2.Определение мощностей и передаваемых моментов на валах
2.1 Определение мощностей на валах
2.2 Определение крутящих моментов на валах
3. Расчет зубчатоременной передачи
4. Расчет валов
5.1 Расчет промежуточного вала
5. Подбор и расчет муфт
6. Подбор подшипников по динамической грузоподъемности
6.1 Подбор подшипников для быстроходного вала
6.2 Подбор подшипников для промежуточного вала
6.3 Подбор шпонок для быстроходного вала
7. Подбор и проверочный расчет шпоночных соединений
7.1 Подбор шпонок для тихоходного вала
7.2 Подбор шпонок для промежуточного вала
7.3 Подбор шпонок для быстроходного вала
8.Выбор способа смазки
9. Подбор и расчет муфт
10. Определение размеров корпуса
Список использованных источников
Введение
Ленточный конвейер предназначен для перемещения деталей в процессе их производства от одного рабочего места к другому, для автоматизации процесса отвода стружки, для автоматизации сборочного процесса, а также для других различных технологических нужд.Устанавливается данный ленточный конвейер в закрытом помещении. Состоит ленточный конвейер из бесконечной гибкой ленты, опирающейся на роликовые опоры и огибающей приводной и натяжной барабаны. Движение передается ленте фрикционным способом от приводного барабана. Необходимое первоначальное натяжение создается при помощи натяжного устройства. Привод состоит из барабана, электродвигателя 4А132S8У3 мощностью 7,5 кВт cчастотой вращения 1500 об/мин, зубчатоременной передачи с передаточным отношением 1.5, редуктора с передаточным отношением 12.1 ; монтируется на общей раме.
Таблица
Изм
Лист
№докум
Подпись
дата
Разраб.
Привод ленточнoго конвейера
Литера
Лист
Листов
Пров.
У
4
46
Н.контр.
Утв.
расчет привод муфта подшипник
1
.Пояснительная записка
Таблица. Описание конструкции, порядок сборки
Изм
Лист
№докум
Подпись
дата
Разраб.
Привод ленточно го конвейера
Литера
Лист
Листов
Пров.
У
5
46
Н.контр.
Утв.
Данный привод состоит из электродвигателя, ременной передачи, двухступенчатого редуктора, компенсирующей муфты и конвейера. Привод имеет следующую конструкцию: от асинхронного электродвигателя вращение передается на быстроходный вал цилиндрического редуктора с помощью ременной передачи. Со входного вала редуктора вращение передается на промежуточный вал при помощи косозубой передачи. С промежуточного вала вращение передается на выходной вал редуктора при помощи прямозубой зубчатой передачи. Крутящий момент с выходного вала редуктора передается на вал конвейера при помощи компенсирующей зубчатой муфты.
Сборка редуктора осуществляется в следующей последовательности: в начале на валы редуктора устанавливают зубчатые колеса (связаны с валом посредством шпоночного соединения), затем на вал устанавливают втулки, фиксирующие зубчатые колеса в определенном положении, а затем на вал насаживают подшипники. После этого собранные таким образом валы устанавливают в корпус редуктора. Также в корпусе редуктора должны быть установлены устройство для контроля уровня масла и устройство для слива отработанной смазывающе-охлаждающей жидкости. Поверхность разъема редуктора покрывается герметиком, и после этого устанавливается крышка редуктора. Она крепится к корпусу при помощи болтовых соединений. На крышке корпуса имеется специальная отдушина, которая крепится к ней двумя болтами. Затем на торцовые поверхности редуктора ставят специальные прокладки и устанавливают крышки, закрывающие подшипниковые гнезда. В сквозных крышках предварительно устанавливают манжетные уплотнения. Крышки крепятся на корпусе пре помощи четырех болтов установленных на одной окружности.
Сборка привода осуществляется следующим образом: на фундаменте при помощи специальных болтов устанавливается рама, представляющая собой сварную конструкцию; на раме крепится плита на которой устанавливается электродвигатель. На выходном конце вала электродвигателя устанавливается шкив ременной передачи. Затем на раме при помощи болтовых соединений крепится редуктор. На входном валу редуктора при помощи шпоночного соединения крепится шкив ременной передачи.
Кинематическая схема привода(расчетная).
Рисунок 1.- Кинематическая схема привода.
Электродвигатель:
- мощность, кВт – 7,5
- синхронная частота вращения, об/мин – 1500
- номинальная частота вращения, об/мин – 1450
Редуктор:
- передаточное отношение,
= 12.1
Таблица
Изм
Лист
№докум
Подпись
дата
Разраб.
Привод ленточного конвейера
Литера
Лист
Листов
Пров.
У
6
46
Н.контр.
Утв.
Зубчатоременная передача:
- число зубьев ведущего шкива – 20
- число зубьев ведомого шкива – 33
- передаточное отношение,
= 1,5
1.1 Кинематический расчет привода
Определяем общий коэффициент полезного действия привода
hобщ = hм×hзц3×hпк3 [ 1.с.76 ]
где: hм - коэффициент полезного действия муфт
hрп - коэффициент полезного действия ременной передачи
hзц – коэффициент полезного действия зубчатого зацепления
hпк - коэффициент полезного действия пар качения
hобщ = 0,98×0,96×0,973×0,994 = 0,850
Определяем требуемую мощность электродвигателя
Pтр = Pвых/hобщ [ 1.c.76 ]
Ртр = 5,0 /0.874 = 5.901 кВт
Выбираем электродвигатель
Выбираем электродвигатель модели 4А132S8У3 со следующими показателями: s = 1.3 %, nэд = 1500 мин-1, p = 7.5 кВт , [ 1.с.70 ]
тогда частота вращения ротора электродвигателя будет равна
nд = nэд×(1-s ) [ 1.с.68 ]
nд = 1500×(1- 0,013 ) = 1450,5 мин-1
Определяем возможное значение передаточных чисел
uобщ = nд/nвых [ 1.с.77 ]
uобщ = 1450,5/80 = 18,125
Таблица
Изм
Лист
№докум
Подпись
дата
Разраб.
Привод ленточного конвейера
Литера
Лист
Листов
Пров.
У
7
46
Н.контр.
Утв.
uобщ = uр×uрм [ 1.с.76 ]
где: uр - передаточное число редуктора
uрм= 1,5 - передаточное число ременной передачи
uр =18,125/1,52 = 12,1
uр = uб×uт [ 1.с.76 ]
где: uб - передаточное число быстроходной ступени
uт - передаточное число тихоходной ступени
uб =4, [1.с.75 ]
тогда uб = uобщ/ uт = 12,1/4 = 3,025
Определяем частоты вращения на валах
n1 = nэд = 1450,5 мин-1
n2 = n1/uрм= 1450,5/1,5 = 968 мин-1
n3 = n2/uб = 968 /3,025 = 320 мин-1
n4 = n3/uт = 320 /4 = 80 мин-1
Определяем угловые скорости на валах
w1 = pnэд/30 [ 1.с.88 ]
w1 = 3,14×1450,5/30 = 151,89 рад/c
w2 = pn2/30 = 3,14× 968 /30 = 69,04 рад/с
w3 = pn3/30 = 3,14×320 /30 = 22,824 рад/с
Таблица
Изм
Лист
№докум
Подпись
дата
Разраб.
Привод ленточного конвейера
Литера
Лист
Листов
Пров.
У
8
46
Н.контр.
Утв.
w4 = pn3/30 = 3,14×80 /30 = 5,706 рад/с
2.Определение мощностей и передаваемых моментов на валах
[S] – требуемый коэффициент запаса для обеспечения жесткости.
b=2; [S]=3 [2.c.275]
[s-1]=380×0,8×2×1/(3×2,4)=168,44МПа
do=3
=24,5 мм
Таблица
Изм
Лист
№докум
Подпись
дата
Разраб.
Привод ленточного конвейера
Литера
Лист
Листов
Пров.
У
16
46
Н.контр.
Утв.
Принимаем диаметр вала под шестерней d=35 мм.
Остальные размеры вала принимаем из конструктивных соображений. Принимаем диаметр вала под подшипником d=30мм.
Определяем пределы выносливости стали при изгибе и кручении:
s-1=0,35×sв+(70…120) [1.c.295]
s-1=0,35×1600+100=380МПа
τ-1=(0,5…0,58)×s-1 [1.c.295]
τ-1=0,54×380=205МПа
Находим нормальные и касательные напряжения в опасном сечении:
W=π×d3/32=3,14×353/32=1533мм2
sа=124896 /1533=48 МПа
τа=τм=Т/(2×Wк) [1.c.295]
Wк=π×d3/16=3,14×353/16=3066мм2
τа=79520 /(3066×2)=13МПа
Определяем коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям:
Ss=s-1/(ks×sa/εs+ψs×sn) [1.c.296]
Sτ=τ-1/(kτ×τa/ετ+ψτ×τm) [1.c.296]
Таблица
Изм
Лист
№докум
Подпись
дата
Разраб.
Привод ленточного конвейера
Литера
Лист
Листов
Пров.
У
17
46
Н.контр.
Утв.
где: kτи ks- эффективные коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и кручении,ετ и εs - коэффициенты, учитывающие снижение механических свойств металла с ростом размеров заготовок,ψτ и ψs - коэффициенты учитывающие влияние постоянной составляющей цикла на усталость вала.
Назначаем квалитеты точности и шероховатость поверхностей
.
Вал выполняют по следующим квалитетам точности: под полумуфтой р6, под уплотнением к7, под подшипником к6.
Назначаем следующие шероховатости поверхностей вала Rа мкм: под полумуфтой 0,8; под уплотнением 0,25; под подшипником 0,8; на остальных поверхностях 6,3 мкм.
Назначаем квалитеты точности и шероховатость поверхностей.
Вал выполняют по следующим квалитетам точности: под подшипником и втулками к6, под колесами h8.
Назначаем следующие шероховатости поверхностей вала Rа мкм: под колесами 0,8; под уплотнением 0,25; под подшипником 0,8; на остальных поверхностях 6,3.
Расчет тихоходного вала.
Исходные данные:
d1=320 мм;
Т=870850 Н×мм; a=20°;
Материал вала сталь 45
sв=610МПа; sт=360МПа.
Предварительно определяем диаметр выходного конца вала:
d=3
d=3
=54,7 мм.
Принимаем d=55мм.
Определяем силы в зацеплении:
Окружная: Ft1= Ft2=T/d1
Ft1= Ft2=2×870850/320 =5326 Н
Таблица
Изм
Лист
№докум
Подпись
дата
Разраб.
Привод ленточного конвейера
Литера
Лист
Листов
Пров.
У
24
46
Н.контр.
Утв.
Радиальная: Fr=tga×Ft1
Fr=tg20×5326 =1938 Н
Fм=0,3×Ft=0,3×5326 =1600 H
Выбираем предварительно подшипники и муфту:
Выбираем шариковые радиальные подшипники средней серии 311 d1=55мм, D=120 мм, В=29мм
Выбираем муфту зубчатую Lм =55мм, D=170мм
Определяем расстояния между точками приложения сил:
l1=В/2+b1/2+10=55 мм;
L=l/2=В+b2+3=100 мм;
Определяем опорные реакции в вертикальной плоскости:
∑ Ma=0; Rb×2×l1-2×Fr×l1=0
Rb=1938× 55/210= 1065 H
∑ Mb=0; -Ra×2×l1+2×Fr×l1=0
Ra= 1938× 100/210=873 H
Проверка: ∑Y=0; -Ra-Rb+Fr=0;
-873- 1065 +1938 =0
Определяем опорные реакции в горизонтальной плоскости:
∑Ma=0;-Rb×2×l1+2×Ft×l1- Fм×(l+2×l1)=0
Rb=(Ft×l/2- 2×Fм ×(l+2×l1))/(2×l)=(5326 ×(136+176)-1600×298)/216 = 4673 Н
Таблица
Изм
Лист
№докум
Подпись
дата
Разраб.
Привод ленточного конвейера
Литера
Лист
Листов
Пров.
У
25
46
Н.контр.
Утв.
∑Mb=0; Ra×2×l1-Ft×l1- Fм×l=0
Ra=(Ft×l1+ Fм ×l)/(2×l1)=( 5326 ×66+1600×60)/216=947 Н
Назначаем квалитеты точности и шероховатость поверхностей.
Вал выполняют по следующим квалитетам точности: под муфтой h6, под уплотнением к7, под подшипником к6, под колесом h8.
Назначаем следующие шероховатости поверхностей вала Rа мкм: под муфтой 0,8; под уплотнением 0,25; под подшипником 0,8; на остальных поверхностях 6,3.
Таблица
Изм
Лист
№докум
Подпись
дата
Разраб.
Привод ленточного конвейера
Литера
Лист
Листов
Пров.
У
29
46
Н.контр.
Утв.
5. Подбор и расчет муфт
На выходном валу редуктора устанавливают, в соответствии с заданием, муфту (муфта зубчатая), которая хорошо компенсирует все возможные смещения осей валов – осевые, радиальные и угловые и применяется для передачи вращающих моментов без смягчения ударов, поэтому относится к группе жестких компенсирующих муфт.
Муфта состоит из двух закрепленных на концах валов втулок с наружными зубьями эвольвентного профиля и охватывающей их обоймы с внутренними зубьями. Таким образом, передача вращающего момента осуществляется зубчатыми парами.
Для компенсации смещений валов в муфтах предусмотрены торцевые зазоры , вершины зубьев втулок обрабатываются по сферической поверхности, зубчатое зацепление выполняют с увеличенными боковыми зазорами, а боковым поверхностям зубьев придают бочкообразную форму.
Детали зубчатых муфт изготовляют из стали 40 или из стального литья. Зубья втулок
Рис.5.1 Муфта зубчатая
Таблица
Изм
Лист
№докум
Подпись
дата
Разраб.
Привод ленточного конвейера
Литера
Лист
Листов
Пров.
У
30
46
Н.контр.
Утв.
термообрабатывают до твердости не ниже 42 НRСэ, а зубья обойм
— не ниже 37 НRСэ. Для уменьшения интенсивности изнашивания зубьев в муфту заливают смазочный материал большой вязкости.
Считают, что нагрузка распределяется равномерно между всеми зубьями и что контакт зубьев происходит в пределах всей длины bи рабочей высоты h=l*m+0,8m, которая складывается из высот головок зуба втулки и зуба обоймы.
Муфта рассчитывается из условия прочности смятие
σ = Т/(0,9*b*Dд 2) ≤ [σcм] = 120…150 МПа
где р —давление на поверхности зубьев, МПа; b— длина зуба, мм;
7. Подбор и проверочный расчет шпоночных соединений
7.1 Подбор шпонок для тихоходного вала
Материал шпонок Ст 6; Т=852.45 Н×м;
d1=60 мм; d2=50 мм. Lст2=55мм, Lст1=80 мм,
Выбираем сечение призматической шпонки b•h:
для d1 bхh=14х9, t1=5,5мм [1.c.58]
для d2 bхh=10х8, t1=5мм
Принимаем шпонку на 8мм короче ступицы, т.е. расчетная длина шпонки: Lp1=l-b=64-14=50мм,
Lp2=47-10=37мм, принимаем Lp1=36мм.
Допускаемое напряжение при смятии шпонки [sсм]=200 MПа.
Проверяем прочность шпонки.
sсм=2×Т/(d×lp(h-t1)) [1.c.64]
sсм1=2×852450/(45×50(9-5,5))=156,2MПа
sсм2=2×852450/(35×36(10-5))=172,7MПа
Прочность обеспечена.
Таблица
Изм
Лист
№докум
Подпись
дата
Разраб.
Привод ленточного конвейера
Литера
Лист
Листов
Пров.
У
36
46
Н.контр.
Утв.
7.2 Подбор шпонок для промежупочного вала
Материал шпонок Ст 6; Т=217.71Н×м;
d=40мм; Lст=30 мм,
Выбираем сечение призматической шпонки b•h:
для dbхh=8х10, t1=4мм
Принимаем шпонку на 8мм короче ступицы, т.е. расчетная длина шпонки: Lp=l-b=30 - 8= 22 мм
Допускаемое напряжение при смятии шпонки [sсм]=200 MПа.
Проверяем прочность шпонки.
sсм=2×Т/(d×lp(h-t1))
sсм=2×217710/(40×22(8-4))=97.4 MПа
Прочность обеспечена.
7.3 Подбор шпонок для быстроходного вала.
Материал шпонок Ст 6; Т=79.52 Н×м;
d=20мм; Lст=37мм,
Выбираем сечение призматической шпонки b•h:
для db•h=6•6, t1=3,5мм
Принимаем шпонку на 8мм короче ступицы, т.е. расчетная длина шпонки: Lp=l-b=29-6=23мм, принимаем Lp=22мм.
Таблица
Изм
Лист
№докум
Подпись
дата
Разраб.
Привод ленточного конвейера
Литера
Лист
Листов
Пров.
У
37
46
Н.контр.
Утв.
Допускаемое напряжение при смятии шпонки [sсм]=200 MПа.
Проверяем прочность шпонки.
sсм=2×Т/(d×lp(h-t1))
sсм=2×79520/(20×22(6-3,5))=82.3 MПа
Прочность обеспечена.
Таблица
Изм
Лист
№докум
Подпись
дата
Разраб.
Привод ленточного конвейера
Литера
Лист
Листов
Пров.
У
38
46
Н.контр.
Утв.
8.Выбор способа смазки
В данном редукторе используется картерный способ смазки, при котором в корпус редуктора заливают масло так. чтобы венцы зубчатых колес были в него погружены на величину до 5m. При вращении колес масло увлекается зубьями, разбрызгивается, попадает на внутренние стенки корпуса, откуда стекает в нижнюю его часть. Внутри корпуса образуется взвесь частиц масла в воздухе, которые покрывают поверхность всех расположенных внутри корпуса деталей. Положительным качеством картерной системы является ее большая надежность и простота.
Недостатком ее является то, что масло не может фильтроваться в процессе работы узла. При картерной смазке устанавливают уровень масла и объем масляной ванны. Минимальный объем залитого масла в зубчатых передачах составляет 0,4-0,6л на 1кВт передаваемой мощности. Чем больше объем масляной ванны, тем дольше сохраняются свойства масла и тем лучше условия смазки.
Таблица
Изм
Лист
№докум
Подпись
дата
Разраб.
Привод ленточного конвейера
Литера
Лист
Листов
Пров.
У
39
46
Н.контр.
Утв.
Смазку подшипников осуществляют тем же маслом, которым смазывают детали зубчатых передач. Учитывая колебания уровня масла в корпусе, минимальный уровень масляной ванны ограничивают центром нижнего тела качения подшипника. Во избежание попадания в подшипник продуктов износа зубчатых колес, а также излишнего полива маслом подшипники защищают маслозащитными шайбами (на быстроходном валу).
9. Подбор и расчет муфт
На входном валу редуктора устанавливают, в соответствии с заданием, муфту предохранительную, в которой два конических диска прижимаются друг к другу под действием пружины. Муфта рассчитана на передачу определенного по величине момента.
Рис.9.1 Муфта предохранительная
Расчет предохранительных муфт заключается в определении потребной силы сжатия пружин.Расчет пружин заключается в определении усилия включения муфты
Таблица
Изм
Лист
№докум
Подпись
дата
Разраб.
Привод ленточного конвейера
Литера
Лист
Листов
Пров.
У
40
46
Н.контр.
Утв.
где Тр —расчетный момент, МПа;
α— угол профиля конуса; α= 230
ρ— угол профиля конуса; ρ= 50
Dm— средний диаметр окружности, мм:
d—диаметр вала, мм
f—коэффициент трения, f=0,15.
На выходном валу редуктора устанавливают, в соответствии с заданием, муфту (муфта зубчатая), которая хорошо компенсирует все возможные смещения осей валов – осевые, радиальные и угловые и применяется для передачи вращающих моментов без смягчения ударов, поэтому относится к группе жестких компенсирующих муфт.
Муфта состоит из двух закрепленных на концах валов втулок с наружными зубьями эвольвентного профиля и охватывающей их обоймы с внутренними зубьями. Таким образом, передача вращающего момента осуществляется зубчатыми парами.
Для компенсации смещений валов в муфтах предусмотрены торцевые зазоры , вершины зубьев втулок обрабатываются по сферической поверхности, зубчатое зацепление выполняют с увеличенными боковыми зазорами, а боковым поверхностям зубьев придают бочкообразную форму.
Детали зубчатых муфт изготовляют из стали 40 или из стального литья. Зубья втулок термообрабатывают до твердости не ниже 42 НRСэ, а зубья обойм — не ниже 37 НRСэ. Для уменьшения интенсивности изнашивания зубьев в муфту заливают смазочный материал большой вязкости.
Таблица
Изм
Лист
№докум
Подпись
дата
Разраб.
Привод ленточного конвейера
Литера
Лист
Листов
Пров.
У
41
46
Н.контр.
Утв.
Рис.9.2 Муфта зубчатая
Считают, что нагрузка распределяется равномерно между всеми зубьями и что контакт зубьев происходит в пределах всей длины bи рабочей высоты h=l*m+0,8m, которая складывается из высот головок зуба втулки и зуба обоймы.Муфта рассчитывается из условия прочности смятие
σ = Т/(0,9*b*Dд 2) ≤ [σcм] = 120…150 МПа
где р —давление на поверхности зубьев, МПа; b— длина зуба, мм;
Размеры корпуса редуктора определяются числом и размерами размещенных в нем деталей, относительным их расположением в пространстве и величиной зазоров между ними. С увеличением размеров корпуса увеличиваются его масса и стоимость. Поэтому обычно стремятся к созданию корпусов минимальных размеров.
Определяем толщину стенки редуктора:
δ=2×4
>8мм [3.c.158]
где: Т – крутящий момент на тихоходном валу,
δ=2×4
= 8.7 мм
Принимаем δ=9 мм.
Толщина стенки крышки корпуса:
δ1=0,9×δ=0,9×9 = 8,1 мм [3.c.158]
Величина расстояния от вершин колеса на тихоходном валу до стенок корпуса А=10 мм.
Радиусы скруглений внутри корпуса R=0,5×δ=3 мм.
ПО всему контуру корпуса и крышки делают специальные фланцы, в которых размещают крепежные винты. Диаметры винтов определяют по формуле: