Проектирование привода цепного конвейера (скорость цепи конвейера - 0,45 м/сек)

График переменной нагрузки заменяем постоянным эквивалентным графиком.

, где  — крутящий момент.

, ,  — номинальный момент.

 — время работы с каждым моментом  и .

 — частота вращения.

, где  — частота вращения тихоходной ступени.

.

 [1, 7] — число вхождений в зацепление зуба колеса за один его оборот.

 [1, 7] — показатель кривой усталости.

Базовое число циклов.

, где

 — твёрдость. Тогда .

4.1.2.Передаточное число

4.1.3.Коэффициент, учитывающий неравномерное распределение нагрузки между колёсами пары Х

,  [3, 20]

4.1.4.Расчётный крутящий момент на колесе тихоходной ступени

,

где  — крутящий момент на тихоходном валу.

,

где  — мощность на тихоходном валу.

,

где   (п. 1.2.);

,  (п. 1.1.);

 (п. 4.1.1.4.);

 [2, 12, табл. 7] — динамический коэффициент режима работы

4.1.5. — коэффициент, учитывающий шероховатость боковой поверхности зуба

 [1, 11] — учитывает шероховатость боковой поверхности зуба для 8 кинематической степени точности 6 класса шероховатости.

4.1.6.Отношение межосевых расстояний

 [1, 21, табл. 8].

4.1.7.Конечное значение параметров цикла

а) для трёх сочетаний твёрдости тихоходной ступени.

б) для трёх сочетаний твёрдости быстроходной ступени.

в) для двух значений коэффициента ширины зубчатого венца тихоходной ступени .

г) для двух значений коэффициента ширины зубчатого венца быстроходной ступени .

д) для двух вариантов тихоходной ступени (косозубая и прямозубая).

4.1.8. Массивы , ,

4.1.9. Массивы ,

[1, 12, табл. 3] — предел контактной прочности.

4.1.10.  Коэффициент ширины зубчатого венца

 ГОСТ 2185-66, где

 [1, 22, табл. 9] — расчётная ширина зубчатого венца.

 — межосевое расстояние.

Для  и  вводим по два значения для быстроходной и тихоходной ступеней.

4.1.11.  Массив

Для косозубой тихоходной ступени вводим .

Для прямозубой тихоходной ступени вводим .

4.2. Исходные данные

4.3.  Результаты расчёта

4.3.1.Таблица результатов расчёта на ЭВМ

4.3.2. Оптимальный вариант редуктора

Принят вариант №8:

а) быстроходная ступень —

б) тихоходная ступень —

в) коэффициент ширины зубчатого венца:

Тихоходная ступень — ;

Быстроходная ступень — .

г) твёрдость: ,,

Термообработка.

д) допускаемое контактное напряжение для тихоходной ступени при

 (поверхностная закалка ТВЧ при ).

е)  межосевое расстояние тихоходной ступени

.

Принято  ГОСТ 2185-66.

4.4. Расчёт тихоходной ступени

4.4.1. Модуль m

 [1, 23, табл. 10].

Принято  ГОСТ 9563-80.

4.4.2. Угол наклона зуба и число зубьев колёс

4.4.2.1. Минимальный угол наклона зуба

.

 — рабочая ширина рабочего колеса.

.

Принято .

4.4.2.2. Суммарное число зубьев шестерни и колеса

Принято .

4.4.2.3. Число зубьев шестерни

Принято

 [2, 16].

4.4.2.4. Число зубьев колеса

4.4.2.5. Фактический угол наклона зуба

.

4.4.3. Фактическое передаточное число

4.4.4. Основные размеры колёс

4.4.4.1. Диаметр

Шестерня: .

, где  — начальный делительный диаметр.

 — диаметр вершин зубьев

 — коэффициент смещения исходного контура колеса

 — коэффициент уравнительного смещения

.

 — диаметр впадин зубьев.

Колесо:

,

 — коэффициент уравнительного смещения.

4.4.4.2. Ширина зубчатого венца

Колесо. .         Шестерня.

4.4.5. Скорость тихоходной ступени

, где  (п. 4.6.3.).

4.4.6. Точность передачи

9-8-7-В   ГОСТ 1643-81 [1, 8 - 10].

4.4.7. Проверочный расчёт на контактную выносливость

4.4.7.1. Допускаемое контактное напряжение

 (п. 4.3.2.),

При   — для 6 класса шероховатости боковой поверхности зуба при поверхностной закалке ТВЧ при .

4.4.7.2.  Расчётное напряжение

.

где

а)  [2, 5, рис. 1] — коэффициент, учитывающий форму сопряжённых поверхностей

б)  [2, 5, рис. 2] — коэффициент, учитывающий суммарную длину контактных линий

Так как коэффициент осевого перекрытия

.

Коэффициент торцового перекрытия [2, 15, формула (12)]

.

в)  (п. 4.1.4.)

г)  [2, 14, рис. 4] — коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями

д)  [2, 9, рис. 3 б)] — коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями, так как .

е)  [2, 10, табл. 1] — коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по ширине зубчатого венца

4.4.8. Материал колёс

Шестерня — Улучшение , закалка ТВЧ .

Сталь 40Х () — поковка [1,19, табл. 6]

 — предел текучести.

 — предел прочности.

Колесо — Улучшение , закалка ТВЧ .

Сталь 40Х () — поковка.

 — предел текучести.

 — предел прочности.

4.4.9. Проверочный расчёт на выносливость при изгибе

4.4.9.1. Коэффициент, учитывающий форму зуба

а) Эквивалентное число зубьев

;

.

б) ;   [5]

4.4.9.2. Допускаемое напряжение при изгибе

Шестерня:

Колесо: , где

а)  [1, 16, табл. 5] — предел выносливости

б)  — коэффициент безопасности

, где

 [1, 16, табл. 5] — коэффициент, учитывающий вероятность неразрушения.

;  [1, 16] — коэффициент, учитывающий способ получения заготовки.

в)  [1, 14] — коэффициент долговечности

, где  [1, 8, п. 2.1.2.] — базовое число циклов

 — эквивалентное число циклов.

где  [1, 7, табл. 1.] — показатель кривой усталости.

 [1, 7] — число вхождений в зацепление зуба колеса за один его оборот.

 (п. 4.6.3.).

Так как , то

.

где  [1, 7, табл. 1] — показатель кривой усталости.

 [1, 7] — число вхождений в зацепление зуба колеса за один его оборот.

 (п. 4.6.3.).

Так как , то

 [1, 14].

г)  — коэффициент, учитывающий размеры зубчатого колеса

;  [1, 15, рис. 6].

д)   — коэффициент, учитывающий шероховатость переходной поверхности.

Шестерня — 6 класс; [2, 18, табл. 12]

Колесо — 6 класс.

,   [1, 14] — так как нет полирования.

е)  [1, 14, табл. 4] — коэффициент, учитывающий чувствительность материала к концентрации напряжений

.

4.4.9.3. Условие равнопрочности

, ; .

Так как , то расчёт проводится по колесу.

4.4.9.4. Расчётное напряжение

.

а)  (п. 4.1.4.)

б)    [2, 14] — коэффициент распределения нагрузки

,

где  (п. 4.4.7.2. б));

 (п. 4.4.6.) — степень точности по норме контакта.

в)  [2, 9, рис. 3 в)] при  (п. 4.4.7.2. д))

г)  [2, 11, табл.  3]

— коэффициент, учитывающий наклон зуба.

 [2, 7] .

4.5. Расчёт быстроходной ступени

4.5.1. Модуль m

.

Принято  по ГОСТ 9563-80.

4.5.2. Угол наклона зуба и число зубьев колёс

4.5.2.1. Минимальный угол наклона зуба

.

 — рабочая ширина рабочего колеса

.

Принято .

4.5.2.2. Суммарное число зубьев колеса и шестерни

Принято

4.5.2.3. Число зубьев шестерни

Принято

, где  [2,16].

4.5.2.4. Число зубьев колеса

4.5.2.5. Фактический угол наклона зуба

.

4.5.3. Фактическое передаточное число

.

4.5.4. Основные размеры колёс

4.5.4.1. Диаметр

Шестерня:

, где

 — начальный делительный диаметр.

 — диаметр вершин зубьев.

.

 — диаметр впадин зубьев.

Колесо:

,

.

4.5.4.2. Ширина зубчатого венца

Колесо. .            Шестерня. .

4.5.5. Скорость быстроходной ступени

, где  (п. 4.6.3.).

4.5.6. Точность передачи

9-8-8-В      ГОСТ 1643-81 [1, 8 - 10].

4.5.7. Проверочный расчёт на контактную выносливость

4.5.7.1. Допускаемое контактное напряжение

, так как ,

принято ,

где

;

а)  [1, 12, табл. 3] — предел контактной выносливости

;

б) ;  [1, 11] — коэффициент безопасности

в)  — коэффициент долговечности

, где

 — базовое число циклов

 — эквивалентное число циклов.

где  [1, 7, табл. 1] — показатель кривой усталости

 [1, 7] — число вхождений в зацепление зуба колеса за один его оборот

 (п. 1.2.)

Так как , то

.

 — базовое число циклов

 — эквивалентное число циклов.

, где  (п. 4.6.2.)

Так как , то

[1, 11].

г) ,  [1, 11] — коэффициент, учитывающий размер колеса

д)  [1, 11] — для 5 класса шероховатости боковой поверхности зуба

[1, 18, табл. 12] — для 9 кинематической степени точности

4.5.7.2. Расчётное напряжение

где

а)  [2, 5, рис. 1] — коэффициент, учитывающий форму сопряжённых поверхностей

б)  [2, 5, рис. 2] — коэффициент, учитывающий суммарную длину контактных линий

Так как коэффициент осевого перекрытия

.

Коэффициент торцового перекрытия [2, 15, формула (12)]

.

в) , где  и  (п. 4.1.4.)

г)  [2, 14, рис. 4] — коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями

д)  [2, 9, рис. 3 а)] — коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями, так как .

е)  [2, 10, табл. 1] — коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по ширине зубчатого венца

4.5.8. Материал колёс

Шестерня — Улучшение , закалка ТВЧ .

Сталь 40Х () — поковка. [1, 19, табл. 6]

 — предел текучести.

 — предел прочности.

Колесо — Улучшение .

Сталь 45 () — поковка.

 — предел текучести.

 — предел прочности.

4.5.9. Проверочный расчёт на выносливость при изгибе

4.5.9.1. Коэффициент, учитывающий форму зуба

а) Эквивалентное число зубьев

;

.

б) ,   [2, 15, табл. 8].

4.5.9.2. Допускаемое напряжение при изгибе

Шестерня:

Колесо: , где

а)  [1, 16, табл. 5] — предел выносливости

б)  — коэффициент безопасности

, где

 [1, 16, табл. 5] —коэффициент, учитывающий вероятность неразрушения.

;  [1, 16] — коэффициент, учитывающий способ получения заготовки.

в)  [1, 14] — коэффициент долговечности

, где

 [1, 8, п. 2.1.2] — базовое число циклов

 — эквивалентное число циклов.

где

 [1, 7, табл. 1] — показатель кривой усталости.

 [1, 7] — число вхождений в зацепление зуба колеса за один его оборот.

 (п. 1.2.).

Так как , то

.

где

 [1, 7, табл. 1.] — показатель кривой усталости.

 [1, 7] — число вхождений в зацепление зуба колеса за один его оборот.

 (п. 4.6.3.).

Так как , то

.

[1, 14].

г)  — коэффициент, учитывающий размеры зубчатого колеса

;  [1, 15, рис. 6].

д)  — коэффициент, учитывающий шероховатость переходной поверхности.

Шестерня — 6 класс; Колесо — 6 класс [2, 18, табл. 12].

,   [1, 14] — так как нет полирования.

е)  [1, 14, табл. 4] — коэффициент, учитывающий чувствительность материала к концентрации напряжений

.

4.5.9.3. Условие равнопрочности

, ; .

Так как , то расчёт проводится по шестерне.

4.5.9.4. Расчётное напряжение

.

а)  (п. 4.1.4.), где  (п. 4.6.6.)

б)    [2, 14] — коэффициент распределения нагрузки

,

где  (п. 4.5.7.2. б));

 (п. 4.4.6) — степень точности по норме контакта.

в)  [2, 9, рис. 3 а)] при  (п. 4.5.7.2. д))

г)  [2, 11, табл.  3]

 [2, 7] — коэффициент, учитывающий наклон зуба.

.

4.6. Основные параметры

4.6.1. Межосевое расстояние

.

4.6.2. Передаточное число

.

Погрешность передаточного числа

 ГОСТ 2185-66, где  (п. 3.1).

4.6.3. Частота вращения

Быстроходный вал  (п. 1.2.);

Промежуточный вал ;

Тихоходный вал ;

Вал конвейера .

4.6.4.Скорость цепи конвейера (смотри пункт 2)

4.6.5. Мощность на валу двигателя (п. 1.2.)

, где  (смотри п. 1.1.).

4.6.6. Крутящий момент

Тихоходный вал  (п. 4.1.4.);

Промежуточный вал , где  (п. 1.1.);

Быстроходный вал , где (п. 1.1.);

Вал конвейера .

4.6.7. Силы, действующие на валы

4.6.7.1. Быстроходная ступень

Окружная сила

Радиальная сила

Осевая сила

4.6.7.2.Тихоходная ступень

Окружная сила .

Радиальная сила .

Осевая сила .

4.6.8. Схема редуктора

4.7. Расчёт быстроходного вала

4.7.1. Проектировочный расчёт вала

4.7.1.1. Радиальные реакции опор

а) Реакция опоры

Определяем из условия, что . Тогда получим уравнение:

Откуда

где ,  (п. 4.6.7.),  (п. 4.5.4.1.).

б) Реакция опоры

Определяем из условия, что . Тогда получим уравнение:

Откуда

в) Реакция опоры

Определяем из условия, что . Тогда получим уравнение:

Откуда ,

где  (п. 4.6.7.).

г) Реакция опоры

Определяем из условия, что . Тогда получим уравнение:

Откуда .

д) Реакция опоры

Определяем из условия, что . Тогда получим уравнение:

,

где  (п. 7.1.2.).

е) Реакция опоры

Определяем из условия, что . Тогда получим уравнение:

ж) Суммарная радиальная реакция

Опора А: .

Опора В: .

4.7.1.2. Момент изгибающий

а) Участок I, где .

При :

При :

.

б) Участок II, где .

,

где

При :

При :

.

4.7.1.3. Момент изгибающий 

а) Участок I, где .

При :

При : .

б) Участок II, где .

При :

При :

.

4.7.1.4. Момент изгибающий 

Участок I, где .

При :

При : .

При :

4.7.1.5. Диаметр вала [5, 160 - 161]

а) Сечение В-В (под шестерней быстроходной ступени).

Суммарный изгибающий момент:

,

где ;

.

Эквивалентный момент:

,

где  (п. 4.6.6.).

Диаметр вала:

,

где  [10, 324, табл. 16.1.].

б) Выходной конец вала

,

где .

в) Принято, так как  (п. 1.2.), , то есть диаметр выходного конца вала , цилиндрический.

Посадочный диаметр для подшипников .

Сечение В-В — вал-шестерня:

 (п. 4.5.4.1.)

 (п. 4.5.4.1.)

 (п. 4.5.4.1.)

4.8. Расчёт промежуточного вала

4.8.1. Проектировочный расчёт

4.8.1.1. Радиальные реакции опор

а) Реакция опоры

Определяем из условия, что . Тогда получим уравнение:

Откуда

где , , ,  (п. 4.6.7.),  (п. 4.5.4.1.),  (п. 4.4.4.1.).

б) Реакция опоры

Определяем из условия, что . Тогда получим уравнение:

Откуда

в) Реакция опоры

Определяем из условия, что . Тогда получим уравнение:

Откуда ,

где ,  (п. 4.6.7.).

г) Реакция опоры

Определяем из условия, что . Тогда получим уравнение:

Откуда .

д) Суммарная радиальная реакция

Опора А: .

Опора В: .

4.8.1.2. Момент изгибающий   и сила

а) Участок I, где .

При :

При :

При :

.

б) Участок II, где .

,

где

При :

При :

При :

При :

.

в) Участок III, где .

где

При :

При :

При :

При :

.

4.8.1.3. Момент изгибающий   и сила

а) Участок I, где .

При :

При :

При :

.

б) Участок II, где .

При :

При :

При :

При :

.

в) Участок III, где .

При :

При :

При :

При :

.

4.8.1.4. Диаметр вала

а) Сечение Б-Б (под шестерней тихоходной ступени).

Суммарный изгибающий момент:

,

где ;

.

Эквивалентный момент:

,

где  (п. 4.6.6.).

Диаметр вала:

,

где  [10, 324, табл. 16.1.].

б) Сечение Ж-Ж (под колесом быстроходной ступени)

Суммарный изгибающий момент:

,

где ;

.

Эквивалентный момент:

,

где  (п. 4.6.6.).

Диаметр вала:

,

где  [10, 324, табл. 16.1.].

Принято:

Сечение Б-Б: , , .

Сечение Ж-Ж:  — посадочный диаметр для колеса быстроходной ступени.

 — посадочный диаметр для подшипников.

4.8.2. Проверочный расчёт на усталостную прочность

4.8.2.1. Сечение Ж-Ж

Концентратор напряжений — шпоночный паз.

По нормальны напряжениям принимаем симметричный цикл, а по касательным — отнулевой.

а) Запас прочности на изгиб .

,

где  — предел усталости по нормальным напряжениям,

где  [5, 165, табл. 10.2.]  — предел прочности стали 40Х;

 [5, 171, табл. 10.11.] — коэффициент качества поверхности (шлифование чистовое);

 [5, 171, табл. 10.11.] — эффективный коэффициент концентраций напряжений;

 [5, 170, табл. 10.7.] — масштабный фактор;

 [5, 170, табл. 10.9.] — коэффициент, учитывающий вид термообработки;

 — амплитуда колебаний напряжений.

б) Запас прочности на кручение напряжениям .

,

где  — предел усталости по касательным напряжениям,

 [5, 171, табл. 10.8] — коэффициент качества поверхности (шлифование чистовое);

 [5, 171, табл. 10.

11.] — эффективный коэффициент концентраций напряжений;

 [5, 170, табл. 10.7.] — масштабный фактор;

 [5, 170, табл. 10.9.] — коэффициент, учитывающий вид термообработки;

 — амплитуда колебаний напряжений, равная среднему значению напряжений,

где ,

где (п. 4.6.6.);

[5, 165, табл. 10.2] — коэффициент, учитывающий чувствительность материала к асимметрии циклов напряжений.

в) Запас прочности

,

где  — предельное значение запаса прочности.

4.8.3. Расчёт на жёсткость

4.8.3.1. Коэффициент приведения вала переменного сечения к валу постоянной