Курсовой проект Марараш Кирилл. Кинематический и силовой расчёт привода скребкового конвейера
Скачать 443.39 Kb.
|
1 2 3 4 Кинематический и силовой расчёт привода скребкового конвейера . Исходные данные для проектирования привода следующие: Натяжение ветвей грузонесущей ленты конвейера: ведущей F1 = 5,3 кН ; ведомой F2 = 2,1 кН ; скорость движения цепи V = 0,9 м/с ; шаг цепи конвейера t = 0,1 м ; число зубьев тяговых звёздочек конвейера z = 6 ; расстояние между звёздочками l = 0,6 м ; высота центра приводной станции h = 0,65 м ; ресурс работы привода Lh = 12 тыс. час ; находим диаметр делительной окружности тяговых звёздочек конвейера : Dзв = t/sin(180/z) = t/sin(180/6) = 0,1/sin 30 = 0,1/(1/2) = 0,2 м ; Выбор электродвигателя : Потребляемая мощность привода (мощность на выходе) скребкового конвейера : Рв = Ft V = (F1 – F2) V = (5,3 – 2,1) * 0,9 = 2,88 кВт , где - Ft ( кН ) – окружная сила на тяговой звёздочке цепного конвейера; V ( м/с ) – скорость движения грузовой цепи (окружная скорость звёздочки) Мощность на приводном валу ( валу 4 ) конвейера : Pпр. в. = P4 = Pв / ηпк = 2,88 / 0,99 = 2,90 кВт ; где ηпк = 0,99 – кпд опор (пара подшипников качения) приводного вала конвейера ; Требуемая расчётная мощность электродвигателя : Рэ. тр = Рпр. в. / ηобщ = 2,90 / 0,884 = 3,28 кВт ; где ηобщ = ηм * ηзп * ηцп = 0,98 * 0,97 * 0,93 = 0,884 – общий кпд привода, при последовательном соединении входящих в его кинематическую цепь звеньев ; ηм = 0,98 ; ηзп = 0,97 ; ηцп = 0,93 – соответственно кпд муфты, закрытой зубчатой передачи и открытой цепной передачи ; Частота вращения приводного вала конвейера : nпр. в. = η4 = 60 V / π Dзв = (60 * 0,9) / (3,14 * 0,2) = 54/0,628 = 85,98 мин – 1 ;
Разбивка общего передаточного числа привода по передачам : Передаточное число редуктора принимаем стандартное значение точного передаточного числа зубчатой передачи uзп = 4 . Тогда передаточное число одноступенчатого редуктора uред = uзп = 4 ; Точное передаточное число цепной передачи : uцеп = uобщ / uзп = 11,04 / 4 = 2,76 ; Определение кинематических и силовых параметров привода : Частоты вращения валов привода : n1 = n = 950 мин – 1 ; n2 = n1 = 950 мин – 1 ; т. к. валы I и II соединены через муфту ; n3 = n2 / uзп = 950 / 4 = 237,5 мин – 1 ; n4 = n3 / uцеп = 237,5 / 2,76 = 86,05 мин -1 = nпр. в. ; Мощность на валах приводов (расчёт по требуемой мощности двигателя) : Р1 = Рэ. тр = 3,28 кВт ; PII = Р1 * ηм = 3,28 * 0,98 = 3,21 кВт ; PIII = PII * ηзп = 3,21 * 0,97 = 3,11 кВт ; PIV = PIII * ηцп = 3,11 * 0,93 = 2,89 кВт ; Вращающиеся моменты на валах привода : TI = 9550 * (Р1 / n1 ) = 9550 * (3,28 / 950) = 32,97 Н * м ; TII = TI * ηм = 32,97 * 0,98 = 32,31 Н * м ; TIII = TII * uзп * ηзп = 32,31 * 4 * 0,97 = 125,36 Н * м ; TIV = TIII * uцеп * ηцп = 125,36 * 2,76 * 0,93 = 321,77 Н * м ; Результаты кинематического и силового расчёта привода представлены в таблице :
Полученные численные значения диаметров валов округляют до ближайших больших стандартных значений по ГОСТ 6636-69 :
Проектировочный расчёт по контактным напряжениям : Коэффициенты режима ( см. рисунок) : μ3 = ∑ 3 = 0,5 + 0,3 * 0,9 3+ 0,2 * 0,3 3 = 0,724 ; μ6 = ∑ 6 = 0,5 + 0,3 * 0,9 6 + 0,2 * 0,3 6 = 0,659 ; μ9 = ∑ 9 = 0,5 + 0,3 * 0,9 9 + 0,2 * 0,3 9 = 0,616 ; Допускаемые контактные напряжения при расчёте на сопротивление усталости суммарные числа циклов нагружения за срок службы находим : N∑ 1 = 60 nзац n1 Lh = 60 * 1 * 950 * 12000 = 6,84 * 10 8; N∑ 2 = N∑ 1 / u = 6,84 * 10 8/ 4 = 1,71 * 10 8 ; Эквивалентные числа циклов нагружения за срок службы : NHE1 = N∑ 1 μ3 = 6,84 * 10 8 * 0,724 = 4,95 * 10 8 ; NHE2 = NHE1 / u = 4,95 * 10 8 / 4 = 1,237 * 10 8 ; Находим базовые числа циклов : расчёт будем вести по средней твёрдости : шестерни – 50 HRCэ , колеса 250 HB ; NHG1 = 340 HRC 8 * 10 6 = 340 * 50 3,15 + 8 * 10 6 = 8,44 * 10 7 ; NHG2 = 30 HB 2,4 = 30 * 250 2,4 = 1,71 * 10 7 ; Поскольку NHE1 > NHG1 , NHE2 > NHG2 , то рассчитываем коэффициенты долговечности : ZN1 = = / = 0,91534 > 0,75 ; ZN2 = = / = 0,90579 > 0,75 ; Пределы контактной выносливости берём из таблице : σH lim 1 = 17 HRCэ + 200 = 17 * 50 + 200 = 1050 МПа ; σH lim 2 = 2 HB2 + 70 = 2 * 250 + 70 = 570 МПа ; коэффициенты запаса : - шестерни – SH1 = 1,1 ; - колеса – SH2 = 1,1 ; Находим допускаемые напряжения шестерни и колеса : [σ]H1 = (σH lim 1 ZN1 / SH1) * ZR ZV ZX = (1050 * 0,91534 / 1,1) * 0,9 = 786 МПа ; [σ]H2 = (σH lim 2 ZN2 / SH2) * ZR ZV ZX = (570 * 0,90579 / 1,1) * 0,9 = 423 МПа ; При проектировочном расчёте передач общего назначения принимают ZR ZV ZX = 0,9 ; Находим расчётное допускаемое напряжение : [σ]H = 0,45 * ([σ]H1 + [σ]H2 ) = 0,45 * (786 + 423) = 544 МПа ; [σ]H = 1,25 * [σ]H lim = 1,25 * 423 = 528,7 МПа ; За расчётное напряжение принимаем меньшее , т. е. [σ]H = 528,7 МПа ; Определение основных размеров зубчатой пары : Определяем начальный диаметр шестерни :
Определяем расчётную ширину колеса : bw = Ѱbd dw1 = 0,9 * 37 = 33,3 мм ; Определяем межосевое расстояние : aw = ((dw1 (и + 1) / 2) = ((37 * ( 4 + 1) / 2) = 92,5 мм ; Стандартные значения межосевых расстояний, мм по ГОСТ 2185-66 : стандартное межосевое расстояние : aw = 112 мм ; поскольку расчётное межосевое расстояние отличается от стандартного, то уточняем ширину колеса : bw треб.= bw расч. (aw расч. / aw )2 = 33,3 * (92,5 / 112)2 = 22,7 мм ; Принимаем ширину колеса bw2 = 23 мм, ширину шестерни bw 1 = bw 2 + 5 = 28 мм ; Определение основных параметров зубчатого зацепления : Модуль m ≈ (0,01 … 0,02) aw = (0,01 … 0,02)* 112 = 1,12 … 2,24 мм ; В указанных пределах находятся модули : 1,5 ; 1,75 и 2 ; Расчёт ведём для трёх вариантов ; Ориентировочно принимаем угол наклона зубьев β = 10 о; Результаты расчётов в таблице :
Выбираем что m = 1,75 и передача будет работать плавней . Диаметры зубчатых колёс : - делительные диаметры колёс : d1 = (m z1 / cos β) = ( 1,75 * 25 ) / cos 12,4458 = 44,8 мм ; d2 = (m z2 / cos β) = ( 1,75 * 100 ) / cos 12,4458 = 179,21 мм ; d1 + d2 = 44,8 + 179,21 = 224,01 = 2 a w – проверка ; - диаметры вершин зубьев : da 1 = d 1 + 2m (1 + x 1 – y) = 44,8 + 2 * 1,75 (1 + 0 + 0) = 48,3 мм ; da 2 = d 2 + 2m (1 + x 1 – y) = 179,21 + 2 * 1,75 (1 + 0 + 0) = 182,71 мм ; здесь коэффициенты смещения шестерни и колеса x 1 = x 2 = 0 и коэффициент воспринимаемого смещения Δ y = 0 ; - диаметры впадин : d f 1 = d 1 – 2m (1,25 – x 1 ) = 44,8 – 2 * 1,75 (1,25 – 0) = 40,425 мм ; d f 2 = d 2 – 2m (1,25 – x 1 ) = 179,21 - 2 * 1,75 (1,25 – 0) = 174,835 мм ; начальные диаметры не совпадают с делительными, так как колёса выполнены со смещением ; уточнение коэффициента относительной ширины зубчатого венца : Ѱbd = bw 2 / bw 1 = 23 / 28 = 0,821 ; Найдём коэффициент торцового перекрытия : ε a = [ 1,88 – 3,2 ( 1/z2 + 1/z1 )] cos β = [ 1,88 – 3,2 ( 1/100 + 1/25)] * cos 12,4458 = 1,68 ; Находим суммарный коэффициент перекрытия : ε y = ε a + ε b = 1,68 + 1,33 = 3,01 ; Размеры для контроля взаимного положения разноимённых профилей : Постоянная хорда , выраженная в долях модуля : Определяем постоянную хорду : sc = sc* m = 1,3816 * 1,75 = 2,41 ; Определяем высоту до постоянной хорды : h c = [( da 1 – d 1 ) – msc * tg α = 0,5 [( 48,3 – 44,8 ) – 1,75 * 1,3816 tg 20 o = 1,3101 ; Скорость и силы зацепления : Определяем окружную скорость : V = ( π dw 1 n 1 ) / 60000 = ( 3,14 * 37 * 950 ) / 60000 = 1,84 м/с ; Определяем окружную силу : Ft = ( 2000 * T2 ) / dw 2 = ( 2000 * 125,36 ) / 179,21 = 1399 Н ; Определяем радиальную силу : Fr = Ft * ( tg 20 o / cos β ) = 1399 * ( tg 20 o / cos 12,4458 ) = 521,3 Н ; Определяем осевую силу : F x = F t * tg β = 1399 * tg 12,4458 = 308,7 Н ; Размеры определяющие прокаливаемость : Колесо S2 = ( 5 … 6 ) m = 6 * 1,75 = 10,5 ; Проверочный расчёт по контактным напряжениям Уточнённое контактное напряжение при расчёте на сопротивление усталости :
= 427,3 ⩽ [σ]H = 586,6 МПа ; Условие прочности удовлетворяется Коэффициент, учитывающий форму сопряжённых поверхностей зубьев в полюсе зацепления , Z H = 2,44 ; Находим коэффициент , учитывающий суммарную длину контактных линий для косозубых колёс при ε β ≥ 1 ; Z ε = √ (1/ ε a) = √ (1/1,68) = 0,771 ; Находим коэффициент нагрузки : KH = KA KHV KH β KH α = 1 * 1,04 * 1,03 * 1,37 = 1,41 ; Принимаем КA = 1, так как циклограмма нагружения задана ; Коэффициент , учитывающий динамическую нагрузку в зацеплении KHV = 1,04 ; Коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по длине контактных линий будет KH β = 1,03 ; Находим коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по парам зубьев : KH α = 1 + (KH α0 - 1) * KH w = 1 + (2,02 – 1) * 0,36 ≈ 1,37 ; здесь KH α0 = 1 + 0,5 ( nст – 5)(1/Z ε2 – 1) = 1 + 0,5 * (8 – 5) * (1/0,7712 – 1) = 2,02 ; KH w = 0,36 – коэффициент , учитывающий приработку зубьев ; Коэффициент, учитывающий влияние исходной шероховатости поверхностей зубьев , ZR = 1 ; Коэффициент, учитывающий влияние окружной скорости , ZV =1 ; Коэффициент, учитывающий размеры зубчатого колеса , ZX = 1 ; Находим допускаемые напряжения шестерни и колеса : [σ]H1 = (σH lim 1 ZN1 / SH1) * ZR ZV ZX = (1050 * 0,91534 / 1,1) *1*1*1 = 873,7 МПа ; [σ]H2 = (σH lim 1 ZN2 / SH2) * ZR ZV ZX = (570 * 0,90579 / 1,1) *1*1*1 = 469,3 МПа ; Находим расчётное допускаемое напряжение : [σ]H = 0,45 * ([σ]H1 + [σ]H2 ) = 0,45 * (873,7 + 469,3) = 604 МПа ; [σ]H = 1,25 * [σ]H lim = 1,25 * 469,3 = 586,6 МПа ; За расчётное принимаем меньшее т. е. [σ]H = 586,6 МПа ; Проверочный расчёт на контактную прочность при действии максимальной нагрузки : σH max = σH √ ( T max / T ном ) = 427,3 * √ 2,2 = 634 МПа < σH max = 1652 МПа ; где σH max = 2,8 σТ = 2,8 * 590 = 1652 МПа – допускаемые контактные напряжения σТ =590 МПа – предел текучести материала колеса при HB = 250 ; Проверочный расчёт на усталость по напряжениям изгиба Расчёт на сопротивление усталости при изгибе : При расчёте следует определить наиболее слабый элемент передачи Поскольку [σ]F 1 / YFS1 = 310 / 3,82 = 81,2 < [σ]F 2 / YFS2 = 305 / 3,59 = 84,9 ; то проверку ведём для шестерни , как для более слабого элемента ; Проверочный расчёт на усталость по напряжениям изгиба : σ F 1 = ((Ft * KF) / (bw 2 * m)) * Y FS1 * Y β * Y ε = = ((1399 * 2,37)/(23 * 1,75)) *3,82 * 0,862 * 0,595 = 161,39 ⩽ [σ]F1 = 307 МПа ; Условие прочности выполняется Определяем коэффициент нагрузки : KF = KA KFV KF β KF α = 1 * 1,08 * 1,09 * 2,02 ≈ 2,37 ; Коэффициент, учитывающий внешнюю динамическую нагрузку принимаем KA = 1, так как циклограмма нагружения задана ; Коэффициент , учитывающий динамическую нагрузку в зацеплении KFV = 1,08 ; Коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по длине контактных линий будет KF β = 1,09 ; Находим коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по парам зубьев : KF α = KH α0 = 2,02 ; Находим коэффициенты , учитывающие форму зуба и концентрацию напряжений для колёс с внешним зацеплением : Z V1 = Z1 / cos2 β = 25 / cos212,4458 = 26 ; Z V2 = Z2 / cos2 β = 100 / cos212,4458 = 105 ; Тогда YFS1 = 3,82 ; и YFS2 = 3,59 ; Определяем коэффициент, учитывающий влияние угла наклона зуба : Y β = 1 - ε β ( β / 120о ) = 1 – 1,33 * (12,4458 / 120) = 0,862 ; Определяем коэффициент, учитывающий перекрытие зубьев : Y ε = 1 / ε a = 1 / 1,68 = 0,595 ; Определяем допускаемые напряжения при расчёте на сопротивление усталости при изгибе для шестерни и колеса : [σ]F1 = (σF lim 1 YN1 / SF1) * Yδ YR YX1 = (480 * 1 / 1,7) *1,041*1*1,045 = 307 МПа ; [σ]F2 = (σF lim 2 YN2 / SF2) * Yδ YR YX2 = (482 * 1 / 1,7) *1,041*1*0,826 = 244 МПа ; Определяем предел выносливости при изгибе : σ F lim1 = σ F lim1 0 Yz Yg1 Yd YA = 480 * 1*1*1*1 = 480 МПа ; σ F lim2 = σ F lim2 0 Yz Yg2 Yd YA = 438 * 1*1,1*1*1 = 482 МПа ; предел выносливости при изгибе , соответствующий базовому числу циклов : σ F lim1 0 = 480 МПа – для стали 40Х при сквозной закалке ТВЧ ; σ F lim2 0 = 1,75 HB2 = 1,75 * 250 = 438 МПа ; Коэффициент, учитывающий способ получения заготовки , Yz = 1 ; Коэффициент Yg , учитывающий влияние шлифования переходной поверхности зубьев : при шлифовальной поверхности : Yg1 = 1 ; Yg2 = 1,1 ; Коэффициент Yd , учитывающий влияние деформационного упрочнения или электрохимической обработки , при отсутствии упрочнения Yd = 1 ; Коэффициент, учитывающий влияние характера приложения нагрузки : при односторонним приложении нагрузки YA = 1 ; Коэффициент запаса при изгибе : SF1 = 1,7 ; SF2 = 1,7 ; Находим эквивалентные числа циклов при изгибе : N FE1 = N∑ 1 μ F1 = 6,84 * 10 8 * 0,659 = 4,5 * 10 8 ; N FE2 = N∑ 2 μ F2 = 1,71* 10 8 * 0,659 = 1,1 * 10 8 ; Находим коэффициенты режима работы , так как qF1 = qF2 = 6 , то : μF1 = μF2 = μ6 = ∑ 6 = 0,5 + 0,3 * 0,9 6 + 0,2 * 0,3 6 = 0,659 ; Поскольку N FE1 > N FG1 = 4 * 10 6 , а N FE2 > N FG2 = 4 * 10 6 , то YN1 = YN2 = 1 ; Определяем коэффициент , учитывающий градиент напряжений : Yδ = 1,082 – 0,172 lg m = 1,082 – 0,172 * lg 1,75 = 1,041 ; При шлифовании и зубофрезеровании с шероховатостью не более Ra = 40 мкм YR = 1 ; Находим коэффициенты, учитывающие размеры зубчатого колеса : YX1 = 1,05 – 0,000125 dw1 = 1,05 – 0,000125 * 37 = 1,045 ; YX2 = 1,05 – 0,000125 dw2 = 1,05 – 0,000125 * 179,21 = 0,826 ; Расчёт на изгибную прочность при максимальной нагрузке : σ F 1 max = σ F 1 * ( KAS / KA ) = 161,39 * (2,5 / 1) = 403,4 < [ σ ] F 1 max = 1478 МПа ; условие прочности выполняется Определяем напряжения изгиба при максимальной нагрузке : [ σ ] F 1 max = ( σF St10 / SFSt 1 ) * YgSt 1 * YdSt *YX1 = (2250 / 1,75) * 1,1 * 1 * 1,045 = = 1478 МПа ; где σF St10 = 2250 МПа – базовое предельное напряжение ; SFSt 1 = 1,75 – коэффициент запаса прочности ; YgSt 1 = 1,1 – коэффициент, учитывающий влияние шлифования переходной поверхности зуба ; YdSt = 1 - коэффициент, учитывающий влияние деформационного упрочнения при шлифованной переходной поверхности зубьев ; YX1 = 1,045 – коэффициент, учитывающий размеры зубчатого колеса ; Расчёт шпоночных соединений на смятие : d под подшипник > d min на 6…8 мм и оканчивается на 0 или 5 ; dв (под колесо) > d под подшипник на 6…10 мм ; d эл. двигателя = 32 мм ; Для быстроходного вала редуктора принимаем 32 мм, так как стоит соединительная муфта, значит : d под подшипник для этого вала 32 + 8 = 40 мм ; обозначение подшипника : 7208 А ;
d min для тихоходного вала ≈ 40 мм , значит : d под подшипник : 38 + 7 = 45 мм ; обозначение подшипника : 7209 А ;
dв (под колесо) : 45 + 7 = 52 мм ; Диаметр вала d св. 50 до 58 мм ; Сечение шпонки h = 11 мм ; ширина шпонки b = 18 мм ; Глубина паза ступицы t 1 = 7 мм ; Длина l = от 50 до 200 мм ; l раб = (2000 ТВ ) / (dB ( h – t 1 )[ σ ]см = = (2000 * 125,36) / (52 * (11 – 7) * 110 ≈ 11 мм ; [ σ ]см = 110 … 180 МПа для стальных ступиц (зубчатые колёса) ; |