Расчёт привода ленточного конвейера (окружное усилие на барабан - 0,8 кН, окружная скорость барабана - 1,2 м/с, диаметр барабана - 160 мм)

Федеральное агентство по образованию

Архангельский государственный технический университет

Кафедра прикладной механики и основ конструирования

Курсовой проект

По дисциплине: «Детали машин и основы конструирования»

На тему: «Расчёт привода ленточного конвейера»

Пояснительная записка

11.06.07.01 – 00.00.00 ПЗ

студент:    ФПР3 – 1

руководитель проекта: __________

оценка проекта:__________

члены комиссии: ___________ 

___________ 

Архангельск

2005

1.  Реферат.

Задачей данного курсового проекта является изучение конструкций, основ расчёта и конструирования деталей и сборочных единиц общего назначения.

Выполненный курсовой проект состоит из двух частей: расчётной и графической. В первой части приведены следующие разделы:

– энергетический расчёт привода;

– кинематический расчёт привода;

– расчёт цепной передачи;

– расчёт зубчатой передачи;

– расчёт валов на прочность;

– подбор муфт;

– подбор подшипников качения;

– подбор шпоночных соединений;

Графическая часть проекта составляют четыре листа чертежей, из которых один лист формата А1 (общий вид привода) и три листа формата А3 – рабочие чертежи трёх деталей (звёздочка, зубчатое колесо, вал).

2. Исходные данные.

Рис.1. Кинематическая схема привода: 1 - электродвигатель;

2 – соединительная муфта упругого типа; 3 - редуктор цилиндрический;                 4 – передача цепная открытая; 5 – ведущий (приводной) барабан ленточного конвейера.

Исходные данные: окружное усилие на барабан F_t=0,8 кН,  окружная скорость барабана  υ=1,2 м/с, диаметр барабана D_б=160 мм, срок службы конвейера 2000ч.

3.Энергетический расчёт.

3.1. Определяем мощность на рабочем валу конвейера:

Р₃=F_t* υ, где    F_t  - окружное усилие на барабан, кН;  

υ - окружная скорость барабана, м/с;

Р₃=0,8*1,2=0,96кВт;

3.2. Определяем общий КПД привода:

η_общ= (η_п.к.)²* η_закр.* η_цепи., где     η_п.к. – КПД подшипников качения             0,99;

η_закр. – КПД закрытой передачи                 0,97;

η_цепи. – КПД цепной передачи                    0,92;

η_общ=0,99²*0,97*0,92=0,87;

3.3. Определяем мощность на валу электродвигателя:

Р₁= Р₃/ η_общ=0,96/0,87=1,1кВт;

3.4. По расчётной мощности, используя прил.1[1], выбираем асинхронный двигатель серии 4А, в закрытом исполнении, обдуваемый. При n=1500мин ^–1.

Тип двигателя: 4А80А4У3;

Мощность: Р=1,1кВт;

Частота вращения: n=1420 мин ^{– 1};

М _пуск. /М_ном=2,0;     М _макс/М_ном=2,2;

Ось вращения: 80мм;

Число полюсов: 4;

У3 – климатическое исполнение.

Таблица 1. Основные размеры, мм.

l1	l10	l30	l31	d1	d10	d30	b1	b10	h	h1	h5	h10	h31
50	100	300	50	22	10	186	6	125	80	6	24,5	10	218

4. Кинематический расчёт привода.

4.1. Определяем частоту вращения рабочего вала:

n₃=60*υ/(π*D_б), где  D_б – диаметр барабана;

n₃=60*1,2/(3,14*0,16)=143,3 об/мин;

4.2. Определяем общее передаточное число.

U_общ = n₁/n₃ =1420/143.3=9.9;

4.3.  Производим разбивку общего передаточного числа по ступеням отдельных передач ( Табл.3. и табл.2.[1] ).

Передаточное число редуктора определяем по таблице 3 и принимаем  U_ред=4 (ГОСТ 2185 – 66);

Тогда   U_цепи. = U_общ/U_ред.=9,9/4=2,48;

4.4. Определяем частоту вращения последовательно на каждом валу:

n₁=1420 об/мин ;

n₂= n₁/U_ред.=1420/4=355 об/мин ;

n₃= n₂/ U_цепи.=355/2,48=143,1 об/мин;

4.5. Определяем угловые скорости на волах:

ω₁ = π* n₁/30=3,14*1420/30=148,6 рад/с;

ω₂ = π* n₂/30=3,14*355/30=37,2 рад/с;

ω₃ = π* n₃/30=3,14*143,1/30=14,9рад/с;

4.6. Определяем расчётные мощности на валах:

Р₁=1,1кВт;

Р₂=Р₁*(η_п.к)² *η_закр.=1,1*(0,99)²*0,97=1,045кВт;  

Р₃=Р₂*η_цепи.= Р₂* η_цепи=1,045*0,92=0,96кВт;

4.7. Крутящий момент на валах;

Т=Р/ω,               Т₁=Р₁/ω₁=1,1*10³/148,6=7,4 кН*м;

Т₂=Р₂/ω₂=1,045*10³/37,2=28,1 кН*м;

Т₃=Р₃/ω₃=0,96*10³/14,9=64,4 кН*м.

5. Выбор редуктора.

5.1. Выбираем редуктор по передаточному числу и крутящему моменту.

Т₂=28,1 Н*м;

U_ред=4;

Цилиндрический одноступенчатый редуктор с межосевым расстоянием 100 мм, номинальным  передаточным числом 4, вариантом сборки 12, климатическое исполнение У (умеренное) и категории размещения 2.

Редуктор ЦУ-100-4-12У2   ГОСТ 21426 – 75.

Таблица 2: Габаритные и присоединительные размеры редукторов, мм

L Не более	L1 Не более	l	l1	l2	l3	H, Не более	H1	h, не более	А	А1	В, не более	В1	d	d1	d2
315	265	132	85	136	155	224	112	22	224	95	140	132	25	35	15

6.  Расчёт цепной передачи.

n₁=355 об/мин;               Р₁=1,045 кВт;

n₂=143,1 об/мин;            Р₂=0,96 кВт;

ω₁=37,2 с ^-1;                     Т₁=28,1 Н*м;

ω₂=14,9 с ^-1;                     Т₂=64,4 Н*м;

i =U_цепи=2,48, где i – передаточное отношение;

6.1 . Определим коэффициент эксплуатации;

К_э= К_д* К_н* К_с* К_п , где   К_д – коэффициент, учитывающий характер нагрузки: при спокойной нагрузке К_д = 1,0;

К_н – коэффициент, учитывающий угол наклона передачи: при угле наклона γ ≤ 60º К_н=1,0;

К_с – коэффициент, учитывающий способ смазывания цепи: при периодической К_с=1,5;

К_п – коэффициент, учитывающий периодичность работы передачи: при работе в одну смену К_п=1,5.

К_э=1,0+1,0+1,5+1,0=1,5;

6.2. Определим число зубьев малой звёздочки;

z₁ = 29 – 2*i= 29 – 2*2.48=24.04;

округлим до ближайшего целого нечётного числа:

z₁ = 25;

6.3. Определим шаг цепи;

t = 2,8*³√(Т₁*10³*К_э)/(z₁*[р]*m ), где   Т₁ – вращающий момент на валу меньшей звёздочки, H*м;

[р] – допускаемое давление в шарнирах цепи, МПа;

m – коэффициент, учитывающий число рядов цепи: при однорядной цепи m=1;

По табл. 3.8[2] предварительно принимаем [р]=25,7 для предполагаемого шага цепи t  (t=19,05 или t=25,4);

t=2,8*³√(28,1*10³*1,5)/(25*25,7*1)=11,29мм;

По табл. 3.1[2] принимаем t=12,7мм;    

Цепь ПР-1,7-18,2-1  (ГОСТ 13568-97);

6.4. Из табл.3.4[2] выписываем значения площади проекции опорной поверхности  

шарнира для цепи ПР-1,7-18,2-1:

S=39;

Из табл.3.1[2] – значения разгружающей нагрузки и массы 1м цепи:

F_p=18,2;   q=0,65кг;

6.5. Определяем скорость цепи.

υ=z₁*t*n₁/(60*1000)=25*12,7*355/60000=1,88 м/с;

6.6. Натяжение ведущей ветви цепи.

F₁=  F_t+F_υ+F_f , где    F_t – окружная сила;  

F_t =Р₁*10³/υ=1,045*10³/1,88=555,85 Н;

F_υ – центробежная сила;  

F_υ =q*υ² =0,65*1,88²=2,3 Н;

F_f =9,81*K_f*q*a,

К_f – коэффициент провисания, учитывающий расположение цепи:

при горизонтальном расположении (γ=0)  К_f=6;

а – межосевое расстояние, мм; предварительно определяется по выражению:

а = (30…50)*t=30*12,7=381мм=0,381м;

F_f =9,81*6*0,65*0,381=14,58Н;

F₁=555,85+2,3+14,58=572,73Н;

6.7 . Расчётное давление в шарнирах цепи.

p=F₁* K_э/S=572,73*1,5/39=22МПа;

Для шага цепи t=12,7мм и частоты вращения меньшей звёздочки n₁=355об/мин допускаемое давление в шарнире цепи по таблице 3.8[2] [p]=28,1МПа;

p<[p] – условие износостойкости выполнено верно;

6.8. Расчётный коэффициент запаса прочности цепи.

n=F_p/F₁=18,2/0,57273=31,78;

Для шага цепи t=12,7мм и частоты вращения меньшей звёздочки        

n₁=355об/мин требуемый коэффициент запаса прочности по таблице 3.9[2]    

[n]=8,5;

n>[n] – условие прочности цепи выполнено верно;

6.9.  Расчётная нагрузка на валы.

F_в = K_в* F_t+2* F_f, где   K_в – коэффициент нагрузки вала;

по таблице 3.10[2] K_в=1,15;

6.10.  Число зубьев ведомой звёздочки.

z₂= z₁*i=25*2,48=62;

6.11.  Число зубьев цепи;

z_зв=2*а/t+( z₁+ z₂)/2+(( z₂ – z₁)/(2*π))²*t/а =

= 2*381/12,7+(25+62)/2+((62 – 25)/(2*3,14))²*12,7/381=104,66;

принимаем ближайшее целое чётное число зубьев Z_зв=104;

6.12.  Фактическое межосевое расстояние.

а_ф =0,25*t*[z_зв –(z₁+ z₂)/2+√( z_зв – (z₁+ z₂)/2)² – 2*((z₂ – z₁)*π)²]=

=0,25*12,7*[104–(25+62)/2+√( 104–(25+62)/2)² – 2*((62–25)*3,14)²=

=377мм=0,377м;

6.13.  Частота ударов цепи при набегании её на зубья звёздочек  и сбегании с них;

ν = z₁*n₁/(15*z_зв)=25*355/(15*104)=5,69 с ^{– 1};

по таблице 3.11[2] допустимое значение [ν] = 60с ^{– 1};

ν <[ν] – условие долговечности выполнено верно.

7.   Конструирование звёздочек.

7.1. Обод.

7.1.1.  Диаметр делительной окружности ведущей и ведомой звёздочки  соответственно:

d_д =t/sin(180/z);

d_д1 = t/sin(180/z₁) = 12,7/ sin(180/25) =101,33 мм;

d_д2 = t/sin(180/z₂) = 12,7/ sin(180/62) =250,74 мм;

7.1.2.  Диаметр окружности выступов ведущей и ведомой звёздочки соответственно:

D_е = t*(К+ctg(180/z)), где      К – коэффициент высоты зуба (по таблице 3.14 [2] К=0,480)

D_е1= t*(К+ctg(180/z₁)) = 12,7*(0,480+ctg(180/25)) = 106,63 мм;

D_е2 = t*(К+ctg(180/z₂)) = 12,7*(0,480+ctg(180/62)) = 256,52 мм;

7.1.3.  Диаметр окружности впадин ведущей и ведомой звёздочки соответственно:

D_i = d_д – 2*r, где      r – радиус впадины;

d₁=D_ц=8,51;

r = 0,5025*d₁ + 0,05 = 0,5025*8,51 + 0,05 =4,33 мм;

D_i1 = d_д1 – 2*r = 101,33 – 2*4,33=92,67 мм;

D_i2 = d_д2 – 2*r = 250,74 – 2*4,33 = 242,08 мм;

7.1.4.  Радиус закругления зуба:

r₃=1,7*D_ц=1,7*8,51=14,47мм;

7.1.5.  Расстояние от вершины зуба до линии центров дуг закругления:

h₃=0,8* D_ц=0,8*8,51=6,81мм;

7.2. Диск звёздочек.

7.2.1. Толщина диска звёздочки:

С = b₁ +2*r₄, где      r₄ – радиус закругления (при шаге t≤35мм r₄ =1,6мм),

b₁ – ширина зуба однорядной звёздочки;

b₁ =0,93* b₃ – 0,15=0,93*5,40 – 0,15=4,87мм;

b₃ =5,40;

С = b₁ +2*r₄ =4,87+2*1,6=8,07мм;

7.2.2. Диаметр обода звёздочек:

D_c=t*ctg(180°/z)-1,3*h, где     t – шаг цепи;

h – ширина пластины цепи (наибольшая), мм (по таблице 3.1 [2])$

h =11,8мм;

D_c1=t*ctg(180°/z₁)-1,3*h=12,7*ctg(180°/25)-1,3*11,8=85,19 мм;

D_c2=t*ctg(180°/z₂)-1,3*h=12,7*ctg(180°/62)-1,3*11,8=235,08 мм;

7.3.  Ступица.

7.3.1. Длина ступицы:

l_ст =(1,2…1,5)*d, где     

[τ_кр] – допускаемое напряжение кручения, принимаем [τ_кр] =15МПа;

Принимаем d₁=22 мм ; d₂=28 мм;

l_ст =(1,2…1,5)*d₁=1,5*22=33 мм;

l_ст =(1,2…1,5)*d₂=1,5*28=42 мм;

7.3.2.  Диаметр ступицы звёздочек;

d_ст1=1,5*d₁+10мм = 1,5*22+10 = 43 мм;

d_ст2=1,5*d₂+10мм = 1,5*28+10 = 52 мм;

7.3.2.  Диаметр центровой окружности;

d_ц=0,5*(D_i+d_ст);

d_ц2=0,5*(D_i2+d_ст) = 0,5*(242,08+52)=147,04мм;

8.  Расчёт зубчатой закрытой цилиндрической передачи.

P₁=1,1 кВт;

P₂=1,045 кВт;

T₁=7,4 Н*м;

T₂=28,1 Н*м;

ω₁=148,6рад/с;

n₁=1420 мин ^{– 1};

U_ред =4;

8.1.  Выбор материала, термообработки и твёрдости.

Шестерня:  сталь 45 (ГОСТ 1050 – 88);

Сталь нормализованной обработки, твёрдость заготовки НВ 200,

Предел прочности σ_в = 600 МПа, предел текучести σ_т = 320 МПа, предел