Расчет и проектирование привода ленточного конвейера (двигатель АИР 132М4/1447)

1.  Кинематический расчет привода.

1.1Выбор электродвигателя (с проверкой условия пуска).

Мощность на выходном валу привода с постоянной нагрузкой равна:

Значение КПД передач рассчитываю исходя из табличных данных [ , табл.1.1]:

, где

КПД зубчатой передачи, ;

 КПД червячной передачи, ;

 КПД муфты, ;

 КПД подшипников, .

.

Рассчитываем частоту вращения вала барабана:

, отсюда .

Определяю частоту вращения вала электродвигателя по табл. 1.2 [ ]:

, где

 – передаточное число зубчатой передачи, ;

 – передаточное число червячной передачи, .

.

Требуемая мощность электродвигателя:

;

;

;

.

Выбираем электродвигатель по таблице 24.9 [ ]; АИР 132М4/1447.

1.2 Определение передаточных чисел, частот вращения и крутящих моментов.

Общее передаточное отношение привода:

;

.

Определение частот вращения на валах:

;

.

Определение крутящих моментов на валах редуктора:

;

;

.

Проверка двигателя на пуск.

Пиковая нагрузка:

.

Номинальный момент:

.

Проверка условия пуска:

;

;

;

>.

Расчет машинного времени:

, где

 – срок службы (лет);

 – коэффициент годового использования;

 – коэффициент суточного использования;

 – относительная продолжительность включения.

.

Наработка:

, где с – число вхождений в зацепление зубьев зубчатого колеса за один оборот, .

;

.

2.  Расчет передач.

Исходные данные: ; ; .

2.1 Выбор материалов червяка и колеса.

Принимаем ; .

Скорость скольжения вычисляю по эмпирической формуле:

.

По таблице выбираем материал колеса и способ отливки.

Материал колеса БрА9ЖЗЛ, способ отливки в песок.

Прочность при изгибе , .

Для изготовления червяка по табл. 2.1 [2] выбираем сталь-45

Термообработка-улучшение;  .

Рассчитываю допускаемые контактные напряжения:

, где  – допускаемые напряжения для червяков с твердостью на поверхности витков .

.

Рассчитываю допускаемые напряжения изгиба:

.

Коэффициент долговечности , где

 – наработка редуктора.

.

.

Окончательно .

Допускаемые напряжения при кратковременных пиковых нагрузках.

;

.

2.2 Проектный расчет.

Определение геометрических параметров зацепления.

Проектный расчёт произвожу по контактной выносливости в форме определения необходимого межосевого расстояния [2]

, где

 – для Архимедовых червяков;

 – коэффициент концентрации нагрузки при переменном режиме нагружения;

 – начальный коэффициент концентрации нагрузки, определяемый по рис2.12 [2] в зависимости от передаточного числа червяка U.

Отсюда ;

.

Межосевые расстояния для стандартных редукторов стандартизированы, из этого ряда принимаем .

Определяю предварительные значения модуля передачи  и коэффициента диаметра червяка .

округляем до ближайшего стандартного ; 

 округляем до ближайшего стандартного .

Нахожу коэффициент смещения :

.

Угол подъёма линии витка червяка:

на делительном диаметре - ; на начальном диаметре - .

Размеры червяка и колеса: диаметр делительный червяка – ;

диаметр вершин витков червяка – ;

диаметр впадин червяка – .

Длина нарезанной части червяка

.

По табл. 24,1 [2] округляем значение   до стандартного  ряда .

Шаг червяка – .

Диаметр делительный колеса – ;

диаметр вершин зубьев колеса –

;   

диаметр впадин колеса – ;

диаметр колеса наибольший –,где

k=2 для передач с эвольвентным червяком.

Ширина венца при , где  при .

2.3.     Проверочный расчет.

Определяю фактическую скорость скольжения:

, где ;

.

По полученному значению  уточняю допускаемое напряжение :

, где

 – для эвольвентных, архимедовых и конволютных червяков;

 – коэффициент нагрузки;

Окружная скорость червячного колеса, м/с: .

 при .

, где  – коэффициент трансформации червяка, ;  – коэффициент, учитывающий влияние режима работы передачи на приработку зубьев червячного колеса и витков червяка.

Окончательно  .

 – условие выполнено.

КПД передачи:

, где -приведенный угол трения, .

Силы в зацеплении.

Окружная сила на колесе, равная осевой силе на червяке:

.

Окружная сила на червяке, равная осевой силе на колесе:

 

Радиальная сила:

 – для стандартного угла .

Проверка зубьев колеса по напряжениям изгиба.

Расчетное напряжение изгиба:

, где К – коэффициент нагрузки, значение которого вычислено ранее;  – коэффициент формы зуба колеса, который выбирают в зависимости от.

.

 – условие выполнено.

2.4.Проверка условий контактной и изгибной прочности зубьев при пиковой нагрузке.

Проверка на контактную прочность при кратковременном действии пикового момента: , где .

.

Проверка зубьев червячного колеса на прочность по напряжениям изгиба при действии пикового момента:

, .

2.5.Тепловой расчет.

Червячный редуктор в связи с невысоким КПД и большим выделением теплоты проверяем на нагрев.

Мощность на червяке:

.

Температура нагрева масла (корпуса) при установившемся тепловом режиме без искусственного охлаждения.

, где  – коэффициент, учитывающий отвод теплоты от корпуса редуктора в металлическую плиту или раму; пр – поверхность охлаждения корпуса;  – коэффициент теплоотдачи для чугунных корпусов; .

.

Температура нагрева масла (корпуса) при охлаждении вентилятором:

, .

3.  Эскизная компоновка червячного редуктора.

3.1 Предварительный расчет диаметров валов.

Предварительные значения диаметров различных участков стальных валов редуктора определяем . по [2] стр. 42.

Для быстроходного вала.

Диаметр вала под муфту:

, .

Принимаем   согласно стандартному ряду.

Диаметр вала под подшипник:

, .

Диаметр буртика под подшипник:

, .

Принимаем  согласно стандартного ряда.

Для тихоходного вала.

Диаметр вала под колесо:

, .

Принимаем  согласно стандартного ряда.

Диаметр вала под подшипник:

, .

Принимаем  согласно стандартного ряда.

Диаметр буртика под подшипник:

, .

Принимаем согласно стандартного ряда.

Диаметр под червячное колесо:

.

3.2 Выбор  подшипников,

В подшипниковых узлах червяков при наличии больших осевых нагрузок по рекомендациям необходимо выбрать радиально – упорные подшипники с повышенным углом контакта. Но при значительных расстояниях между подшипниками червяки целесообразно устанавливать на два радиально – упорных подшипника, жестко закрепленных в осевом направлении, один из подшипников должен быть плавающим.

В опорах червячных колес преобладают радиальные нагрузки, поэтому следуя рекомендациям можно выбрать радиально – упорные шариковые или конические роликоподшипники с углами контакта  . Вал червячного колеса, установленного на конических роликоподшипниках, которые обеспечивают высокую точность осевого расположения колес, предпочтительнее фиксировать в осевом направлении по схеме в “растяжку”.

Первоначально выбираем легкие серии подшипников. Выбираем роликовые конические однорядные повышенной грузоподъемности