ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ И КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ

Стр 1 из 4Следующая ⇒

ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ И КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ

1.1 Общий коэффициент полезного действия привод:

η = η _1* _* η _3* ,

(1.1)

где η _{1 –}коэффициент полезного действия открытой передачи (цепной или ременной), таблица 1.

η _{1 –}КПД муфты соединительной, таблица 1.

η _{2 –}КПД закрытой зубчатой конической передачи, таблица 1.

η _{3 –}КПД одной пары подшипников качения, таблица 1.

1.2 Требуемая мощность электродвигателя

P_тр= ,

(1.2)

где F – тяговое усилие ленты (по заданию)

V – скорость ленты (по заданию)

1.3 Угловая скорость барабана

ω _б= ,

(1.3)

где D – диаметр барабана (по заданию)

1.4 Частота вращения барабана

(1.4)

1.5 По таблице 2 по требуемой мощности P_тр.выбираем электродвигатель трехфазный короткозамкнутый серии 4А закрытый обдуваемый 4А132М4УЗГОСТ19523-81 (пример) с синхронной частотой вращения n_c = мин^-1; с параметрами Р_дв. = кВт; скольжением S = %.

1.6 Частота вращения вала двигателя

(1.5)

1.7 Диаметр вала двигателя, таблица 3

d_дв.

1.8 Общее передаточное число привода

(1.6)

С другой стороны

u = u_1*u_p,

(1.7)

где u₁– передаточное число открытой передачи (ременной или цепной)

u_р– передаточное число зубчатой конической передачи

Разбивает общее придаточное число привода на u₁ и u_p согласно таблице 4.

1.9 Частота вращения и угловые скорости валов

n₁= ; ω ₁= ;

n₂= ; ω ₂= ;

(1.8)

1.10 Мощности на валах

P₁ = Р_тр*η _1*η _2*η ₄

(1.9)

P₂ = P₁_*η ₂_*η ₃_*η ₄

(1.10)

Проверка:

F_*V = P₂

или

P₁ = P_тр_*η _2*η ₄

P₂ = P_1*η _2*η _3*η ₄

Проверка:

F_*V = P_2*η ₁

1.11 Вращающие моменты на валах

T₁= ; T₁= ,

(1.11)

Результаты расчётов сводим в таблицу 1.1

Таблица 1.1 – Сводная таблица

Вал	Частота вращения n₁,	Угловая скорость ω ,	Мощность Р, кВт	Вращающий момент Т, Н_*м

РАСЧЁТ ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ РЕДУКТОРА

2.1 Примем для шестерни и колеса одну и ту же марку стали с размерной термообработкой: для шестерни – сталь 40Х улучшенную с НВ270, для колеса – сталь 40Х улучшенную с НВ245.

2.2 Допускаемые контактные напряжения

где = 2НВ+70 (для колеса)

= 1, 15 – коэффициент безопасности

= 1 – коэффициент долговечности при длительной эксплуатации.

2.3 Внешний длительный диаметр колеса

= K_d*

(2.2)

где K_d = 99 – для прямозубых передач

K_d = 86 – для колёс с круговыми зубьями

= 1, 35 – при консольном расположении шестерни

= 0, 285 – при проектировании редукторов с параметрами по ГОСТ

Полученное значение d_l₂округляют по ГОСТ 12289-76

в мм: 50; (56); 63; (71); 80; (90); 100; (112); 125; (140); 160; (180); 200; (225); 250; 280; 315; 355; 400; 450; 500; 560; 630; 710; 800; 900; 1000; 1120; 1250; 1400; 1600.

Предпочтительными являются значения без скобок.

2.4 Числа зубьев колёс

рекомендуют выбирать z₁= 18…32

Примем z₁ – число зубьев шестерни

Число зубьев колеса

z₂= z_1*u_p

(2.3)

округляют до целого числа

Тогда

u_p = ,

(2.4)

Отклонение от заданного

∆ u = _*100%

(2.5)

По ГОСТ 12289-76 ∆ u ≤ 3%

a. Внешний окружной модуль

m_e =

(2.6)

2.6 Уточняем значение

= m_e_*z₂

(2.7)

Отклонение от стандартного значения

∆ = _*100%

Допускается ∆ ≤ 2%

2.7Углы длительных конусов

ctg δ ₁= u_p;

δ ₂= 90^o-δ ₁;

δ ₁= arcctg u_p

(2.8)

2.8 Внешнее конусное расстояние

R_e = 0, 5*m_e_* ,

(2.9)

2.9 Длина зуба

b =

(2.10)

Принимаем b=

2.10 Внешний делительный диаметр шестерни

d_l₁= m_l*z₁

(2.11)

2.11 Средний делительный диаметр шестерни

d₁ = 2(R_e – 0, 5b)sin δ ₁,

(2.12)

2.12 Внешние диаметры шестерни и колеса (по вершинам зубьев)

= +2m_e*cos δ ₁

= +2m_e*cos δ ₂

(2.13)

2.13 Средний окружной модуль

m =

(2.14)

2.14 Средний делительный диаметр колеса

d₂= m_*z₂

(2.15)

2.15 Коэффициент ширины шестерни по среднему диаметру

_bd =

2.16 Средняя окружная скорость колёс

V = ,

(2.17)

где d₁ – в м.

Для конических передач назначают 7-ю степень точности.

2.17 Коэффициент нагрузки

К_н= _* _* ,

(2.18)

где – коэффициент, учитывающий распределение нагрузки по длине зуба, таблица 5.

= 1 – коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между прямыми зубьями.

= коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку в зацеплении, таблица 6.

2.18 Проверяем контактное напряжение

(2.19)

2.19 Силы в зацеплении

F_t =

(2.20)

окружная радиальная для шестерни, равная осевой для колеса

= = F_t*tg α _*cos δ ₁,

(2.21)

где α =20^о – угол профиля зуба

Осевая для шестерни, равная радиальной для колеса.

= = F_t _*tg α _*sin δ ₁

(2.22)

Результаты расчётов сводим в таблицу 2.1

Таблица 2.1 – Геометрические параметры зубчатой передачи.

Наименование	Обозначение	Величина
Передаточное число	u_p
Число зубьев шестерни колеса	z₁ z₂
Внешний окружной модуль, мм	m_e
Средний окружной модуль, мм	m
Углы длительных конусов, град	δ ₁ δ ₂
Средний делительный диаметр шестерни, мм	d₁
Продолжение таблицы 2.1
колеса, мм	d₂
Внешний делительный диаметр шестерни, мм колеса, мм
Внешний диаметр (по вершинам зубьев) шестерни, мм; колеса, мм
Внешнее конусное расстояние, мм	R_l
Длина зуба, мм	b

КОНСТРУКТИВНЫЕ РАЗМЕРЫ ЗУБЧАТОЙ

ПАРЫ РЕДУКТОРА

4.1 Шестерня

Сравнительно наибольшие размеры шестерни по отношению к диаметру вала позволяют не выделять ступицу. Шестерню выполним за одно целое с валом.

4.2 Колесо

Коническое зубчатое колесо кованое.

Его размеры: ; b₂; мм

Диаметр ступицы

≈ 1, 6_*

(4.1)

Длина ступицы

= (1, 2…1, 5)_*

(4.2)

Толщина обвода

δ ₀= (3…4)_*m_e

(4.3)

Толщина диска

C = (0, 1…0, 17)R_l

(4.4)

И КРЫШКИ РЕДУКТОРА

5.1 Толщина стенок корпуса и крышки

δ = 0, 05R_l+1

δ ₁= 0, 04 R_l+1

(5.1)

Принимаем δ, δ _1,не менее 8 мм

5.2 Толщина фланцев (поясов) корпуса и крышки:

b = 1, 5δ

b₁= 1, 5δ ₁

(5.2)

нижнего пояса корпуса

p = 2, 35δ

(5.3)

5.3 Диаметры болтов:

фундаментных

d₁= 0, 055R_l+12

(5.4)

Принимаем фундаментные болты с резьбой M;

из стандартного ряда: М6; М8; М10; М12; М16; М20; М24; М27; М30.

болтов, крепящих крышку к корпусу у подшипника

d₂= (0, 7…0, 75)*d₁

(5.5)

принимаем болты с резьбой М;

болтов соединяющих крышку с корпусом

d₃= (0, 5…0, 6)*d₁

(5.6)

принимаем болты с резьбой М.

ЭСКИЗНАЯ КОМПОНОВКА ЧЕРТЕЖА

РЕДУКТОРА

Выбираем способ смазывания: зацепление зубчатой пары – окунанием зубчатого колеса в масло; для подшипников пластичный смазочный материал.

Подшипники валов расположим в станках. Намечаем для валов роликоподшипники конические однорядные лёгкой серии, таблица 7.

Таблица 6.1 – Параметры подшипников.

Условное обозначение подшипника	d	D	T	C	C₀	e
мм	кН

При установке радиально – упорных подшипников необходимо учитывать, что радиальные реакции считают приложенными к валу в точках пересечения нормалей, проведённых к серединам контактных площадок.

Для однорядных конических роликоподшипников

а = +

(6.1)

Замеряем f₁, f₂, c₂

ШПОНОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

8.1 Выбираем шпонки призматические со скругленными торцами. Размеры сечений шпонок и пазов и длины шпонок по ГОСТ 23360-78 по таблице 8.

Материал шпонок – сталь 45 нормализованная.

8.2 Напряжения смятия

= ≤ [σ _c_м],

(8.1)

где σ _c_м– 100…120 Мпа – допускаемые напряжения смятия

8.3 Ведущий вал. Т₁=

Выходной конец вала d_b₁=

Шпонка b× h× l t₁=

Проверяем =

8.4 Ведомый вал. T₂=

Выходной конец вала d_b₂=

Шпонка b× h× l t₁=

Проверяем

Колесо зубчатое коническое d_k₂=

Шпонка b× h× l t₁=

Проверяем

Условие ≤ [σ _c_м] выполнено

Результаты расчётов сводим в таблицу 8.1

Таблица 8.1 – Геометрические параметры шпонок

Вал	d, мм	b× h× l, мм	t₁, мм

ПОДБОР МУФТЫ

Типоразмер муфты выбирают по диаметру вала и по величине расчётного вращающего момента.

T_p = kT_ном≤ [T],

(9.1)

Где k=1, 15…1, 2 – для ленточных конвейеров.

9.1 Ведущий вал Т_р=k*T₁

По = выбираем муфту упругую втулочно-пальцевую МУВП по ГОСТ 21424-75 с расточками полумуфт под d_дв и

9.2 Ведомый вал Т_р=k*T₂

По = выбираем МУВП по ГОСТ 21424-75

НА УСТАЛОСТНУЮ ПРОЧНОСТЬ

10.1 Считаем, что нормальные напряжения от изгиба изменяются по симметричному циклу, а касательные от кручения – по отнулевому (пульсирующему

Материал валов – сталь 45 нормализованное σ _B=570 Мпа;

Пределы выносливости

σ _-1=0, 43*σ _B

(10.1)

τ _-1=0, 58* σ _-1

(10.2)

10.2 Вал ведомый (рис. 3)

Проверяем прочность вала под зубчатым коническим колесом.

Концентрация напряжений обусловлена наличием шпоночной канавки:

k_σ = 1, 59, k_τ = 1, 49

Масштабные факторы ε _σи ε _τпо таблице 9.

Коэффициенты ψ _σ= 0, 15 и ψ _τ = 0, 1.

10.3 Крутящий момент Т₂

10.4 Суммарный изгибающий момент в сечении А-А (рис. 3)

М_А-А

(10.3)

10.5 Момент сопротивления кручению

= –

(10.4)

где b и t₁ – параметры выбранной шпонки (раздел 8)

10.6 Момент сопротивления изгибу

= –

(10.5)

10.7 Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений

τ _υ=τ _m=

(10.6)

10.8 Амплитуда нормальных напряжений изгиба

σ _υ=

(10.7)

10.9 Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям

S_σ=

(10.8)

10.10 Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям

S_τ=

(10.9)

10.11 Результирующий коэффициент запаса прочности.

(10.10)

Условие S> [S] = 2, 5 выполнено.

СБОРКА РЕДУКТОРА

Перед сборкой внутреннюю полость корпуса редуктора тщательно очищают и покрывают маслостойкой краской.

На ведущий вал – шестерню насаживают мазеудерживающие кольца и роликоподшипники. Для нормальной работы подшипников необходимо создать зазоры оптимальной величины, что производится с помощью регулировки подшипников, для чего применяют наборы тонких металлических прокладок, устанавливаемых под фланцы крышек подшипников. В стакан монтируют узел ведущего вала шестерни. В рассматриваемом редукторе подшипники ведущего вала устанавливают «враспор».

В ведомый вал закладывают шпонку b*h*l и напрессовывают коническое зубчатое колесо до упора в бурт вала; затем надевают мазеудерживающие кольца. Устанавливают роликоподшипники и одевают распорную втулку.

Собранные валы укладывают в основание корпуса редуктора и надевают крышку корпуса, покрывая предварительно поверхности стыка крышки и корпуса спиртовым лаком. Для центровки устанавливают крышку на корпус с помощью 2-х конических штифтов; затягивают болты, крепящие крышку к корпусу. Перед постановкой сквозных крышек в проточки закладывают манжеты. Проверяют проворачиванием валов отсутствие заклинивания подшипников и закрепляют крышки винтами.

Далее на конец ведомого вала в шпоночную канавку закладывают шпонку. Устанавливают звездочку и закрепляют ее торцовым креплением; винт торцового крепления стопорят специальной планкой. Затем ввертывают пробку маслоспускного отверстия с прокладкой и жезловый маслоуказатель.

Заливают в корпус масло и закрывают смотровое отверстие крышкой с прокладкой из технического картона; закрепляют крышку болтами.

Собранный редуктор обкатывают и подвергают испытанию на стенде по программе, устанавливаемой техническими условиями.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. С.А. Чернавский. Курсовое проектирование деталей машин. М.: Машиностроение. 1987

2. В.Э. Завистовский. Техническая механика. Детали машин. Мн.: Белорусская энциклопедия им. П. Бровки, 2010

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Курсовой проект по деталям машин является первой самостоятельной конструкторской работой учащегося. При выполнении его закрепляются знаия по курсу «Детали машин». Развивается умение применять на практике теоретические сведения из ранее изученной дисциплины. Приобретаются навыки работы со справочной литературой.

Объектом курсового проекта являются механические передачи для преобразования вращательного движения. Наиболее распространёнными объектами изучения в курсовом проекте являются цилиндрические. Конические, червячные передачи, что связано с применением их в практике.

Объектом разработки данного проекта является конический редуктор с прямыми зубьями, предназначенный для привода ленточного транспортера.

В ходе работы были использованы знания по курсу многих теоретических прикладных наук.

Таблица 1 – Значение КПД механических передач, подшипниковых пар и муфт

Типы передач, подшипников и муфт	Диапазон значений элементов привода
Закрытые (расположенные в масляной ванне)	Открытые
Зубчатая цилиндрическая передача	0, 96-0, 98	0, 93-0, 95
Зубчатая коническая передача	0, 95-0, 97	0, 92-0, 94
Червячная передача при следующем числе заходов червяка:
· z₁ = 1	0, 65-0, 70	0, 45-0, 55
· z₂ = 2	0, 70-0, 75	0, 55-0, 65
· z₃ = 3	0, 80-0, 85	-
· z₄= 4	0, 85-0, 90	-
Цепная передача	0, 95-0, 98	0, 94-0, 95
Фрикционная передача	0, 90-0, 94	0, 70-0, 85
Передача винт – гайка скольжения	0, 50-0, 70	0, 20-0, 40
Передача винт – гайка качения	0, 80-0, 95	-
Ременная передача с плоским ремнем	-	0, 93-0, 98
Ременная передача с клиновым ремнем	-	0, 92-0, 97
Подшипники качения (одна пара)	0, 99-0, 995	-
Подшипники скольжения (одна пара)	0, 96-0, 98	-
Муфта соединительная	-	0, 98-0, 99

Таблица 2 – Электродвигатели асинхронные серии 4А, закрытые обдуваемые (ГОСТ 19523-81)

П р и м е ч а н и я:

1. Пример условного обозначения электродвигателя мощностью 11кВт, синхронная частота вращения 1500 об/мин:

Электродвигатель 4А132М4У3

2. Значения символов в условных обозначениях: цифра 4 указывает порядковый номер серии, буква А – род двигателя – асинхронный. Следующие за буквой А числа (двух- или трехзначные) соответствуют высоте оси вращения, мм; буквы L, S и M относятся к установочным размерам по длине станины; буквы А и В – условные обозначения длины сердечника статора. Цифры 2, 4, 6 и 8 означают число полюсов. Последние два знака УЗ показывают, что двигатель предназначен для эксплуатации в зоне умеренного климата.

3. В графе s указано скольжение, %; в графе даны значения отношения величин пускового и номинального вращающих моментов.

4. Габаритные и установочные размеры двигателей серии 4А даны в табл. П2.

Таблица 3 – Электродвигатели серии 4А

Таблица 4 –Значения передаточных чисел u механических передач

Тип передачи	Ряд значений u
Зубчатая передача ГОСТ 2185-66	Ряд 1: 1, 00; 1, 25; 1, 6; 2, 00; 3, 15; 4, 0; 5, 0; 6, 3; 8, 0; 10
Ряд 2: 1, 12; 1, 40; 1, 8; 2, 24; 2, 8; 3, 55; 4, 5; 5, 6; 7, 1; 9, 0
Червячная передача ГОСТ 2144-76	Ряд 1: 8; 10; 12, 5; 16; 20; 25; 31, 5; 40; 50; 63; 80
Ряд 2: 9; 11, 2; 14; 18; 22, 4; 28; 35, 5; 45; 56; 71
Ременная передача (плоским и клиновым ремнем)	1, 00; 1, 12; 1, 25; 1, 4; 1, 6; 1, 8; 2, 00; 2, 24; 2, 5; 2, 8; 3, 00; 3, 15; 3, 55; 4, 0; 4, 5; 5, 0; 5, 6; 6, 3
Цепная передача	1, 0; 1, 6; 2, 0; 3, 0; 4, 0; 5, 0; 6, 0

Таблица 5 – значение коэффициентов

П р и м е ч а н и е. Данные, приведенные в столбце 1, относятся к передачам с консольным расположением зубчатого колеса; 2 – к передачам с несимметричным расположением колес по отношению к опорам; 3 – к передачам с симметричным расположением.

Таблица 6 – значение коэффициентов

Таблица 7 – Роликоподшипники конические однорядные (по ГОСТ 333-79)

Таблица 8 – Шпонки призматические (ГОСТ 23360-78)

П р и м е ч а н и я:

1. Длину шпонки выбирают из ряда: 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 25, 28, 32, 36, 40, 45, 50, 56, 63, 70, 80, 90, 100, 110, 125, 140, 160, 180, 200… (до 500).

2. Материал шпонок – сталь чистотянутая с временным сопротивлением разрыву не менее 590Мпа.

3. Примеры условного обозначения шпонок:

исполнение 1, сечение b*h = 20*12, длина 90 мм:

шпонка 20*12*90 ГОСТ 23360-78

То же, исполнение 2

шпонка 220*12*90 ГОСТ 23360-78

Таблица 9 – Значения и

Таблица 10 – Посадки основных деталей передач

П р и м е ч а н и е. Для подшипников качения указаны отклонения валов и отверстий, а не обозначения полей допусков соединений. Потому что подшипники являются готовыми изделиями, идущими на сборку без дополнительной обработки.

Таблица 11 – Рекомендуемые значения вязкости масел для смазывания зубчатых передач при 50⁰С

Таблица 12 – Масла, применяемые для смазывания зубчатых и червячных передач

Таблица 13 – Пробки с маслоспускным отверстием

Таблица 14 - Необходимые рисунки

1) Жезловый маслоуказатель: а – установка в нижней части редуктора; б – установка в крышке корпуса; в – примерные размеры маслоуказателя для небольших редукторов

2) Мазеудерживающее кольцо

3) Стакан
4) Крышки глухие: а- с удлиненным бортом, б- с бортом h < 15 мм	5) Крышки сквозные: а- для h < 15 мм б- для h > 15 мм

6) Гайки круглые шлицевые

Пример обозначения гайки нормальной точности с диаметром d = 64мм, с шагом резьбы 2 мм с полем допуска 6Н, из стали 35Ч с покрытием 0, 1 толщиной 9мкм:

Гайка М64^х2, 6Н.35Х.0, 19 ГОСТ 11871-80

Таблица 15 – Манжеты резиновые армированные

ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ И КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ

1.1 Общий коэффициент полезного действия привод:

η = η _1* _* η _3* ,

(1.1)

где η _{1 –}коэффициент полезного действия открытой передачи (цепной или ременной), таблица 1.

η _{1 –}КПД муфты соединительной, таблица 1.

η _{2 –}КПД закрытой зубчатой конической передачи, таблица 1.

η _{3 –}КПД одной пары подшипников качения, таблица 1.

1.2 Требуемая мощность электродвигателя

P_тр= ,

(1.2)

где F – тяговое усилие ленты (по заданию)

V – скорость ленты (по заданию)

1.3 Угловая скорость барабана

ω _б= ,

(1.3)

где D – диаметр барабана (по заданию)

1.4 Частота вращения барабана

(1.4)

1.6 Частота вращения вала двигателя

(1.5)

1.7 Диаметр вала двигателя, таблица 3

d_дв.

1.8 Общее передаточное число привода

(1.6)

С другой стороны

u = u_1*u_p,

(1.7)

где u₁– передаточное число открытой передачи (ременной или цепной)

u_р– передаточное число зубчатой конической передачи

Разбивает общее придаточное число привода на u₁ и u_p согласно таблице 4.

1.9 Частота вращения и угловые скорости валов

n₁= ; ω ₁= ;

n₂= ; ω ₂= ;

(1.8)

1.10 Мощности на валах

P₁ = Р_тр*η _1*η _2*η ₄

(1.9)

P₂ = P₁_*η ₂_*η ₃_*η ₄

(1.10)

Проверка:

F_*V = P₂

или

P₁ = P_тр_*η _2*η ₄

P₂ = P_1*η _2*η _3*η ₄

Проверка:

F_*V = P_2*η ₁

1.11 Вращающие моменты на валах

T₁= ; T₁= ,

(1.11)

Результаты расчётов сводим в таблицу 1.1

Таблица 1.1 – Сводная таблица

Вал	Частота вращения n₁,	Угловая скорость ω ,	Мощность Р, кВт	Вращающий момент Т, Н_*м

12 3 4 Следующая ⇒