Детали машин и основы проектирования

Содержание

1.Задание……………………………………………………………………………………………………………3

2.Схема приводной станции………………………………………………………………………………4

3.Исходные данные……………………………………………………………………………………………5

4.Поряд расчета………………………………………………………………………………………………….6

5. Выбор и расчет передаточного механизма. Определение частоты вращения приводного вала конвейера…………………………………………………………….7

6. Расчет и выбор соединительной муфты по принятой схеме привода……….12

7. Расчет приводного вала конвейера…………………………………………………………….13

8. Расчет и выбор подшипников вала……………………………………………………………..19

9. Расчет шпонок………………………………………………………………………………………………22

10.Список литературы……………………………………………………………………………………..25

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Задание

 

Рассчитать приводную станцию  пластинчатого конвейера.

 

2.Схема приводной станции.

 

Рис.1

На валу электродвигателя (1) установлена ведущая звездочка (2),от которой цепь (3) передает вращение на ведомую звездочку (4), которая установлена на быстроходном редукторе(5).Тихоходный вал редуктора с помощью зубчатой муфты(6) соединяется с приводным валом конвейера (7).На валу конвейера установлены приводные звездочки конвейера (8).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.Исходные данные

 

Обозначение параметров

Окружное усилие на звездочках W0,кН	Усилие в цепи, сбегающей с одной звездочки Fсб,кН	Диаметр звездочек конвейера D,м	Расстояния от звездочек до опор L1,м	Скорость V,м/с
14	1,1	0,5	0,3	0,2

 

4.Порядок расчета

 

1.Определение мощности двигателя.

Мощность двигателя определяется по формуле:

P=h, кВт   (1)

Где W₀=14 кН=14000 Н

размерность окружного усилия H коэффициент полезного действия

h = 0,85

P==3,3 (кВт)

Асинхронный электродвигатель серии А4

Типоразмер двигателя	Мощность, кВт	Частота вращения,мин-1
4A112MA6Y3	3	955

 

 

5.Выбор и расчет передаточного механизма. Определение частоты вращения приводного вала конвейера.

 

Частота вращения приводного вала конвейера  определяется по формуле:

n_в=p, мин^-1   (2)

где D_зв- диаметр звездочек, м

n_в== 7,64

Определение общего передаточного  отношения.

i₀=, (3)

где – частота вращения двигателя

i₀== 125

Выбор кинематической схемы привода  в связи с тем, что скорость пластинчатого конвейера мала, в  приводе приняты два вида передач:

- зубчатая в виде редуктора

- цепь

Выбор редуктора

Наиболее простыми и компактными  являются цилиндрические двухступенчатые  редукторы типа Ц2.Наибольшее передаточное отношение у таких редукторов равно

I_p=50,94

Редуктор цилиндрический.

Определение передаточного отношения цепной передачи.

 

Общее передаточное отношение равно

i₀=n_p*n_ц, (4)

где n_р=50,94 – передаточное число редуктора, n_ц – передаточное число цепной передачи

Требуемое передаточное число цепной передачи

i_ц=   (5)

i_ц==2,45

Расчет  цепной передачи

 

Цепная передача установлена на быстроходной ступени передаточного  механизма.Число зубьев ведущей  звездочки можно определить по формуле:

Z₁=29-2*i_ц   (6)

Z₁=29-2*2,45=24

Число зубьев ведомой звездочки

Z₂= Z₁* i_ц   (7)

Z₂=24*2,45=59

Выбор типа цепи

В цепных передачах могут применяться 2 типа приводных цепей:

- приводные втулочные (ПВ)

- приводные роликовые (ПР)

Сравнительная оценка цепей

*Втулочные цепи:

- меньше масла и стоимость

- больше износ цепи и звездочек

*Роликовые цепи:

-больше масса и стоимость

-меньше износ цепи и звездочек

Исходя из высокой износостойкости, целесообразно для данного привода  принять роликовую цепь.

Достоинства цепных передач.

1)Способность передавать большие  усилия

2)Постоянство передаточного отношения

3)Передаточные отношения больше, чем у ременных передач(до 15 вместо 7)

4)Не требуют большой предварительной  натяжки

Недостатки цепных передач.

1)Сложное изготовление цепей  и звездочек

2)Необходимость смазки

3)Износ цепей в шарнирах

4)Шум при работе

Расчет цепных передач.

Основа расчета цепи – обеспечение  износостойкости.

Выбор типоразмера цепи.

Типоразмер цепи можно выбрать  по мощности, на которую должна быть рассчитана цепь (расчетная мощность цепи).

Р_р=Р*К_э   (8)

Р – передаваемая мощность

К_э – коэффициент эксплуатации

Коэффициент эксплуатации зависит  от:

1)Длины цепи

2)Способа смазки цепи

3)Способа натяжки цепи

4)Длительность работы в сутки

5)Наличия динамических нагрузок

Коэффициент эксплуатации определяется по формуле:

К_э=К_д*К_рег*К_см*К_реш (9)

К_д – коэффициент динамичности, при умеренно переменных нагрузках

К_д=1,3

К_рег – коэффициент учитывающий способ регулирования натяжения цепи, при наличии прижимных роликов

К_рег=1,1

К_см – коэффициент, учитывающий способ смазки при внутришарнирной смазке

К_см=1,4

К_реж=1,25(при двухсменной работе)

 

Выбор типоразмера цепи

Типоразмер	Шаг цепи, мм	Расчетная мощность, кВт
ПР-15,875-2	15,875	9,63

 

Исходя из расчетной мощности принимается роликовая цепь типа ПР-15,875-2 с шагом равным t_ц=15,875 мм.

Расчет динамических звездочек. Диаметр  ведущей(малой) звездочки определяется по формуле:

d₁=  (10)

d₁==122,11

Диаметр ведомой звездочки будет  равен

d₂=d₁* i_ц   (11)

d₂=122,11*2,45=299,17

Расчет межосевого расстояния(а).По межосевому расстоянию определяется длина цепи.

Чем больше (а),тем длиннее цепь  и тем реже звенья входят в зацепление с зубьями(хорошо),при этом цепь больше провисает, больше ее вес и стоимость(плохо).

Рекомендуется принять

а=(30…50)t_ц   (12)

Прием

а=35 t_ц   (13)

а=35*15,875=555

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6.Расчет и выбор соединительной муфты по принятой схеме привода(рис. 1).

Муфта должна соединять тихоходный вал редуктора  с приводным валом конвейера.

Обоснования выбора типа муфты.

Особенности места установки муфты:

- на этих валах действует  наибольший крутящий момент

- оси обоих валов имеют несоосность

Типоразмер  муфты выбирается по расчетному крутящему  моменту.

 

М_кр.м.=М_в*К_д   (14)

М_в – крутящий момент на валу конвейера

М_в=, н*м  (15)

М_в=14000*=3500 н*м

М_кр.м.=3500*1,3=4550

Пластичные конвейеры имеют  очень большую массу, поэтому  в период пуска возникают значительные динамические нагрузки.

К_д=2,5 - коэффициент динамичности

Зубчатые  муфты типа М3

Номер муфты	Крутящий момент, н*м
4	5600

 

Исходя из полученного значения расчетного крутящего момента, следует  принять муфту №4.

 

7.Расчет приводного вала конвейера.

Вал испытывает изгиб и кручение .Изгиб возникает от давления создаваемого приводными звездочками конвейера. Кручение создается крутящим моментом непередаваемым на вал от редуктора.

Порядок расчета вала.

Вал рассчитывается в 2 этапа:

1)Проектный расчет

2)Проверочный расчет

Первый  этап расчета.

На первом этапе по расчетным  нагрузкам определяется диаметр  вала. На этом этапе не учитываются  элементы ослабляющие вал(шпоночные  канавки, напряжения от плотной посадки  звездочек, перепады диаметров).

Проектный расчет вала.

Расчетная схема вала представлена на рисунке 2.

Расчетная схема вала.

 

 

Рис.2

Определение нагрузок на вал.

Поперечные нагрузки F создаются напряжением цепей.

Поперечные  нагрузки.

Нагрузка на каждую звездочку создается  натяжением цепи. 

Сила F соответствует сумме сил

 

F=F_нб+F_сб

 

Рис.3

F_нб – усилие в цепи в точке набегания ее на приводную звездочку конвейера

F_сб – усилие в цепи в точке сбегания ее с приводной звездочки

Сила F соответствует сумме сил

F= F_нб+ F_сб   (16)

Значение силы F_сб дано в таблице исходных данных.

Сила F_нб определяется по формуле:

F_нб= F_сб+W₀₁,

Где W₀₁=0,5*W₀ – окружное усилие на одной звездочке.

Исходя из приведенных формул, нагрузка на вал создаваемая одной звездочкой будет равна

F=2 F_сб+0,5 W₀   (17)

F=2*1100+0,5*14000=9200 н

Определение реакций опор по симметричной нагрузке(см.расчетную  схему).

R_a=R_b=F  (18)

 

Расчет  изгибающего момента.

Изгибающий момент в сечении  под звездочкой будет равен

М_и=R_a*L₁=F*L₁, н*мм   (19)

L₁ – расстояние между звездочкой и опорами, предварительно можно принять L₁=300 мм

М_и=9200*300=2,76*10⁶

Расчет  крутящего момента.

Крутящий момент определяется по формуле:

М_кр= н*м   (20)

М_кр=14000=3,5*10⁶

Понятие о эквивалентном моменте.

На валу действуют одновременно как изгибающий, так и крутящий моменты. При расчетах их заменяют одним, который по своему воздействию эквивалентен указанным двум.

Эквивалентный момент

М_экв=ÖМ_и²+0,75М_кр²   (30)

Эквивалентное напряжение

s_эк=£[s_-1]   (31)

где W – момент сопротивления сечения,мм³

Момент сопротивления круглого сечения равен W=0,1d³

где d – диаметр вала в данном сечении,мм

[s_-1] -допускаемое напряжение,МПа

Для стали 45 [s_-1]=165 МПа

Эквивалентное напряжение

s_эк=£[s_-1]

М_экв=Ö(2,76*10⁶)²+0,75*(3,5*10⁶)²=4,1*10⁶

Определение диаметра вала в месте  посадки ступиц звездочки.

d_ст=³Ö[s]   (32)

d_ст=85 (мм)

Ряд стандартных значений диаметров - 85 мм.

Исходя из ряда стандартных значений диаметров d_ст=85 мм

Конструктивная  проработка вала.

Для удобства установки и осевой фиксации подшипников и звездочек  вал делается ступенчатым. Концевые участки вала, на котором устанавливаются  подшипники, называющиеся цапфами. Диаметр  цапфы можно принять равным(число  должно быть кратным 5).

d_ц=d_ст-10,мм   (33)

d_ц=85-10=75 мм

Проверочный расчет вала.

Поскольку при проектном расчете  не учитывались конструктивные факторы  вызывающие местные концентрации напряжений(шпоночные  канавки, напряженные посадки звездочек), то необходимо проверить вал на эти факторы.

Проверка заключается в определении  фактического коэффициента запаса прочности  n_ф.Условие прочности будет обеспеченно, если

n_ф³[n]   (34)

где [n]=2 – допускаемый коэффициент запаса прочности.

Фактический коэффициент запаса прочности  определяется по формуле:

n_ф=stÖst   (35)

где n_s - коэффициент запаса прочности по изгибу,

n_t - коэффициент запаса прочности по кручению.

Расчет коэффициента запаса прочности

n_s=sses*b   (36)

где s_-1 – предел выносливости при изгибе, для стали 45 s_-1 МПа

s_а – амплитуда колебаний напряжений при изгибе, МПа

K_s- эффективный коэффициент концентрации при изгибе

e - масштабный фактор

b - коэффициент упрочнения

Амплитуда колебаний напряжений при изгибе(момент н*мм)

s_а=, МПа   (37)

s_а==45 (МПа)

Коэффициент запаса прочности при кручении.

n_t=ttet*b  (38)

t_-1 – предел выносливости при кручении, для стали 45 t_-1=180МПа

K_t- эффективный коэффициент концентрации при кручении

Амплитуда колебаний напряжений при кручении

t_а=, МПа   (39)

t_а==14

Показатели  для шпоночной канавки.