Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции

и ордена Трудового Красного Знамени

государственный технический университет им. Н.Э. Баумана

Кафедра "Детали машин"

Привод цепного транспортёра

Пояснительная записка

Содержание

Кинематический расчет

Предварительный расчет валов

Уточнённый расчёт валов

Расчёт подшипников на долговечность

Выбор смазки редуктора

Проверка прочности шпоночного соединения

Расчёт соединения с натягом

Подбор муфты

Список используемой литературы

Кинематический расчет

1. Выбор электродвигателя.

Нахождение мощности на выходе.

Р_ВЫХ = ТJ /10 ³=6300*0,8/10 ³=5.04кВт

1.2 Определение общего КПД привода.

h_общ = h³_зуб × h³_подш × h_муфты,

где: h_зуб - КПД зубчатой передачи;

h_подш - КПД подшипников;

h_муфты - КПД муфты.

h_муфты = 0,98; h_зуб = 0,97; h_подш = 0,99;

h_общ = 0,97³ × 0,99³ × 0,98 = 0,867.

1.3 Определение требуемой мощности электродвигателя.

1.4 Определение частоты вращения вала электродвигателя.

, n_вх = n_в × u,

где: u = u_быстр × u_тих;

Из таблицы 1.2 [1] выбраны передаточные отношения тихоходной и быстроходной передачи:

u_тих = (2,5…5,6); u_быстр =8

n_вх = n_в × u = 48 × (2,5…5,6) ×8= 960…1445 об/мин.

Исходя из мощности, ориентировочных значений частот вращения, используя

табл.24.9 (уч. П.Ф. Дунаев, О.П. Леликов) выбран тип электродвигателя:

АИР 132S6/960 (d_{вала эл.} =38мм)

1.5 Определение вращающего момента на тихоходном валу.

1.6 Определение действительного фактического передаточного числа.

U_д = U_ред = 20.1

Предварительный расчет валов

Крутящий момент в поперечных сечениях валов

Быстроходного T_б= 50.8 H×м

Промежуточного T_пр= 210.46 H×м

Тихоходного T_т= 1002.8 H×м

Предварительные значения диаметров (мм) различных участков стальных валов редуктора определяют по формулам:

Для быстроходного:

Для промежуточного:

Для тихоходного:

Выбираем шариковые радиальные однорядные подшипники лёгкой серии.

Для быстроходного вала: 207 d=35мм, D=72мм, В=17мм, r=2мм;

Для промежуточного: 207 d=35мм, D=72мм, В=17мм, r=2мм;

Для тихоходного: 213 d=65мм, D=120мм, В=23мм, r=2,5мм;

Уточнённый расчёт валов

3.1 Расчёт быстроходного вала.

Ft=1848.3 Н; Fr=697.6 Н; Fa=507.7 Н; Т=50.8 Н·м

Находим реакции опор А и Б:

Реакции опор от действия консольной нагрузки

Нормальные и касательные напряжения при действии максимальных нагрузок:

; ;

-суммарный изгибающий момент, где -коэффициент перегрузки (для асинхронных двигателей =2,2);

-крутящий момент.

- осевая сила;

-момент сопротивления сечения вала;

-площадь поперечного сечения;

-момент сопротивления сечения вала;

Так как , то вал выдерживает заданную нагрузку.

3.2 Промежуточный вал (расчёт на статическую прочность).

Изгибающий момент от осевых сил:

Находим реакции опор А и Б:

Определяем нормальные и касательные напряжения при действии максимальных нагрузок:

-суммарный изгибающий момент, где - коэффициент перегрузки (для асинхронных двигателей =2,2).

- осевая сила;

-момент сопротивления сечения вала;

-площадь поперечного сечения;

-крутящий момент;

-момент сопротивления сечения вала;

Так как , то вал выдерживает заданную нагрузку.

3.3 Тихоходный вал (расчёт на статическую прочность).

Ft=8622 Н; Fr=3379.5 Н; Fa= 3446.2Н; Т=1002.75 Н·м

Fк=Сp·Δ=5400·0,1=540 Н;

Находим реакции опор А и Б:

,

Определяем нормальные и касательные напряжения при действии максимальных нагрузок:

- суммарный изгибающий момент, где -коэффициент перегрузки (для асинхронных двигателей =2,2).

- осевая сила;

-момент сопротивления сечения вала;

-площадь поперечного сечения;

,

-крутящий момент;

-момент сопротивления сечения вала;

Так как , то вал выдерживает заданную нагрузку.

Расчёт на сопротивление усталости: Вычислим коэффициент запаса прочности S для опасного сечения О.О.

,

[S] =1.5-2.5-допустимое значение коэф. Запаса прочности.

Напряжения в опасных сечениях

;

;

-коэффициенты снижения

предела выносливости;

-эффективные коэффициенты концентрации напряжений;

-коэффициенты влияния абсолютных размеров поперечного сечения;

-коэффициенты влияния качества поверхности;

-коэффициент влияния поверхностного упрочнения;

;

3.4 Приводной вал (расчёт на статическую прочность).

Находим реакции опор А и Б:

Определяем нормальные и касательные напряжения при действии максимальных нагрузок:

; ;

-суммарный изгибающий момент, где -коэффициент перегрузки (для асинхронных двигателей =2,2).

- осевая сила;

-момент сопротивления сечения вала;

-площадь поперечного сечения;

-крутящий момент;

-момент сопротивления сечения вала;

Так как , то вал выдерживает заданную нагрузку.

Расчет сварного соединения:

Вид сварки: выбираем сварку ручную электродами повышенного качества.

Данный способ соединений применен в конструкции приводного вала, в частности сварных звездочек. В данном случае примененяются специальные втулки к которым привариваются звездочки, образуя единую конструкцию, что обеспечивает нам удобство сборки узла и простоту точения самого приводного вала при его изготовлении.

Имеем тавровое соединение угловыми швами.

Соединение рассчитывается по касательным напряжениям, опасное сечение находится по биссектрисе прямого угла.

t = (Т_з/2) /W_к £ [t’],

где [t’] - допускаемое напряжение при статической нагрузке для сварных швов. Определяется в долях от допускаемого напряжения растяжения соединяемых деталей;

Т_з - вращающий момент на звездочке, Т_з = 443,72 Нм;

W_к - момент сопротивления при кручении.

Для полого круглого сечения

W_к = (p*D²*0,7*k) /4,к - катет сварного шва, он находится в пределах 0,5*d £ k £ d,

d - толщина меньшей из свариваемых заготовок, d = 8 мм;

к = 5мм;

W_к = 3,14*66²*0,7*5/4 =14368,6 мм³;

Так как сварка ручная электродами повышенного качества, то

[t’] = 0,65* [s] _р,

[s] _р = s_т / S,

где S - коэффициент безопасности.

S = 1,35…1,6

В качестве материала используем сталь 3:

s_т = 220 МПа, S = 1,4.

Тогда [s] _р =220/1,4 = 157,14 МПа,

[t’] = 0,65*157,14 = 102,14 МПа.

t = (443,75*10³/2) /14368,6 = 15,44 МПа.

Получили, что t = 15,44 МПа £ [t’] = 102,14 МПа.

Расчёт подшипников на долговечность

Быстроходный вал: Подшипники шариковые однорядные лёгкой серии

207: d=35мм, D=72мм, В=17мм, Сor=13.7 кН, Сr=25.5 кН.

V=1.0 - при вращении внутреннего кольца подшипника

Данный подшипник годен, т.к расчётный ресурс больше требуемого.

Промежуточный вал: Подшипники шариковые однорядные лёгкой серии

207: d=35мм, D=72мм, В=17мм, Сor=13.7 кН, Сr=25.5 кН

V=1.0 - при вращении внутреннего кольца подшипника

Данный подшипник годен, т.к расчётный ресурс больше требуемого.

Тихоходный вал: Подшипники шариковые однорядные лёгкой серии

213: d=65мм, D=120мм, В=23мм, Сor=34 кН, Сr=56.0 кН.

V=1.0 - при вращении внутреннего кольца подшипника

Данный подшипник годен, т.к расчётный ресурс больше требуемого.

Приводной вал: Подшипники радиальные сферические двухрядные

1213: d=65мм, D=120мм, В=23мм, Сor=17.3 кН, Сr=31 кН.

V=1.0 - при вращении внутреннего кольца подшипника

Данный подшипник годен, т.к расчётный ресурс больше требуемого.

Выбор смазки редуктора

Для уменьшения потерь мощности на трение и снижения интенсивности износа трущихся поверхностей, а также для предохранения их от заедания, задиров, коррозии и лучшего отвода теплоты трущиеся поверхности деталей должны иметь надежную смазку.

В настоящее время в машиностроении для смазывания передач широко применяют картерную систему. В корпус редуктора или коробки передач

заливают масло так, чтобы венцы колес были в него погружены. При их вращении масло увлекается зубьями, разбрызгивается, попадает на внутренние стенки корпуса, откуда стекает в нижнюю его часть. Внутри корпуса образуется взвесь частиц масла в воздухе, которая покрывает поверхность расположенных внутри корпуса деталей.

Картерную смазку применяют при окружной скорости зубчатых колес и червяков от 0,3 до 12,5 м/с. При более высоких скоростях масло сбрасывается с зубьев центробежной силой и зацепление работает при недостаточной смазке. Кроме того, заметно увеличиваются потери мощности на перемешивание масла и повышается его температура.

Выбор смазочного материала основан на опыте эксплуатации машин. Принцип назначения сорта масла следующий: чем выше окружная скорость колеса, тем меньше должна быть вязкость масла, чем выше контактные давления в зубьях, тем большей вязкостью должно обладать масло. Поэтому требуемую вязкость масла определяют в зависимости от контактного напряжения и окружной скорости колес. Предварительно определяют окружную скорость, затем по скорости и контактным напряжениям находят требуемую кинематическую вязкость и марку масла.

По табл.11.1 и 11.2 (П.Ф. Дунаев, О.П. Леликов) выбираем масло

И-Г-А-32 ТУ38-1001451-78.

В соосных редукторах при расположении валов в горизонтальной плоскости в масло погружают колеса быстроходной и тихоходной ступеней. Если глубина погружения колеса окажется чрезмерной, то снижают уровень масла и устанавливают специальное смазочное колесо.

Hmax=120мм, Hmin=70мм.

Проверка прочности шпоночного соединения

Все шпонки редуктора призматические со скругленными торцами, размеры длины, ширины, высоты, соответствуют ГОСТ 23360-80. Материал шпонок - сталь 45 нормализованная. Все шпонки проверяются на смятие из условия прочности по формуле:

Допускаемое напряжение смятия [d_см] =200МПа

Быстроходный вал: 50.8 Н·м;

Выходной конец вала =Ø35мм; b·h·l =6·6·42;

Промежуточный вал: 210.5 Н·м;

Диаметр вала: Ø42мм; b·h·l =12·8·40;

Тихоходный вал: 1002.75 Н·м;

Выходной конец вала: Ø63мм; b·h·l =16·10·78;

Расчёт соединения с натягом

Т=1002Н·м; Fa=3446.2Н; Ft=8622Н;

Вал-Ст45,

Шестерня-Ст40X,

1 Условие работоспособности

к - коэффициент по сцеплению;

-

необходимое давление для обеспечения работоспособности;

,

Это давление будет создаваться натягом, который мы рассчитываем по формуле Ламе:

µ=0,3

Стандартную посадку подбираем по измеренному натягу, который будет отличаться от расчётного на величину

Проверим посадку по условию прочности:

посадка пригодна.

Подбор муфты

Муфта комбинированная (упругая и предохранительная) с разрушающимся элементом.

Предохранительная муфта отличается компактностью и высокой точностью срабатывания. Обычно применяется в тех случаях, когда по роду работы машины перегрузки могут возникнуть лишь случайно. Может работать только при строгой соосности валов. В качестве разрушающегося элемента обычно используют штифты, выполняемые из стали или из хрупких материалов (серый чугун, бронза). В момент срабатывания штифт разрушается и предохранительная муфта разъединяет кинематическую цепь. Для удобства эксплуатации муфты в гнезде ставят комплект втулок вместе со штифтом. В этом случае сопряжение втулок с полумуфтами H7/j_s6, штифта с втулками H7/k6. Одну из полумуфт устанавливают при посадке Н7/f7, предусматривая по торцам минимальный зазор 0.05…0.10 мм. Чтобы торцы втулок не задевали друг за друга, следует предусматривать зазор на 0.05…0.10 мм больший, чем между торцами полумуфт.

Муфта упругая втулочно-пальцевая по ГОСТ 21424-75.

Отличается простотой конструкции и удобством монтажа и демонтажа. Обычно применяется в передачах от электродвигателя с малыми крутящими моментами. Упругими элементами здесь служат гофрированные резиновые втулки. Из-за сравнительно небольшой толщины втулок муфты обладают малой податливостью и применяются в основном для компенсации несоосности валов в небольших пределах (3 мм; 0.10…0,15 мм; 0,6/100 мм/мм).

Материал полумуфт - чугун СЧ20.

Материал пальцев - сталь 45.

Для проверки прочности рассчитывают пальцы на изгиб, а резину - по напряжениям смятия на поверхности соприкасания втулок с пальцами. При этом полагают, что все пальцы нагружены одинаково, а напряжения смятия распределены равномерно по длине втулки:

где z - число пальцев, z = 8. Рекомендуют принимать = 1,8...2 МПа.

Тогда

Пальцы муфты изготовляют из стали 45 и рассчитывают на изгиб:

Допускаемые напряжения изгиба , где - предел текучести материала пальцев, МПа. Зазор между полумуфтами С=6мм

Список используемой литературы

1. М.Н. Иванов. Детали машин. М.: "Машиностроение", 1991.

2. П.Ф. Дунаев, О.П. Леликов - Конструирование узлов и деталей машин.

3. М.: "Высшая школа", 1985.

4. Д.Н. Решетов - Детали машин. Атлас конструкций в двух частях. М.: "Машиностроение", 1992.