Привод скребкового конвейера

Введение

 

Технический уровень всей отрасли  промышленности и сельского хозяйства в значительной мере определяется уровнем развития машиностроения. Повсеместно осуществляется комплексная механизация и автоматизация производственных процессов.

Детали машин  являются первым из расчетно-конструкторских курсов, в котором изучают основы проектирования машин и механизмов. Именно по этой дисциплине выполняют первый курсовой проект, требующий от студента знания не отдельной дисциплины, а ряда дисциплин в комплексе. Выполняя этот проект, студент использует материал, изученный в таких дисциплинах как сопромат, материаловедение, теоретическая механика и т.д. Курсовой  по деталям машин является первой по своей сути творческой работой студента.

Основная цель курсового  проекта по деталям машин – приобретение студентом навыков проектирования. Работая над проектом, студент выполняет расчёты, учится рациональному выбору материалов и форм деталей, стремится обеспечить их высокую экономичность, надёжность и долговечность. Приобретённый студентом опыт является основой для выполнения им курсовых проектов по специальным дисциплинам и для дипломного проектирования, а так же всей дальнейшей конструкторской работы.

Основной задачей данного курсового  проекта является создание и проектирование по заранее заданным техническим характеристикам и кинематической схеме привода скребкового конвейера общего назначения. Изучение методов расчета и выбора элементов привода, получение навыков проектирования, позволяющих обеспечить необходимый технический уровень, надежность и долговечность механизма. В состав проекта входят подбор электродвигателя, разработка общего вида привода, кинематический и прочностной расчет редуктора, в частности тихоходной ступени, вала со звездочкой и подшипниками, рамы и рабочих чертежей деталей.

Проектируемый механизм состоит из рамы привода, приводного вала со звездочкой, двух соединительных муфт, трехступенчатого цилиндрического редуктора и электродвигателя.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Расчет двухступенчатого цилиндрического редуктора.

 

Исходные данные:

N₄ = 2000Вт;

С = 6 лет;

W₄ =3,8П c^-1;

К_сут = 0,3;

К_год = 0,6

 

Кинематическая схема:

 

 

         График нагрузки:

 

 

1.1 Кинематический и силовой расчет привода.

 

Согласно (1), определим  требуемую мощность двигателя

 

 

       η  – общий КПД привода.

Общий КПД привода определяется по формуле:

 

 
        где  – КПД муфты,

      – КПД одной пары подшипников качения, ;

      - КПД зубчатой цилиндрической передачи, ;

      - КПД цепной передачи,

 

;

 

 Согласно (1), примем передаточное число каждой ступени редуктора

 

, 

 

Передаточное число цепной передачи примем

Определим желаемую угловую скорость вала двигателя

 

 

По ГОСТ 19523-81 примем электродвигатель 4А100S4У3 мощностью

3,0 кВт.

Синхронная частота  вращения вала двигателя 

Примем величину скольжения

Тогда действительная частота вращения вала двигателя равна

 

 

       Угловая скорость вала двигателя

Передаточное число  привода

 

;

         Примем передаточное число цепной передачи , тогда

 

;

, тогда

;

Окончательно примем , , тогда

 

Определим угловые скорости валов

;

 

Мощности на валах  привода

 

;

 

Крутящие моменты на валах привода

 

 

 

2. Расчет первой ступени.

2.1 Выбор материалов  и расчет допускаемых напряжений

 

Примем материал шестерни - сталь 45 ГОСТ 1050-88 с твердостью

НВ₁ = 220, а материал колеса - cталь 45 ГОСТ 1050-88, твердость НВ₂ = 200.

Определяем допустимые контактные напряжения.

 

;

 

где - предел контактной выносливости материала колес;

 

   

;

 МПа;

 МПа;

 

 – коэффициент запаса, ;

   – коэффициент долговечности

Пользуясь ступенчатой  диаграммой нагружения, определим число  циклов нагружения передачи

 

;

 

- число колес находящихся в зацеплении (1 пара)

 

 

- расчетный срок службы по условию

 

 

 

 

 

Определяем допустимые напряжения изгиба:

 

 

где – коэффициент, учитывающий одностороннее приложение нагрузки, ;

       – коэффициент запаса, ;

 

;

 МПа;

 МПа;

 

 – коэффициент долговечности при изгибе.

В данном случае число циклов нагружения больше базового, равного  , следовательно

 

 

 

 

2.2 Проектный расчет  по контактным напряжениям.

 

Определим диаметр начальной  окружности шестерни.

Определим средний делительный  диаметр шестерни:

 

 

где    0 – для прямозубых колес;

               – коэффициент ширины шестерни относительно ее диаметра, ;

– коэффициент, учитывающий неравномерность  распределения нагрузки по ширине венца, ;

 

 

Определим модуль зацепления.

 

 

Примем 

Число зубьев шестерни

 

 

Число зубьев колеса

 

 

Ширина шестерни:

 

 

Примем b₁=25 мм

Ширину венца колеса примем b₂=20мм

Делительные диаметры колес:

 

 

Диаметры вершин

 

;

Диаметры впадин

 

Окружная скорость колес

Примем восьмую степень  точности зацепления.

Определим усилия, действующие  в зацеплении

Окружное усилие

Радиальное усилие

2.3 Проверочный расчет  по контактным напряжениям

 

 

где - для прямозубых колес;

    - угол наклона зубьев ( для прямозубых колес);

      ;

Для прямозубых колес

- коэффициент нагрузки

 

 

где

      

     

      ,0;

 

Перегрузка составляет:

 

2.4 Проверочный расчет по напряжениям  изгиба

Определим приведенные  числа зубьев колес

 

Тогда ;

где - - коэффициент, учитывающий наклон зуба;

     - коэффициент, учитывающий перекрытие зуба;

      - коэффициент нагрузки.

 

 

где - коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями.

- коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по ширине венца.

- коэффициент, учитывающий динамическую нагрузку.

- коэффициент, учитывающий внешнюю динамическую нагрузку

 

 

Рассмотрим отношение:

 

;

 

 

У колеса отношение меньше по нему и ведем расчет

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Расчет второй ступени.

Материалы колес примем те же, что и при расчете первой ступени.

3.1 Проектный расчет.

Определим делительный диаметр  шестерни

 

 

 так как ступень раздвоенная

Примем 

Примем 

Число зубьев шестерни

 

 

Примем 

Число зубьев колеса

 

 

Примем 

Делительные диаметры колес:

 

Фактическое передаточное число

 

 

Диаметры вершин

 

 

Диаметры впадин

 

 

Окружная скорость колес

Определим усилия, действующие  в зацеплении

Окружное усилие

Радиальное усилие

3.2 Проверочный расчет  по контактным напряжениям

 

 

где - для прямозубых колес

      - угол наклона зубьев ( для прямозубых колес)

      Для прямозубых колес

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 . Проектный расчет  валов

Данный расчет ведем по формуле

 

 

4.1 Первый вал: 

 

Примем диаметр конца вала 22мм, под уплотнение 24мм, под подшипники 25мм.

 

4.2 Второй вал:

 

Примем диаметр под подшипники 25мм, под колесом 40мм

 

4.3 Третий вал

 

Примем диаметр конца вала 28мм, под уплотнение 30мм, под подшипники 35мм, под колесом 40мм.

 

4.4 Приводной вал

 

 

Примем диаметр конца  вала 32мм, под подшипники 35мм, под звездочкой 40мм.

 

 

 

 

 

5. Расчет шпоночных соединений.

Данный расчет ведем  по формуле:

 

 

где - - допускаемое напряжение смятия;

        - диаметр вала в месте установки шпонки;

        - рабочая длина шпонки без учета закруглений;

        - размеры сечения шпонки и глубина шпоночного паза вала по ГОСТ 23360-78

 

5.1 Первый вал:

Примем  ;

 

 

Полная длина шпонки:

 

 

5.2 Второй вал

Примем  ;

 

 

Полная длина шпонки:

 

 

5.3 Конец третьего вала

Примем  ;

 

 

5.4 Третий вал в месте установки колеса:

Примем  ;

 

 

Полная длина шпонки:

 

5.5 Конец приводного  вала

Примем  ;

 

Полная длина шпонки:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Расчет цепной передачи

 

Определим число зубьев меньшей звездочки

Примем Z₅=28

Число зубьев ведомой  звездочки:

Определим коэффициент  эксплуатации

 

;

 

где - - коэффициент динамичности;

       - коэффициент, учета межосевого расстояния;

         - коэффициент, учитывающий наклон передачи к горизонту;