Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
ВОСТОЧНО-СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ
Кафедра «Детали машин, теория механизмов и машин»
Допущен к защите:
Руководитель проекта
к.т.н., доцент И.К. Битуев
«____» _____________ 2012 г.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПРИВОДА
к вертикальному валу цепного конвейера
Пояснительная записка к курсовому проекту
по дисциплине
«Детали машин»
Д.2403.02.101.04.0000.ПЗ
Студент: Булычев Р.Н.
Группа 479
Улан-Удэ
2012
ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
Задание: Спроектировать привод к вертикальному валу цепного конвейера по схеме с графиком нагрузки, данным на рисунке.
Рис. 1 Схема привода к вертикальному валу цепного конвейера
Мощность на вертикальном валу Р4=5кВт, угловая скорость вращения его w4=0,3πрад/с. Представить расчетно-пояснительную записку с полным расчетом привода и четыре листа чертежей формата А1:
ВВЕДЕНИЕ
Машиностроению принадлежит ведущая роль среди других отраслей экономики, так как основные производственные процессы выполняют машины. Поэтому и технический уровень многих отраслей многих отраслей в значительной мере определяет уровень развития машиностроения.
Повышение эксплуатационных и качественных показателей, сокращение времени разработки и внедрения новых машин, повышение их надежности и долговечности - основные задачи конструкторов-машиностроителей. Одним из направлений решения этих задач является совершенствование конструкторской подготовки студентов высших технических учебных заведений.
Выполнение этого курсового проекта завершает общетехнический цикл подготовки студентов. Эта наша первая самостоятельная творческая инженерная работа, при выполнении которой мы активно используем знания из ряда пройденных дисциплин: сопротивления материалов, технологии металлов, взаимозаменяемости и др.
Объектами курсового проектирования являются обычно приводы различных машин и механизмов (например, ленточных и цепных конвейеров, индивидуальные, испытательных стендов), использующие большинство деталей и узлов общемашиностроительного применения. Конструирование – это творческая задача. Известно, что каждая конструкторская задача имеет несколько решений. Важно по определенным критериям сопоставить конкурирующие варианты и выбрать один из них – оптимальный для данных конкретных условий.
Рекомендации по конструированию сопровождаются анализом условий работы узлов и деталей, их обработки и сборки. При выполнении курсового проекта мы должны последовательно пройти от выбора схемы механизма через многовариантность проектных решений до его воплощения в рабочих чертежах; приобщаясь к инженерному творчеству, осваивая предшествующий опыт, учится предвидеть новые идеи в создании машин, надежных и долговечных, экономичных в изготовлении и эксплуатации, удобных и безопасных в обслуживании.
Цель работы − проектирование привода к вертикальному валу цепного конвейера.
Конвейер предназначен для транспортирования сухих сыпучих материалов. Привод состоит из электродвигателя и червячно цилиндрического редуктора. Также в состав привода входят соединительные муфты, барабан и лента конвейера. Электродвигатель и редуктор установлены на общей сварной раме.
1.кинематический расчет привода
Двигатель выбирается по потребляемой мощности и асинхронным оборотам:
Находим обороты на выходе
Находим потребную мощность двигателя
Где – КПД пары подшипников качения
– КПД червячной передачи
– КПД цилиндрической прямозубой передачи
– КПД конической передачи
– КПД муфты
Двигатель асинхронный серии АИР закрытый обдуваемый. Выбираем двигатель с мощностью 7,5кВт –АИР132S4/1440: синхронная частота вращения , асинхронная частота вращения .
Где – передаточное число цилиндрической прямозубой передачи
– передаточное число червячной передачи
– передаточное число конической передачи
Вращающие моменты определяются в обратном порядке, начиная от вала конвейера.
Вращающий момент на барабане:
Н∙м.
1 вал (тихоходный вал редуктора):
Н∙м.
2 вал (промежуточный вал редуктора):
Н∙м.
3 вал (быстроходный вал редуктора):
Н∙м
Основным материалом зубчатых колес служат термически обрабатываемые стали, так как по сравнению с другими материалами они в большей степени обеспечивают высокую контактную и изгибную прочность зубьев. Известно, что из двух зацепляющихся элементов, зуб шестерни подвержен большему числу циклов нагружений по сравнению с колесом. Поэтому для создания равнопрочности, шестерня выполняется из материала с более высокими прочностными характеристиками.
Выбираем сталь 40ХН – для колеса К(4) и сталь 40ХН – для шестерни Ш(3) – улучшение
Определим допускаемые контактные напряжения
Где
Определяем допускаемые напряжения изгибной выносливости.
Где
– коэффициент долговечности
- коэффициент безопасности
Предварительное межосевое расстояние
так как
Окружная скорость
Назначаем 9 степень точности по ГОСТ 1643-81
Уточняем предварительно найденное значение межосевого расстояния по формуле
Где для прямозубых колес
– коэффициент учитывающий внутреннюю динамику нагружений
- коэффициент учитывающий неравномерность распределения нагрузки по длине контактных линий
– коэффициент, учитывающий приработку зубьев
в зависимости от коэффициента
- коэффициент распределения нагрузки между зубьями
- степень точности
Принимаем .
Делительный диаметр
Ширина
Максимально допустимый модуль определяют из условия не подрезания зубьев у основания
Минимальное значение модуля , определяют из условия прочности
Где
– коэффициент, учитывающий внутреннюю динамику нагружения
– коэффициент, учитывающий неравномерность распределения напряжений у основания зубьев по ширине зубчатого венца
- коэффициент, учитывающий влияние погрешностей изготовления шестерни и колеса на распределение нагрузки между зубьями
Принимаем модуль .
принимаем
так как прямозубая передача
Число зубьев шестерни принимаем
Число зубьев колеса
Делительный диаметр шестерни
колеса
диаметры окружностей вершин и впадин зубьев
шестерни
колесо
- коэффициент смещения у шестерни и колеса
– коэффициент воспринимаемого смещения
–
делительное межосевое расстояние
Расчетное значение контактного напряжения
- для прямозубых передач
- догрузка в пределах допустимого
Окружная сила
Радиальная сила
Осевая сила
Целью расчета является предотвращение остаточных деформаций или хрупкого разрушения поверхностного слоя или самих зубьев при действии пикового момента . Действия пиковых нагрузок оценивают коэффициентом перегрузки - максимальный из длительно действующих (номинальный) момент, по которому проводят расчет на сопротивление усталости
Для предотвращения остаточных деформаций или хрупкого разрушения поверхностного слоя контактное напряжение не должно превышать допустимое напряжение
Где – контактное напряжение при действии номинального момента
- при улучшении
Для предотвращения остаточных деформаций и хрупкого разрушения зубьев напряжение изгиба при действии пикового момента не должно превышать допускаемое
Где - напряжение изгиба, вычисленное при расчетах на сопротивление усталости.
Проверку выполняем для зубьев шестерни и колеса в отдельности.
Допускаемое напряжение вычисляют в зависимости от вида термической обработки и возможной частоты приложения пиковой нагрузки.
Где - предел выносливости при изгибе
– максимально возможное значение коэффициента долговечности.
- коэффициент влияния частоты приложения пиковой нагрузки.
- коэффициент запаса прочности.
По рекомендациям справочных таблиц для червяка принимаем сталь марки 20Х с улучшением, цементацией и закалкой со следующими характеристиками: твердость зубьев в сердцевине ; на поверхности ; .
Материал зубчатого венца червячного колеса по мере убывания антизадирных и антифрикционных свойств и рекомендуемым для применения скоростям скольжения относим к I группе со скоростью скольжения
Принимаем I группу материал Бр05Ц5С5, со следующими характеристиками: .
Для I группы материалов
– для червяков при твердости ≤ 350 HB.
Допускаемые напряжения изгиба вычисляем для зубьев червячного колеса
- коэффициент долговечности
– исходное допускаемое напряжение изгиба для материала I группы.
При проверке на максимальную статическую или единичную пиковую нагрузку для материалов:
Где для эвольвентных, архимедовых и конволютных червяков
– коэффициент концентрации нагрузки
- начальный коэффициент концентрации нагрузки по графику
Полученное расчетом межосевое расстояние для стандартной червячной пары округляем до стандартного числа (ГОСТ 2144-93): .
Модуля передачи: принимаем
Коэффициент диаметра червяка: , принимаем
На делительном диаметре
На начальном диаметре
Диаметр делительный червяка
Диаметр вершин витков
Диаметр впадин
Длина нарезанной части червяка при коэффициенте смещения
принимаем
Для шлифуемых червяков полученную расчетом длину увеличиваем при на 25 мм, и при этом получаем .
Диаметр делительный колеса
Диаметр вершин витков
Диаметр впадин
Диаметр колеса наибольший
Где для передач с эвольвентным червяком
Ширина венца , принимаем
Где
Определяем скорость передачи в зацеплении
Где - окружная скорость на начальном диаметре червяка
- начальный угол подъема витка
Вычисляем расчетное напряжение
Где для эвольвентных, архимедовых и конволютных червяков
– коэффициент нагрузки
Окружная скорость червячного колеса
При обычной точности изготовления и выполнения условия жесткости червяка принимаем
при
Коэффициент концентрации нагрузки
Где - коэффициент деформации червяка.
– коэффициент, учитывающий влияние режима работы передачи на приработку зубьев червячного колеса и витков червяка .
Определим процент перегрузки
что допускается.
Коэффициент полезного действия червячной передачи
Где - угол подъема линии витка на начальном цилиндре
- приведенный угол трения, определяемый экспериментально с учетом относительных потерь мощности в зацеплении, в опорах и на перемешивание масла.
Окружная сила на колесе, равна осевой силе на червяке:
Окружная сила на червяке, равна осевой силе на колесе:
Радиальная сила
Для стандартного угла
Расчетное напряжение изгиба
Где - коэффициент нагрузки
- коэффициент формы зуба колеса, который выбираем в зависимости от
Червячный редуктор в связи с невысоким КПД и большим выделением теплоты проверяют на нагрев.
Мощность (Вт) на червяке
Температура нагрева масла при установившемся тепловом режиме без искусственного охлаждения
Где - коэффициент, учитывающий отвод теплоты от корпуса редуктора в металлическую плиту или раму
- максимальная допустимая температура нагрева масла.
Поверхность поверхности охлаждения корпуса равна сумме поверхностей всех его стенок за исключением поверхности дна, которой корпус прилегает к плите или раме. Размеры стенок корпуса можно взять по эскизному проекту. Приближенно площадь поверхности охлаждения корпуса можно принимать в зависимости от межосевого расстояния:
При принимаем .
Для чугунных корпусов при естественном охлаждении коэффициент теплоотдачи
- крутящий момент на валах
- допускаемые значения напряжений
ВАЛ 1 (быстроходный)
Рисунок 3.1 Эскиз вала 1
Принимаем
Принимаем диаметр вала под манжетное уплотнение
Принимаем диаметр вала под подшипник
ВАЛ 2 (промежуточный)
Рисунок 3.2 Эскиз вала 2
Принимаем
Принимаем диаметр вала под подшипник
Принимаем диаметр вала под колесо
ВАЛ 3 (тихоходный)
Рисунок 3.3 Эскиз вала 3
Принимаем
Принимаем диаметр вала под манжетное уплотнение
Принимаем диаметр вала под подшипник
Принимаем диаметр вала под колесом
Шпонки призматические со скругленными торцами
Размеры сечений шпонок и шпоночных пазов по ГОСТ 23360-78
Рисунок. 4.1 Шпонка призматическая.
Материал шпонок – сталь 45 нормализованная
От условия прочности на смятие рассчитывается часть шпонки, выступающая из вала.
Где
- напряжение смятия
- крутящийся момент на валу
- рабочая длина шпонки
- диаметр вала
- высота шпонки
- глубина паза
– полная длина шпонки
– ширина шпонки
Условие прочности на срез шпонки
Где - допускаемое напряжение на срез.
Расчёт шпонки под муфту
шпонка 8×7×63,
Условие прочности на смятие
Прочность обеспечена
Условие прочности на срез шпонки
Прочность обеспечена
шпонка 16×10×63,
Условие прочности на смятие
Прочность обеспечена
Условие прочности на срез шпонки
Прочность обеспечена
шпонка 16×10×56,
Условие прочности на смятие
Прочность обеспечена
Условие прочности на срез шпонки
Прочность обеспечена
шпонка 18×11×80,
Условие прочности на смятие
Прочность обеспечена
Условие прочности на срез шпонки
Прочность обеспечена
Сечение
Сечение
Сечение
Сечение
Сечение
Сечение
Сечение
Сечение
Рисунок 5.1 Расчетная схема и эпюры изгибающих и крутящего моментов быстроходного вала
Определяем эквивалентный момент в этом же сечении
По ГОСТ 333-71 выбираем конические роликоподшипники средней серии 7305A установленные враспор.
Опора
Опора
Где - коэффициент безопасности
- температурный коэффициент
Где - долговечность подшипников
– коэффициент долговечности
- обобщенный коэффициент
- показатель степени (для роликовых подшипников)
- частота вращения кольца подшипника.
По грузоподъемности и долговечности подшипник пригоден.
Сечение
Сечение
Сечение
Сечение
Сечение
Сечение
Сечение
Сечение
Рисунок 5.2 Расчетная схема и эпюры изгибающих и крутящего моментов промежуточного вала
Определяем эквивалентный момент в этом же сечении
По ГОСТ 27365-87 выбираем конические роликоподшипники легкой серии 7208 установленные враспор.
Опора
Опора
Где - коэффициент безопасности
- температурный коэффициент
Где - долговечность подшипников
– коэффициент долговечности
- обобщенный коэффициент
- показатель степени (для роликовых подшипников)
- частота вращения кольца подшипника.
По грузоподъемности и долговечности подшипник пригоден.
Изображаем вал как балку на двух опорах со всеми действующими силами.
Сечение
Сечение
Сечение
Сечение
2) Горизонтальная плоскость
Сечение 0
Сечение
Сечение
Сечение
Рисунок 5.3 Расчетная схема и эпюры изгибающих и крутящего моментов тихоходного вала.
По ГОСТ 8338-75 выбираем шариковые радиальные однорядные подшипники средней серии 211.
Дальнейший расчет ведем по наиболее нагруженной опоре .
Вычисляем коэффициент осевого смещения
Где - коэффициент безопасности
- температурный коэффициент
Где - долговечность подшипников
– коэффициент долговечности
- обобщенный коэффициент
- показатель степени (для роликовых подшипников)
- частота вращения кольца подшипника.
По грузоподъемности и долговечности подшипник пригоден.
6. Конструирование зубчатых колес, червяков
Червяк выполняем вместе с валом
Рисунок 6.1 Червяк.
Червячное колесо изготавливаем составным: венец – бронзовый, центр чугунный, его размеры ,
диаметр ступицы
толщина венца ступицы
длина ступицы
Рисунок 6.2 Червячное колесо.
Шестерню изготавливаем кованной из стали 40 улучшенной.
Размеры
Рисунок 6.3 Шестерня
Диаметр ступицы
где
длина ступицы
толщина венца
фаска венца на диаметре вершин
Колесо изготавливаем кованным из стали 40 улучшенной.
Его размеры
Рисунок 6.4 зубчатое колесо
Диаметр ступицы
где
длина ступицы
толщина венца
толщина диска
фаска венца на диаметре вершин
7. Конструирование корпусных деталей и крышек
Корпус необходимо изготовить с помощью литья из серого чугуна марки СЧ15
Рисунок 7.1 Корпус редуктора.
Толщину стенки, отвечающую требованиям технологии литья и необходимой жесткости корпуса редуктора рекомендуется определять по формулам:
Принимаем толщину стенки корпуса редуктора 14 мм.
Толщина верхнего пояса фланца корпуса
Диаметр фундаментальных болтов
Диаметр болтов у подшипников
Диаметр соединяющих основания корпуса
Подшипники закрываем глухими и сквозными крышками.
8. Смазывание зацеплений
Смазывание зубчатых передач необходимо для снижения интенсивности изнашивания зубьев, повышения КПД передач и их несущей способности, зашиты от коррозии, охлаждения и отвода теплоты, удаления продуктов изнашивания, смягчения внутренних и внешних динамических воздействий, предохранение от заедания.
По рекомендации принимаем жидкое минеральное масло типа И-ЗОА. Так как в данном редукторе горизонтальное расположение валов и сравнительно небольшие мощности при окружных скоростях, не превышающих 12 м/с. Уровень масла должен быть таким, чтобы зубья были погружены в масло.
Подшипники смазывают солидолом, герметизирующим узлы трения и хорошо заполняющим зазоры. Солидол используется для исключения возможности вытекания смазки шариков,
По ГОСТ 20799-75 выбираем индустриальное масло И-ЗОА.
Определяем объем масленой ванны. По рекомендации он составляет 0.4,..0.6 литров масла на 1кВт передаваемой мощности редуктора.
В нашем случае:
Принимаем
9. КОНСТРУИРОВАНИЕ МУФТ СОЕДИНИТЕЛЬНЫХ
Упругая муфта:
В качестве упругой муфты используется упругая втулочно-пальцевая муфта МУВП. Эти муфты получили широкое распространение благодаря относительной простоте конструкции и удобству замены упругих элементов. Однако их характеризует невысокая компенсирующая способность, а при соединении несоосных валов − достаточно большое силовое воздействие на валы и опоры, при этом резиновые втулки быстро разрушаются. Муфты МУВП стандартизованы − ГОСТ 21424-93.
Упругая втулочно-пальцевая муфта
В стандартной муфте отверстия для концов валов могут быть или оба конические или оба цилиндрические. В нашем случае вал двигателя имеет цилиндрическую форму, а конец вала редуктора − коническую с конусностью 1:10. Поэтому одну из полумуфт − с цилиндрическим отверстием − спроектируем отдельно.
По ГОСТ 21424-93 подбираем муфту 250-32-3-У3.
Ее характеристики:
В этой муфте заменяем одну из полумуфт оригинальной полумуфтой с цилиндрической посадочной поверхностью диаметром 19 мм под вал электродвигателя.
Предохранительная муфта:
Втулочная муфта со срезным штифтом
В качестве предохранительной муфты используем втулочную муфту со срезным штифтом. Эта муфта ограничивает передаваемый момент и предохраняет машину от поломок.
Размеры муфты:
Длина L = (3..5) ∙ dв = (3..5) ∙ 50 = 150..250 мм, принимаем L = 250 мм.
Диаметр D = (1,5..1,8) ∙ dв = (1,5..1,8) ∙ 50 = 75..90 мм, принимаем D = 90 мм.
Диаметр предохранительного штифта:
Принимаем d = 8 мм.
10. КОНСТРУИРОВАНИЕ РАМЫ
При монтаже приводов, состоящих из электродвигателя и редуктора, должны быть выдержаны определенные требования точности относительного положения узлов. Для этого узлы привода устанавливают на основании. В качестве основания при единичном производстве выгоднее использовать сварные рамы, сваренные из элементов сортового проката: швеллеров, уголков, полос и листов.
Высота рамы Н = 1110
Примерная длина рамы - L = 1110 мм
Из конструктивных соображений используем двутавр №40 согласно ГОСТ 8240-89 и швеллер №14а согласно ГОСТ 8240-89.Электродвигатель размещаем на швеллерах №12 согласно ГОСТ 8240-89.
Поскольку рама при сварке сильно коробится, то все базовые поверхности после сварки подвергаются правке (рихтовке).
Для крепления рамы к полу используются фундаментные болты диаметром 24 мм в количестве 8 штук.
Для данного привода принимаем следующие посадки:
шпоночное соединение полумуфты с входным валом - Н7/n6,
посадка подшипника на вал:
для наружного кольца - Н7,
для внутреннего кольца - k6,
посадка под манжету на быстроходном валу - h8, на тихоходном - d9.
Назначение допусков формы и расположения поверхностей производим в соответствии с ГОСТ 24643-81 в зависимости от размеров деталей. Числовые значения допуска округляем до стандартных,
Обозначение шероховатостей произведено в соответствии с ГОСТ 2309-73 и СТСЭВ 1632-79. От шероховатостей поверхностей деталей зависят износостойкость при всех видах трения, плавность хода, равномерность зазора. возможность повышения удельной нагрузки, прочность посадок с натягом, точность измерений.
Сборку редуктора производим в соответствии со сборочным чертежом.
Перед сборкой внутренние полости корпуса редуктора и крышки корпуса покрываем маслостойкой краской.
Сборку редуктора начинаем со сборки тихоходного вала. На тихоходный вал напрессовывают внутреннее кольцо подшипника с роликами предварительно нагретое в масле до и устанавливают шпонку. В корпус заводим червяк и через расточку под подшипник прошиваем вал в корпусе через червячное колесо, надеваем распорное кольцо, напрессовываем внутреннее кольцо с роликами второго подшипника и устанавливаем в корпус нагруженные кольца подшипников.
В червячный вал закладываем шпонку, напрессовываем цилиндрическое и червячное колесоо, надеваем распорную втулку и напрессовываем подшипники, собранный вал укладываем в основание корпуса.
На быстроходный вал устанавливаем шпонку и напрессовываем зубчатое колесо и напрессовываем подшипники. Вал устанавливаем в посадочные места.
Надеваем крышку корпуса на основание корпуса, покрываем предварительно поверхности стыка корпуса и крышки герметикам. Для обеспечения центровки, крышку на корпус устанавливаем с помощью двух конических штифтов, затем затягиваем болты крепящие крышку к корпусу. В сквозные крышки подшипников устанавливаем манжеты, на все крышки подшипников надеваем комплект металлических прокладок и крышки подшипников устанавливают в корпус. Прокладками регулируют червячное зацепление и осевой люфт в подшипниках. После этого крышки закрепляют болтами, валы должны проворачиваться от руки легко без заеданий.
Затем вворачивают пробку маслоспускного отверстия и жезловой маслоуказатель. Через люк заливают в корпус масло и закрывают люк крышкой, предварительно покрыв поверхности стыка тонким слоем герметика и закрепляют болтами. Собранный редуктор обкатывают и подвергают испытанию на стенде по программе установленной техническими условиями.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
d
dв
L
r
D