308 со следующими характеристиками (таблица П7 [1]):

                        d´D´T=40´90´25,5 (мм)

                        С=66000 (Н)

                        С0=47500 (Н)

                        е=0.34

                        Y=1.8

Лист

Изм

Лист

№документа

Подпись

Дата

7.1Расчет шпоночных соединений

5. Подбор шпонок и проверка их на прочность

Соединение шкива ременной передачи с ведущим валом

           Исходные данные:

-  вращающий момент, передаваемый соединением:

              Т=84,11(Нм)=84110 (Нмм)

-  диаметр вала в соединении:

              d=25 (мм)

           В соответствии с ГОСТ 23360-78 на валу d=25 (мм) должна быть установлена шпонка с поперечным сечением b´h=8´7 (мм), глубина шпоночного паза на валу t1=4.0 (мм) (таблица 8.9 [1]).

           Требуемая рабочая длина шпонки:

                       

           где [sсм] – допускаемые напряжения сжатия

                        sсм=80…120 (МПа) (стр.170 [1])

                       

          Из ряда стандартных длин шпонок (таблица 8.9  [1]) принимаем l=30 (мм).

           Тогда:

                       

                       

           Остальные шпоночные соединения рассчитываем в аналогичной последовательности.

Лист

Изм

Лист

№документа

Подпись

Дата

Соединение конического колеса с ведомым валом

           Т=252910 (Нмм)=252,91 (Нм)

           d=44 (мм)

           b´h=12´8 (мм)

           t1=5 (мм)

           [sсм]=120 (МПа)

                       

           Принимаем: l=36 (мм).

                       

                                       b                      t1       h                                              b

 


                                                                                                                                                           lp      l         

 


                          d

 


Лист

Изм

Лист

№документа

Подпись

Дата

7. Проверочные расчёты валов

7.1 Ведущий вал

           Исходные данные:

-  вращающий момент, передаваемый валом:

              Т=84,11 (Нм)

-  силы, действующие на коническую шестерню:

              Ft=2213,1 (Н)

              Fr=770,3 (Н)

              Fa=242,2(Н)

-  делительный диаметр шестерни в среднем сечении:

              dm1=75.83 (мм)

-  сила, действующая на вал от ременной передачи:

              Fb=992,1 (Н)

           Схема нагружения вала показана на рисунке. Длины отдельных участков вала определены по результатам эскизной компоновки редуктора.

           Определим реакции опор.

Горизонтальная плоскость

                                                        FB=.992,1 (H)                   RAг=1869,3 (Н)                                   RВг=1647,5 (Н)             Dm1

 


                                           С                                        А                                                                     B                                     D

                                                                                                                                                                                       Fa=242,2 (H)

                                                                                                                                                                                  Fr=770,3 (H)

                                                                      a=55                                     b=100                         c=55

                                                                    

                                                84,11                                                                                                                        84,11

 

                                                                                                                                                                                                           T, Нм

                                              0                                                                                                                                  0

                                                                                                                                                      33,17

                                                                                                                                          МUг, Нм

                                             0                                                                                                                                  0

                                                                                                                                                                                                         -9.2

                                                                                     -54,56

Лист

Изм

Лист

№документа

Подпись

Дата

Вертикальная плоскость

 


                                                                                          Rab=1217,3(H)                                     Rbb=3430,5 (H)                                    

 


                                            C                                   A                                                             B                                D

                                                                                                                                                 121,7                    Ft=2213,1 (H)

 


                                                                                                                                                                                   МUB, Нм  

                                                0                                                                                                                                  0

                                                                                                                                                   126,1

 


                                                                                   54,56

 


                                                                                                                   

          МU, Нм                                                                              9.49 

                                                                                                                                                                                 

                                            0                                                                                                                                   0

Лист

Изм

Лист

№документа

Подпись

Дата

Горизонтальная плоскость

           SMAг=0;

           -FBa+RBг+0.5dW1FA-FR(b+c)=0;

          

           SMBг=0;

           -FB(a+b)+RAгb+0.5dW1FA-FR0=0;

          

           Проверка:    SX=0; -FB+RAг-RBг+FR=0

                                  -992,1+1869,3-1647,5+770,3=0

           Изгибающие моменты в характерных точках:

                                      

 

Лист

 
 

Изм

Лист

№документа

Подпись

Дата

 

Вертикальная плоскость

           SМАB=0;

          

          

           SМBB=0;

          

          

           Проверка:    SY=0; RAB-RBB+Ft=0;

                                  1217,3-3430,5+213,1=0

           Суммарные реакции опор:

                       

           Изгибающие моменты в характерных точках:

                       

           Суммарные изгибающие моменты в характерных точках:

                       

               Эквивалентные моменты рассчитываем по формуле

                        

           Как видно из эпюр крутящих и суммарных изгибающих моментов наиболее нагруженным является сечение вала под подшипником правой опоры.

           Проверим его на усталостную прочность.

           Условие прочности имеет вид (стр. 162 [1]):

                        

           где [S] – рекомендуемый коэффициент запаса усталостной прочности.

           Для редукторных валов [S]=2.5…3.0 (стр. 162 [1]).

Лист

Изм

Лист

№документа

Подпись

Дата

           Ss,St - коэффициенты усталостной прочности по нормальным и касательным напряжениям.

                       

           s-1,s-1 – пределы выносливости материала вала при симметричных циклов изгиба и кручения (стр. 162…164 [1]).

                       

           ks,kt - эффективные коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и кручении (таблица 8.7 [1]).

           Концентраторами напряжений в сечении является:

-  прессовая посадка подшипника на вал, для которого:

        .

                        

           W,Wk – моменты сопротивления сечения изгибу и кручению.

                       

           Тогда:      

             Коэффициент снижения предела выносливости при изгибе

                         

           Коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения

                          Kd =0.85

            Коэффициент влияния параметров шероховотостей поверхностей

                          Kf=0.82

                Коэффициент влияния поверхностного упрочнения

                                         Kv=1.65

              Коэффициент концентрации напряжения по изгибу

                         

               Коэффициент снижения предела выносливости при кручении

                          

             Коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения

                          Kd =0.85

               Коэффициент влияния параметров шероховотостей поверхностей

                          Kf=0.82

               Коэффициент влияния поверхностного упрочнения

                                         Kv=2.5

           Коэффициент концентрации напряжения по кручению

                          

                          yt=0.05

Лист

Изм

Лист

№документа

Подпись

Дата

                      

           b - коэффициент, учитывающий влияние шероховатости поверхности

Похожие материалы

Информация о работе

Предмет:
Механика
Тип:
Курсовые работы
Размер файла:
564 Kb
Скачали:
0