Расчет привода цепного конвейера (окружное усилие на барабане - 3 кН, скорость конвейера - 1,8 м/с, срок службы конвейера - 1600 ч)

Реферат

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

Проект состоит из расчетно-пояснительной записки и чертежей

В расчетной записке приведены:

- схема привода цепного конвейера с числовыми данными нагружения и срока службы;

- энергетический и кинематический расчеты привода с подбором электродвигателя;

- выбор редуктора;

- расчет открытой (клиноременной) передачи, конструирования деталей передач;

- расчет закрытой зубчатой передачи (косозубой), конструирование зубчатых колес;

- расчет и  конструирование валов;

- подбор подшипников качения;

- подбор муфт;

- подбор шпонок и проверка на смятие;

Результаты расчетов проиллюстрированы эскизами проектируемых и выбираемых стандартных деталей.

Графическая часть состоит из 4-х чертежей:

- один лист формата А1 – сборочный чертеж;

- три листа формата А3 – рабочие чертежи деталей (шкив, зубчатое колесо и вал шестерня).

Схема привода

Рисунок 1  Кинематическая схема привода цепного конвейера:

1 – электродвигатель;2 – соединительная муфта;3 – цилиндрический редуктор;

4 – клиноременная передача; 5 – цепной конвейер.

Исходные данные

1.Энергетическии расчет привода

1.1. Определяем мощность на рабочем валу конвейера

Р₃ = Ft× υ,   где  Ft - окружное усилие, кН;

υ - скорость конвейера, м/с.

Р₃=3×10³× 1,8=5,4 кВт.

1.2. Определяем общий КПД

η_общ = η_р.п × η^п_{под.кач} × η_з.з.п, где  η_р.п  - КПД ременной передачи клиновым ремнем, 0,95;

η^п_{под.кач} -  КПД пары подшипников качения, 0,99;

η_з.з.п   -  КПД закрытой зубчатой передачи, 0,97;  

n – степень, равная числу пар подшипников привода; ( таблица 4[1] ).

η_общ =  0,95 ×  0,99² ×  0,97 = 0,9.

1.3.  Определяем мощность на валу электродвигателя  

Р₁ =  Р₃ / η_общ  = 5,4/0,9 = 6 кВт.

Согласно расчетной мощности, выбираем электродвигатель 4А132М6, прил.1[1].

Р_эл = 7,5 кВт; n^асинх =970 мин^-1; n^синх = 1000 мин^-1.

Эскиз электродвигателя представлен на рисунке 2.

2.Кинематический расчет привода

2.1.Определяем частоту вращения рабочего вала

n₃ = 60×  υ /π× D_дв,   где D_дв – диаметр звездочки, м.

D_дв =t× z/π = 0,25× 8/3,14 = 0,6369;    

n₃ = 60× 1,8/(3,14× 0,6369) = 54  мин^-1.

2.2. Определяем общее передаточное число привода

U_общ =  n₁/n₃ = 970/54 = 17,96.

2.3. Производим разбивку общего передаточного числа по ступеням отдельных                              передач, табл.2[1] и табл.3[1]. Согласно ГОСТ 12289-76 принимаем:  

U_ред = 5;  U_р.п. = U_общ/ U_ред = 17,96/5 = 3,59.

2.4. Определяем частоту вращения последовательно на каждом валу привода

n₁ =970 мин^-1;

n₂  = n₁/ U_р.п = 970/3,59 = 270,19 мин^-1 ;

n₃ = n₂/ U_ред = 270,19/5= 54,04 мин^-1.

2.5. Определяем угловые скорости на валах

ω₁ =  π ×  n₁/30 = 3,14× 970/30 = 101,53 с^-1;

ω₂ =  π ×  n₂/30 = 3,14× 270,19 /30 = 28,28 с^-1;

ω₃ =  π ×  n₃/30 = 3,14× 54,04/30 = 5,66 с^-1.

2.6. Определяем расчетные мощности

Р₁ = 6 кВт;

Р₂ = Р₁×  η_р.п ×  η_{под.кач} = 6× 0,95× 0,99 = 5,643 кВт;

Р₃ = Р₂ ×  η_{под.кач}×  η_з.з.п = 5,643× 0,97× 0,99 = 5,42 кВт.

2.7. Определяем крутящий момент

Т₁ = Р₁/ω₁ = 6× 10³/101,53 = 59,09 Н× м;

Т₂ = Р₂/ω₂ =5,643× 10³/28,28 = 199,54 Н× м;

Т₃ = Р₃/ω₃ =5,42× 10³/5,66 = 554 Н× м.

3.Выбор редуктора

По передаточному числу редуктора и крутящему моменту тихоходного вала подбираем редуктор

Т₃ = 554 Н× м; U_ред = 5.

Принимаем редуктор ЦУ -160, стр.484 [6];

Эскиз редуктора представлен на рисунке 3.

4.Расчет открытой передачи, конструирование деталей передач

Р₁ = 6 кВт; U_р.п. = 3,59; ω₁ = 101,53 с^-1; Т₁ =59,09 Н× м;

Р₂ = 5,643  кВт;      n₁ =970 мин^-1;      Т₂= 199,54 Н× м;

4.1. Определяем расчетную передаваемую мощность

Р_р = Р₁× С_р,    где С_р – коэффициент динамической нагрузки и режима работы,                    определяем по таблице16.[2] С_р =1,0

Р_р =6× 10³× 1,0 = 6 кВт.

4.2. Выбираем тип ремня

По номограмме (рис.1.5) стр.25[2] принимаем тип ремня В.

4.3. Определяем параметры клиновидного ремня. Из таблице1.3 [2] принимаем

W_р - расчетная ширина ремня, 14 мм;

W  -  ширина ремня, 17 мм;

Т - высота ремня, 11 мм;

S - площадь сечения ремня 138 мм²;

Y - расстояние от нейтрального слоя до верхней кромки, 4,6 мм.

4.4. Выбираем расчетный диаметр меньшего шкива d_р1

d_р1 =(30…40) × ³√ Т₁ = 35× ³√59,09 = 136,32 мм.

По табл. 1.3 [2] и ГОСТ 20889-88 принимаем d_р1 = 140 мм.

4.5. Определяем расчетный диаметр большего шкива d_р2

d_р2 = d_р1 ×  U_р.п. × (1-ε),  где ε – коэффициент относительного скольжения, 0,01.

d_р2 = 140× 3,59× (1-0,01) = 497,57 мм.

По табл. 1.3[2] и ГОСТ 20889-88 принимаем d_р2 = 500 мм.

4.6. Определяем фактическое передаточное отношение

U_ф = d_р2/ d_р1× (1- ε) = 500/140× (1-0,01) = 3,61.

Различие между U_ф и U_р.п. менее 5%, что удовлетворяет условию.

4.7. Определяем минимальное межосевое расстояние а_min = 0.7× (d_р2+ d_р1) = 0.7× (140+500) = 488 мм.

4.8. Определяем максимальное межосевое расстояние а_max = 2× (d_р2+ d_р1) = 2× (140+500) = 1280 мм.

4.9. Принимаем межосевое расстояние из условия а_min < а < а_max , а = 500 мм = 0,5 м.

4.10. Определяем расчетную длину ремня

L_р = 2× а + π/2 × ( d_р2+ d_р1) + ( d_р2 - d_р1)²/4× а =

=2× 500 + 3,14/2× (140 + 500) + (500-140)²/4× 500 = 2069,6 мм.

По таблице 1.3[2], прим.2 принимаем  L_р =2000 мм.

4.11. Определяем фактическое межосевое расстояние а = 0,25× { L_р- π/2 × ( d_р2+ d_р1) + √(L_р- π/2 × ( d_р2+ d_р1))² +2× ( d_р2 - d_р1)} =

= 0,25× { 2000 - 3,14/2× (140 + 500) + √(2000 - 3,14/2× (140 + 500))² + 2× (500 - 140)}

= 463 мм.

4.12. Определяем угол обхвата ремнем меньшего шкива

α₁ = 180º – 57º× (( d_р2 - d_р1)/а) = 180º – 57º× ((500-140)/463) = 136º.

α₁ ≥ 110º , что удовлетворяет условию.

4.13. Даем обозначение выбранному ремню

Ремень В(Б) – 2000  I ГОСТ 1284.1-89.

4.14. Определяем скорость ремня

υ = π× d_р1×  n₁/60/1000,  где n₁ – частота вращения меньшего шкива.

υ = 3,14× 140× 970/60/1000 = 7,1 м/с; 5 ≤ υ ≤ 25  - удовлетворяет условию.

4.15. Определяем  допускаемую приведенную мощность Р₀

По таблице 1.10, прим1,2 [2] получаем  Р₀ =2,1472 кВт.

4.16. Определяем число клиновых ремней К, необходимое для передачи мощности Р_р

К = Р_р/( Р_р× С_α× С_К× С_L),   где С_α – коэффициент, учитывающий влияние угла обхвата α₁ ; По табл.1.7 принимаем С_α = 0,89;

                                                    С_К – коэффициент, учитывающий число ремней в передаче; По табл.1.11 [2]принимаем С_К = 0,8;

С_L – коэффициент, учитывающий длину ремня;

По табл.1.12 [2]принимаем С_L = 0,98.

К = 6× 10³/(2,1472× 10³0,89× 0,8× 0,98) = 4,00.

4.17. Определяем начальное натяжение ветви одного ремня F₀ с закрепленными   центрами шкивов

F₀ = 500× (2,5 - С_α) × Р_р/ (С_α×  υ× К) + m_n× υ²,  где m_n – масса 1м ремня;

По таблице1.3 принимаем m_n = 0,18 кг.

F₀ = 500× (2,5 – 0,89) × 6/(0,89× 7,1× 4) + 0,18× 7,1² = 200,2 Н.

4.18. Определяем окружную силу, передаваемую комплектом клиновых ремней

F_t = Рр× 10³/ υ =6× 10³ /7,1 = 845,1 Н.

4.19. Определяем силы натяжения ведущей F₁и ведомой F₂ ветвей одного клинового ремня

F₁ = F₀ + F_t/2/К = 200,2 + 845,1/2/4 = 305,8 Н;

F₁ = F₀ -  F_t/2/К = 200,2 – 845,1/2/4 = 94,6 Н.

4.20.  Определяем силу давления на вал комплекта клиновых ремней

F_n = 2×  F₀× К× Sin( α₁/2) = 2× 200,2× 4× Sin( 136/2) = 1485 Н.

4.21. Определяем напряжение в ремне от силы напряжения ведущей ветви

σ₁ = F₁/S = 305,8/138× 10^-6 = 2,22  МПа.

4.22. Определяем напряжение в ремне от изгиба его на меньшем шкиве        

σ_u = 2× y× E_u/ d_р1,  где  E_u – модуль продольной упругости для материалов   ремней,  90 Н/мм².

σ_u = 2× 4,6× 90× 10⁶/140 = 5,91 МПа.

4.23. Определяем напряжение в ремне от центробежных сил

σ_υ = 10^-6 × ρ×  υ²,  где ρ – плотность материала ремня, 1150 кг/м³.

σ_υ = 10^-6 × 1150× 7,1² = 0,06 МПа.

4.24. Определяем максимальное напряжение в ремне σ_max

σ_max = σ₁+ σ_υ+ σ_u = 2,22 + 5,91 + 0,06 = 8,19 МПа.

σ_max ≤ [σ_р] = 10 МПа. – условие выполняется, значит прочность обеспечена.

4.25. Определяем частоту пробегов ремня

λ = υ/L× р = 7,1/2,000 = 3,55 с^-1

λ < [λ] = 10 с^-1 – условие выполняется, значит обеспечена долговечность.

4.26. Параметры передачи заносим в таблицу 1.

Таблица 1

Параметры клиноременной передачи, подученные в результате расчетов