Главная страница

Курсовой проект Марараш Кирилл. Кинематический и силовой расчёт привода скребкового конвейера


Скачать 443.39 Kb.
НазваниеКинематический и силовой расчёт привода скребкового конвейера
Дата28.09.2022
Размер443.39 Kb.
Формат файлаdocx
Имя файлаКурсовой проект Марараш Кирилл.docx
ТипДокументы
#702448


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 ;

Тип электродвигателя










Частота вращения ротора n, мин - 1

2850

1410

950

Общее передаточное число uобщ = n / nпр. в ;

2850 / 85,98 = 33,14

1410 / 85,98 = 16,39

950 / 85,98 = 11,04

Передаточное число зубчатой передачи uзп = uобщ / uцп ;

33,14 / 2 = 16,57

16,39 / 2 = 8,195

11,04 / 2 = 5,52

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 :

Валы

I

II

III

IV

Передачи

муфта

зубчатая передача

цепная передача

кпд η

0,98

0,97

0,93

u

1

4

2,76

n, мин - 1

950

950

237,5

86,05

Р, кВт

3,28

3,21

3,11

2,89

Т, Н * м

32,97

32,31

125,36

321,77

min d вала

32 мм

7,5 3 TII

6,5 3 TIII

5,5 3 TIV




23,85

37,5

51,37

Полученные численные значения диаметров валов округляют до ближайших больших стандартных значений по ГОСТ 6636-69 :




24

38

53

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 :





= 675 = 37 мм ;



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 :

Параметры, формулы, размеры

Значение параметров

Модуль зуба m , мм

1,5

1,75

2

Число зубьев шестерни с округлением до целого числа

29

25

22

Число зубьев колеса с округлением до целого числа z2 = z1 u ;

116

100

88

Фактическое передаточное число u = z2 / z1 ;

4

4

4

Угол наклона зуба

14,0698

12,4458

10,8571

Осевой шаг Px =( π m / sin β ) мм

19,37

25,498

33,35

Коэффициент осевого перекрытия ε β = b w 2 / Px ;

1,75

1,33

1,01

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 :




= 190 * 2,44 * 0,771 * * =

= 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 ;

Размеры, мм

Грузоподъёмность, кН

Расчётные параметры

d

D

Tнаиб

В

С

r 1

r 2

С r

C 0r

e

Y

Y0

40

80

20

18

16

1,5

1,5

58,3

40,0

0,37

1,6

0,9

d min для тихоходного вала ≈ 40 мм , значит :

d под подшипник : 38 + 7 = 45 мм ;

обозначение подшипника : 7209 А ;

Размеры, мм

Грузоподъёмность, кН

Расчётные параметры

d

D

Tнаиб

В

С

r 1

r 2

С r

C 0r

e

Y

Y0

45

85

21

19

16

1,5

1,5

62,7

50,0

0,40

1,5

0,8



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) ;


написать администратору сайта