Привод ленточного конвейера

;

ведомой звездочки:

.

Расчетный коэффициент нагрузки [1, c. 149]:

,

где кд = 1 – динамический коэффициент при спокойной нагрузке (передача к ленточному конвейеру); кa = 1 – учитывает влияние межосевого расстояния; кн = 1 – учитывает влияние угла наклона линии центров; кр = 1,25 – учитывает способ регулирования натяжения цепи (при периодическом регулировании); ксм = 1 – при непрерывной смазке; кп = 1 – при односменной работе, учитывает продолжительность работы в сутки.

.

Для определения шага цепи надо знать допускаемое давление [p] в шарнирах цепи. В таблице [1, c. 150] допускаемое давление [p] задано в зависимости от частоты вращения звездочки и шага t. Поэтому для расчета величиной [p] зададимся ориентировочно. Ведущая звездочка имеет частоту вращения n2 = 366,69 об/мин. Среднее значение допускаемого давления при такой частоте [p] = 20 МПа.

Шаг однорядной цепи (m = 1 – число рядов цепи)

 мм.

Выбираем цепь ПР-25,4-60,0 по ГОСТ 13568-75, имеющую t = 25,4 мм, разрушающую нагрузку Q = 60,0 кН, массу q = 2,6 кг/м, Аоп = 179,7 мм2.

Скорость цепи:

 м/с.

Окружная сила:

 H.

Проверяем давление в шарнире:

 МПа.

Уточняем допускаемое давление [1, c. 150]:

[p]=20[1+0,01(z3-17)]= 20[1+0,01(25-17)]=21,6 МПа.

Условие [p] > p выполнено.

Определяем число звеньев цепи [1, c. 148]

,

где ; ; ;

Тогда

, округляем до четного числа =150.

Уточняем межосевое расстояние цепной передачи [1, с. 149]

 мм.

Для свободного провисания цепи предусматриваем возможность уменьшения межосевого расстояния на 0,4%, то есть на 1254 × 0,004 = 5 мм.

Диаметры делительных окружностей звездочек [1, с. 148]

 мм;

 мм;

Диаметры наружных окружностей звездочек [1, с. 148]

,

где мм – диаметр ролика цепи;

 мм;

 мм.

Силы, действующие на цепь:

окружная Ftц = 2800 Н – определена выше;

от центробежных сил: H;

от провисания: ,

где kf = 6 при горизонтально расположенной цепи.

 H.

Расчетная нагрузка на валы [1, с. 154]

 H.

Проверяем коэффициент запаса прочности цепи [1, c. 151]

;

это больше, чем нормативный коэффициент запаса [s] = 8,9, следовательно, условие s > [s] выполнено.

Размеры ведущей звездочки:

ступица звездочки мм;

 мм, принимаем  мм;

толщина диска звездочки: 0,93 мм.

Аналогично определяют размеры ведомой звездочки.

 

7 Первый  этап компоновки редуктора

 

Компоновку обычно проводят в два этапа. Первый этап компоновки служит для приближенного определения положения зубчатых колес и звездочки относительно опор для последующего определения опорных реакций и подбора подшипников.

Компоновочный чертеж выполняем в одной проекции – разрез по осям валов при снятой крышке редуктора; желательный масштаб 1:1, чертить тонкими линиями.

Учитывая расстояние аw=160мм вычерчиваем упрощенно шестерню и колесо в виде прямоугольников; шестерня выполнена за одно целое с валом; длина ступицы равна ширине венца и не выступает за пределы прямоугольника. Очерчиваем внутреннюю стенку корпуса.

Очерчиваем внутреннюю стенку корпуса:

- зазор от торца ступицы А1 = δ = 8 мм;

- зазор  от  окружности  вершин  зубьев   колеса   до   внутренней   стенки  корпуса А = 8 мм;

- все остальные расстояния и  зазоры принимаем конструктивно.

Предварительно намечаем радиальные шарикоподшипники средней серии; габариты подшипников выбираем по диаметру вала в месте посадки подшипников dп1 = 50 мм и dп2 = 55 мм. Выбираем способ смазывания: зацепление зубчатой пары – окунанием (погружением зубчатого колеса в масло):  [1, с. 394].

Условное обозначение подшипника	d	D	B	r	Грузоподъемность, кН
	мм	мм	мм	мм	динамическая С	статическая С0
210	50	90	20	2	35,1	19,8
211	55	100	21	2,5	43,6	25,0

 

8 Проверка  долговечности подшипников

 

Ведущий вал:

из предыдущих расчетов и первого этапа компоновки Ft = 2303 H, Fr = 838 Н,

  l1 = 61,5 мм.

Реакции опор:

в плоскости xz

 H;

в плоскости yz

 H;

 H;

Проверка: .

Строим эпюру изгибающих моментов относительно оси x в характерных сечениях 1..3:

 

; ;

 Hм;

Строим эпюру изгибающих моментов относительно оси y в характерных сечениях 1..3:

 

 Hм;

Строим эпюру крутящих моментов:

 Hм;

 

Суммарные реакции

 H;

 H;

Намечаем радиальные шариковые подшипники 210 легкой серии [1, с. 394]:

d = 50 мм, D = 90 мм, В = 20 мм, С = 35,1 кН, С0 = 19,8 кН.

  Эквивалентная нагрузка [1, с. 212]

,

в которой радиальная нагрузка Рr = 1225,36 H; V = 1 (вращается внутреннее кольцо); коэффициент безопасности для приводов (ленточных конвейеров)

Кd = 1; температурный коэффициент КТ = 1 [1, с. 214].

 H.

Расчетная долговечность, млн. об [1, с. 211]

 млн. об;

Расчетная долговечность, ч

 ч

что больше установленных ГОСТ 16162-85 [1, c.307].

Ведомый вал:

Несет такие же нагрузки, как и ведущий Ft = 2303 H, Fr = 838 Н. Нагрузка от цепной передачи . Из первого этапа компоновки l2 =l3= 61,5 мм.

в плоскости хz:

 H;

 H;

Проверка: .

в плоскости уz:         

  H.     

Строим эпюру изгибающих моментов относительно оси x в характерных сечениях 1..4:

; ;

 Hм;

 Hм;

 

 Hм;

Строим эпюру изгибающих моментов относительно оси x в характерных сечениях 1..4:

; ;

 Hм;

Строим эпюру крутящих моментов:

 Hм;

Суммарные реакции:

 H;

 H;

Подбираем подшипники по более нагруженной опоре Д.

Выбираем шарикоподшипники радиальные однорядные легкой серии 211, используя табл. П3 приложения[1, c.393]: d=55 мм; D=100 мм; B=21 мм; C=43,6 kH; Co=25,0 kH.

 H;

 млн. об;

Расчетная долговечность, ч

 ч

что больше установленных ГОСТ 16162–85 Е.

 

9 Второй этап компоновки редуктора

 

Второй этап компоновки имеет целью конструктивно оформить зубчатые колеса, валы, корпус, подшипниковые узлы и подготовить данные для проверки прочности валов и некоторых деталей.

Вычерчиваем шестерню и колесо по конструктивным размерам, найденным ранее. Шестерню выполняем за одно целое с валом.

Конструируем узлы ведущего и ведомого валов. На ведущем и ведомом валах  применяем  шпонки  призматические   со   скругленными   торцами  по ГОСТ 233-78.

10 Проверка прочности шпоночных  соединений

 

Шпонки призматические со скругленными торцами. Размеры сечений шпонок и пазов и длины шпонок по ГОСТ 23360-78. [1, с. 169]

Материал шпонок – сталь 45 нормализованная.

Призматические шпонки, применяемые в проектируемых редукторах, проверяют на смятие. Условие прочности:

.

Допускаемые напряжения смятия при стальной ступице [sсм]=100¸120 МПа, при чугунной [sсм]=50¸70 МПа.

Ведущий вал: d = 45 мм; сечение шпонки bхh = 14x9 мм, t1 = 5,5 мм, длина шпонки l = 70 мм, момент на ведущем валу Т1= 73,71 Нмм.

 МПа<[];

Условие прочности выполнено. Полумуфту изготавливают из чугуна марки СЧ 20.

Ведомый вал: 

из двух шпонок – под колесом и под звездочкой – более нагружена шпонка под звездочкой: d = 42 мм; сечение шпонки bxh =12x8 мм, t1 = 5 мм; длина шпонки l = 50 мм (при длине ступицы звездочки 65 мм), момент на ведомом валу Т3 = 283,13103 H.

 МПа<[];

Обычно звездочки изготавливают из термообработанных углеродистых или легированных сталей. Следовательно, условие прочности sсм<[sсм] выполнено.

 

11 Уточненный расчет валов

 

Примем, что нормальные напряжения от изгиба изменяются по симметричному циклу, а касательные от кручения – по отнулевому (пульсирующему).

Уточненный расчет состоит в определении коэффициентов запаса прочности s для опасных сечений и сравнении их с требуемыми (допускаемыми) значениями [s]. Прочность соблюдена при s³[s].

Будем производить расчет для предположительно опасных сечений на примере более нагруженного вала.

Ведомый вал:

Материал вала – сталь 40Х улучшение; sв = 830 МПа [1, c. 34].

Предел выносливости при симметричном цикле изгиба:

s-1 = 0,35 × sв + (70120)= 0,35 × 830 + (70120) = 360,5410,5 МПа.

Принимаем s-1=385 МПа.

Предел выносливости при симметричном цикле касательных напряжений:

t-1 = 0,58 × s-1 = 0,58 × 385 = 223,3 МПа.

Сечение А-А. Диаметр вала в этом сечении 60 мм. Концентрация напряжений обусловлена наличием шпоночной канавки [1, c. 165, 166]: kt = 1,76 и ks = 1,83;

масштабные факторы es = 0,675; et = 0,675; коэффициенты ys = 0,275; yt = 0,1 [1, c. 163, 166].

Крутящий момент Т2 = 283,13×103 Н×мм.

Изгибающий момент в горизонтальной плоскости

 Hмм;

Изгибающий момент в вертикальной плоскости

 Hмм;

Суммарный изгибающий момент в сечении А-А

 Hмм;

Момент сопротивления кручению

;

Момент сопротивления изгибу

;

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений

 МПа;

Амплитуда нормальных напряжений изгиба

 Мпа; .

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям

.

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям

.

Результирующий коэффициент запаса прочности в сечении А-А

.

Сечение K-K. Концентрация напряжений обусловлена посадкой подшипника с гарантированным натягом [1, c. 166];

; принимаем ys = 0,275; yt = 0.

Изгибающий момент

 Hмм;

Осевой момент сопротивления

.

Амплитуда нормальных напряжений

 Мпа; .

Полярный момент сопротивления

;

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений

 МПа;

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям

.

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям

.

Результирующий коэффициент запаса прочности в сечении А-А

.

Сечение Л-Л. Концентрация напряжений переходом от мм: при и коэффициенты концентрации напряжений kt = 1,465 и ks = 1,918; масштабные факторы es = 0,724; et = 0,724.

Внутренние силовые факторы те же, что и для сечения К-К.

Осевой момент сопротивления

.

Амплитуда нормальных напряжений

 Мпа; .

Полярный момент сопротивления

;

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений

 МПа;

Коэффициент запаса прочности

.

.

Результирующий коэффициент запаса прочности для сечения Л-Л

.

Сечение Б-Б. Концентрация напряжений обусловлена наличием шпоночной канавки [1, c. 165, 166]: kt = 1,76 и ks = 1,83; масштабные факторы es = 0,724;

 et = 0,724.

Изгибающий момент в сечении Б-Б

 Hмм;

Момент сопротивления сечения нетто при b=12 мм и t1=5 мм

;

Амплитуда нормальных напряжений изгиба

 Мпа;

Момент сопротивления кручению сечения нетто

;

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений

 МПа;

 Коэффициент запаса прочности

.

.

Результирующий коэффициент запаса прочности для сечения Б-Б

.

Сведем результаты проверки в таблицу:

Сечение	А-А	К-К	Л-Л	Б-Б
Коэффициент запаса s	17,1	7,0	4,8	4,31

Во всех сечениях s>[s], где [s]=2,5.

 

12 Посадки зубчатого колеса, звездочки и подшипников