Привод ленточного транспортера 3

Привод ленточного транспортера 3

Московский Государственный Технический Университет им. Н.Э. Баумана





Кафедра «Детали Машин»



Привод ленточного транспортёра

Пояснительная записка



ДМ 416-02.00.00.ПЗ



Студент ( ) Группа ИБМ

подпись 

Руководитель проекта ( ) 

подпись



Москва, 2007

Техническое задание. 2

Подготовка исходных данных для расчета редуктора на ЭВМ и выбор электродвигателя 3

Подготовка данных для расчёта на ЭВМ 4

Расчет цилиндрического двухступенчатого редуктора 4

Материалы и термообработка деталей передач. 5

Определение диаметров валов 6

Расчёт диаметров и длин ступиц 6

Быстроходное колесо 6

Тихоходное колесо 6

Расчет соединений с натягом, шпоночных и шлицевых соединений 7

Шпоночные соединения 7

Соединения с натягом 8

Расчёт корпуса 9

Расчет валов и подшипников качения 10

Определение сил реакций в опорах валов 10

Построение эпюр изгибающих и крутящих моментов 11

Расчет валов на прочность по на статическую прочность и сопротивление усталости 14

Подбор подшипников 19

Подбор и расчёт муфты. 22

Выбор масла и уплотнения для редуктора 22

Расчёт приводного вала. 23

Список литературы. 28


Техническое задание.

Ленточный транспортёр – машина непрерывного транспорта для горизонтального перемещения различных грузов, устанавливаемая в отапливаемом помещении.

Спроектировать его привод, состоящий из двухступенчатого мотор-редуктора (асинхронный электродвигатель и цилиндрический двухступенчатый прямозубый двухпоточный редуктор по соосной схеме (2-я ступень с внутренним зацеплением)), а также приводной вал с барабаном штампосварной конструкции и муфтой. Исполнение двигателя IM 3081, степень защиты IP44.



Технические требования.



а. Электропитание от сети переменного 3-х фазного тока с частотой 50 Гц и напряжением 380 В.

б. Типовой режим нагружения – 3, режим работы S1.

в. Расчётный ресурс 10000 часов при надёжности подшипников качения 90%, зубчатых передач 98%.

г. Изготовление серийное 1000 штук в год.

д. Приводная станция смонтирована на сварной раме транспортёра.



Исходные данные.



Окружная сила Ft, кН

3,2

Скорость ленты V, м/с

0,8

Диаметр барабана D, мм

315

Длина барабана B, мм

500


Подготовка исходных данных для расчета редуктора на ЭВМ и выбор электродвигателя

Требуемая мощность асинхронного электродвигателя:

, где 



- общий КПД привода;

- ориентировочное значение КПД редуктора;

- КПД упругой муфты;

- КПД пары подшипников приводного вала



Частота вращения приводного вала :





Частота вращения тихоходного вала редуктора :





Предварительная частота вращения электродвигателя:



где u’ = 30 – предварительное передаточное отношение редуктора.



Выбираем двигатель исходя их условий:

1. Рэ  Pэл

2. n’э ~ nэ

Исходя из наших данных выбираем двигатель 100S4/1410

Pэл = 3 кВт

nсинх. = 1500 мин-1

nэл. = 1410 мин-1

dэл. = 28 мм



Расчёт действительного передаточного отношения редуктора:





Расчёт момента на приводном валу:




Подготовка данных для расчёта на ЭВМ 

Зубчатый цилиндрический двухступенчатый редуктор по соосной схеме с тихоходной ступенью внутреннего зацепления.

Вращающий момент на тихоходном валу, Н*м ТТ = 519,1 Н*м 

Частота вращения тихоходного вала, мин-1 nТ = 48,53 мин-1

Расчётный ресурс работы, час 10000 часов

Режим нагружения III

Передаточное отношение механизма U = 29,05

Коэффициент ширины венца 0,250

Степень точности 8

Коэффициент запаса по изгибной прочности 2,2

Твёрдость поверхности шестерни, HRCэ варьируется

колеса, HRCэ варьируется

Минимально допустимое число зубьев шестерни 12

Отношение передаточных чисел ступеней варьируется

Угол наклона зубьев тихоходной передачи 0

Расчет цилиндрического двухступенчатого редуктора

Расчетредукторабыл проведен с помощью ЭВМ. При проектировании двухступенчатого редуктора необходимо решить вопрос о распределении известного общего передаточного числа uред. между быстроходной uб и тихоходной uт ступенями редуктора (uред. = uб*uт ). Поэтому в программе предусматривается проведение расчетов при различных отношения uб/uт. В программе также варьируется термообработка колес, которая очень существенно влияет на массу редуктора и его стоимость.

По рассчитанным данным ищется оптимальный вариант конструкции, учитывающий минимальную массу редуктора, минимальную стоимость и габариты. Также необходимо учитывать следующие требования : диаметр шестерни быстроходной ступени не должен снижать жесткость вала; возможность размещения в корпусе подшипников валов быстроходной и тихоходной ступеней; зубчатое колесо быстроходной ступени не должно задевать за тихоходный вал; зубчатые колеса обоих ступеней должны погружаться в масляную ванну примерно на одинаковую глубину.


Материалы и термообработка деталей передач. 

В качестве типа обработки передач был выбран II. Шестерни – закалка ТВЧ, колёса – улучшение.

Выбор материалов деталей:

Быстроходный вал-шестерня и промежуточный вал-шестерня – Сталь 40Х

Тихоходный вал – Сталь 45

Колесо быстроходное в сборе:

Материал основы колеса – Сталь 40Х

Материал упругих элементов (пружины растяжения сжатия) – Сталь 40Х13


Определение диаметров валов

Быстроходный вал :



Принимаем: d = 32 мм, чтобы не ослаблять шестерню входного вала.

dБД = 42 мм – диаметр полой части вала для сопряжения в выходным валом электродвигателя.



Промежуточный вал :

Принимаем : 

Диаметры вала для посадки подшипников из сборочных соображений принимаем:









Тихоходный вал :

Принимаем : 








Расчёт диаметров и длин ступиц Быстроходное колесо 

Определение длины ступицы.





Определения диаметра ступицы.

Материал колеса – Сталь



Тихоходное колесо 

Определение длины ступицы.





Определения диаметра ступицы.

Материал колеса – Сталь




Расчет соединений с натягом, шпоночных и шлицевых соединений Шпоночные соединения 

Шпоночное соединение для передачи вращающего момента с электродвигателя на быстроходный вал.



Диаметр вала : 

Передаваемый момент : 

Тип шпонки : призматическая











Окончательно выбираем : 



«Шпонка 8х7х28 ГОСТ 23360-78»



Шпоночное соединение для передачи вращающего момента с тихоходного вала на муфту.



Диаметр вала : 

Передаваемый момент : 

Тип шпонки : призматическая











Окончательно выбираем : 



«Шпонка 10х8х63 ГОСТ 23360-78»

Соединения с натягом

а). Соединения с натягом промежуточного вала с колесом

1. Среднее контактное давление (Н/мм2 )



2. Деформация деталей (мкм)







3. Поправка на обмятие микронеровностей : 





4. Потребный измеренный натяг (мкм),с учётом смятия микронеровностей:





5. Максимальный натяг (мкм), допускаемый прочностью деталей









6. Выбор посадки

Из таблицы для и выбираем посадку H7/u7



7. Температура нагрева колеса

Для диаметра d=33 мм Zсб=10 мкм. Коэффициент линейного расширения для стали 

, что является допустимым



б). Соединения с натягом тихоходного вала с колесом

1. Среднее контактное давление (Н/мм2 )



2. Деформация деталей (мкм)







3. Поправка на обмятие микронеровностей : 





4. Потребный измеренный натяг (мкм),с учётом смятия микронеровностей:





5. Максимальный натяг (мкм), допускаемый прочностью деталей









6. Выбор посадки

Из таблицы для и выбираем посадку H7/u7



7. Температура нагрева колеса

Для диаметра d=56 мм Zсб=10 мкм. Коэффициент линейного расширения для стали 

, что является допустимым

Расчёт корпуса

Материал корпуса – серый чугун не ниже марки СЧ15.

Метод изготовления – литьё.

Толщину стенки корпуса рассчитываем через приведённый габарит N.

N, м

0.4

0.6

1.0

1.5

2.0

, мм

7

8

10

12

14





Принимаем =8 мм.

Диаметр винтов для крепления частей корпуса.



Расстояние между деталями.



Между подвижными и неподвижными.



Между подвижными деталями





Между дном корпуса и поверхностью колёс




Расчет валов и подшипников качения Определение сил реакций в опорах валов Тихоходный вал редуктора

а) Сила, действующая на выходной конец вала со стороны муфты :







Силы реакций в опорах вала : 

б) Силы реакций в опорах вала от радиальной и осевой нагрузки :

Данные силы реакций находятся в плоскости XZ :







в) Силы реакций в опорах вала от окружной нагрузки :

Данные силы реакций находятся в плоскости YZ :







г) Суммарные силы реакций в опорах тихоходного вала :








Промежуточный вал редуктора 

а) Силы реакций в опорах вала от радиальной осевой нагрузки :

Данные силы реакций находятся в плоскости XZ :







б) Силы реакций в опорах вала от окружной нагрузки :



Данные силы реакций находятся в плоскости YZ :





в) Суммарные силы реакций в опорах промежуточного вала :






Построение эпюр изгибающих и крутящих моментов
Расчет валов на прочность по на статическую прочность и сопротивление усталости 

Тихоходный вал

Наиболее нагруженным является тихоходный вал редуктора, таким образом проведем для него следующие расчеты : 



- расчет на статическую прочность;

- расчет на сопротивление усталости;

Исходные данные для расчета :



Марка стали

Твердость (не ниже)

Механические характеристики Н/мм2















45

270

900

650

390

410

230



Предположительно, наиболее опасным сечением относительно совместного изгиба и кручения является сечение 1 :





, где Кп – коэффициент отношения максимального вращающего момента электродвигателя к номинальному. (Для большинства электродвигателей Кп=2,2)



Осевой момент сопротивления сечения :





Момент сопротивления сечения при кручении :







Касательное и нормальное напряжение:





Коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям:





Общие коэффициент запаса прочности:





Предположительно, наиболее опасным сечением относительно усталостной прочности является сечение 1 :



Амплитуда напряжений цикла в опасном сечении :











Коэффициенты концентрации напряжений в рассматриваемом сечении 







Пределы выносливости вала :







Коэффициенты запаса по нормальным и касательным напряжениям:







Расчетный коэффициент запаса прочности :







Таким образом условие сопротивления усталости для сечения 1 выполнено.



Промежуточный вал

Проведем для промежуточного вала следующие расчеты: 



- расчет на статическую прочность



Исходные данные для расчета :



Марка стали

Твердость (не ниже)

Механические характеристики Н/мм2















40Х

270

900

750

450

410

240



Предположительно, наиболее опасным сечением относительно совместного изгиба и кручения является сечение 1 :







Осевой момент сопротивления сечения :





Момент сопротивления сечения при кручении :







Касательное и нормальное напряжение:





Коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям:





Общие коэффициент запаса прочности:





Быстроходный вал

Проведем для промежуточного вала следующие расчеты: 



- расчет на статическую прочность



Исходные данные для расчета :



Марка стали

Твердость (не ниже)

Механические характеристики Н/мм2















40Х

270

900

750

450

410

240



Предположительно, наиболее опасным сечением относительно совместного изгиба и кручения является сечение 1 :







Осевой момент сопротивления сечения :





Момент сопротивления сечения при кручении :







Касательное и нормальное напряжение:





Коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям:





Общие коэффициент запаса прочности:



Подбор подшипников
Подбор подшипников качения для опор тихоходного вала

Исходные данные для расчета :



Частота вращения вала 



48,5

мин-1

Диаметр вала 



55

мм

Требуемая долговечность подшипников



10000

ч

Эквивалентная сила реакции в опоре A



5708,5

Н

Эквивалентная сила реакции в опоре Б 



11404,4

Н



Предварительно принимаем подшипники шариковые радиальные однорядные легкой серии 211 :





Размеры

Грузоподъемность (кН)



d

D

b

r

Cr

C0r

211

55

100

21

2,5

43,6

25



Наиболее нагруженной является опора Б, следовательно расчет будем проводить для нее. Таким образом, получаем :



Для типового режима нагружения III коэффициент эквивалентности 



Эквивалентная динамическая радиальная нагрузка при 





Требуемая динамическая грузоподъемность :







Так как , то выбранный подшипник подходит.



Ресурс подшипника :





Таким образом, окончательно выбираем подшипники шариковые радиальные однорядные легкой серии 211


Подбор подшипников качения для опор промежуточного вала

Исходные данные для расчета :



Частота вращения вала 



263.1

мин-1

Диаметр вала 



30/35

мм

Требуемая долговечность подшипников



10000

ч

Эквивалентная сила реакции в опоре A



936,9

Н

Эквивалентная сила реакции в опоре Б 



3515,8

Н



Предварительно принимаем подшипники шариковые радиальные однорядные легкой/средней серии 207/306 :





Размеры

Грузоподъемность (кН)



d

D

b

r

Cr

C0r

207

35

72

17

2

25,5

13,7



Размеры

Грузоподъемность (кН)



d

D

b

r

Cr

C0r

306

30

72

19

2

28,1

14,6



Расчёт опоры А. Подшипник 306.



Для типового режима нагружения III коэффициент эквивалентности 



Эквивалентная динамическая радиальная нагрузка при 





Требуемая динамическая грузоподъемность :







Так как , то выбранный подшипник подходит.



Ресурс подшипника :





Таким образом, окончательно выбираем подшипники шариковые радиальные однорядные легкой серии 306



Расчёт опоры Б. Подшипник 207.



Для типового режима нагружения III коэффициент эквивалентности 



Эквивалентная динамическая радиальная нагрузка при 





Требуемая динамическая грузоподъемность :







Так как , то выбранный подшипник подходит.



Ресурс подшипника :



Таким образом, окончательно выбираем подшипники шариковые радиальные однорядные легкой серии 207


Выбор посадок колец подшипников

Тихоходный и промежуточный валы редуктора устанавливается на подшипниках шариковых радиальных. Внутреннее кольцо подшипника вращается вместе с валом относительно действующей радиальной нагрузки и имеет циркулярное нагружение. 

а) Для опор тихоходного вала:

Отношение эквивалентной динамической нагрузки к динамической грузоподъемности :



, следовательно принимаем поле допуска вала k6;



б) Для опоры промежуточного вала: 

Опора А:



, следовательно принимаем поле допуска вала k6

Опора Б:



, следовательно принимаем поле допуска вала k6

Поле допуска отверстий для посадки внешних колец: H7.


Подбор и расчёт муфты. 

Муфта используется для передачи момента с тихоходного вала редуктора на приводной вал ленточного транспортёра.

Для данного механизма возьмём компенсирующую цепную муфту по ГОСТ 20742-81.

Допустимые смещения каждого вида:

Радиальное ∆=0,4 мм

Угловое  до 1о

Так как допускаемые радиальные смещения малы, то для достижения требуемой соосности валов, соединяемых цепными муфтами, должны быть применены компенсирующие прокладки.

Число звеньев в цепи – 14

Цепь по ГОСТ 13568-75 – Пр-31,75-8850


Выбор масла и уплотнения для редуктора

Частота вращения тихоходного вала : 

Окружная скорость колеса : 

Так как окружная скорость тихоходного колеса < 1 м/с в масло должны быть погружены колёса обеих ступеней.



Контактные напряжения : 

Целесообразно использовать масло :«И-Г-С-100»



Система смазывания - картерная



Глубина погружения колеса в масляную ванну тихоходного колеса:







При данной глубине погружения быстроходное колесо также погружено в масло.

Принимаем : 



Выходные концы валов редуктора имеют манжетные уплотнения по ГОСТ 8752-79

Для герметизации разъёмов корпуса при сборке применяем анаэробный герметик Анатерм-6В ТУ 6-01-1215-79.


Расчёт приводного вала.

Вал соединяется с муфтой с помощью конического конца по ГОСТ 12081-72 Тип 1. Конический конец по размерам полностью соответствует концу выходного вала редуктора.

Начальный диаметр конуса – 45 мм

Диаметр для посадки подшипников – 55 мм

Диаметр для посадки барабана транспортера – 56 мм



Для передачи момента с вала на барабан используется шпонка

Расчёт шпоночного соединения приводного вала и барабана транспортёра.

Диаметр вала : 

Передаваемый момент : 

Тип шпонки : призматическая







Окончательно выбираем : 



«Шпонка 16х10х70 ГОСТ 23360-78»



Расстояние между центрами подшипников:

, где

В – длина барабана. (В=500 мм)



Расчёт шпоночного соединения приводного вала и муфты.



Для данного соединения используется та же шпонка, что и для соединения тихоходного вала редуктора с муфтой, т.е. «Шпонка 10х8х63 ГОСТ 23360-78»



Определение реакций в подшипниках



а) Силы реакций в опорах вала от радиальной осевой нагрузки :

Данные силы реакций находятся в плоскости XZ :







б) Силы реакций в опорах вала от окружной нагрузки :



Данные силы реакций находятся в плоскости YZ :





в) Суммарные силы реакций в опорах приводного вала :





Построение эпюр изгибающего и крутящего моментов для приводного вала



Подбор подшипников для приводного вала



Исходные данные для расчета :



Частота вращения вала 



48,5

мин-1

Диаметр вала 



55

мм

Требуемая долговечность подшипников



10000

ч

Эквивалентная сила реакции в опоре A



1498,8

Н

Эквивалентная сила реакции в опоре Б 



2844,34

Н



Предварительно принимаем подшипники шариковые радиальные однорядные легкой серии 211 :





Размеры

Грузоподъемность (кН)



d

D

b

r

Cr

C0r

211

55

100

21

2,5

43,6

25



Наиболее нагруженной является опора Б, следовательно расчет будем проводить для нее. Таким образом, получаем :



Для типового режима нагружения III коэффициент эквивалентности 



Эквивалентная динамическая радиальная нагрузка при 





Требуемая динамическая грузоподъемность :







Так как , то выбранный подшипник подходит.



Ресурс подшипника :





Таким образом, окончательно выбираем подшипники шариковые радиальные однорядные легкой серии 211

Посадка вала под подшипники – k6

Посадка наружных колец подшипников – Н7



Расчёт приводного вала на статическую прочность.



Исходные данные для расчета :



Марка стали

Твердость (не ниже)

Механические характеристики Н/мм2















45

270

900

650

390

410

230



Предположительно, наиболее опасным сечением относительно совместного изгиба и кручения является сечение 1 :







Осевой момент сопротивления сечения :





Момент сопротивления сечения при кручении :







Касательное и нормальное напряжение:





Коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям:





Общие коэффициент запаса прочности:




Список литературы.

П.Ф.Дунаев, О.П.Леликов «Конструирование узлов и деталей машин»

Атлас конструкций в 2-х частях под редакцией Д.Н.Решетова

В.В.Лычагин, Курс лекций «Основы проектирования машин»