Привод пластинчатого конвейера

Привод пластинчатого конвейера

51

1. Кинематическая схема привода пластинчатого конвейера

1 - электродвигатель; 2 - муфта; 3 - редуктор; 4 - цепная передача; 5 - тяговые звездочки; I - вал быстроходный; II, III - валы промежуточные; IV - вал быстроходный; V - вал приводной

2. Выбор электродвигателя

2.1 Мощность привода

=*/103=3200*0,8/103=2,56 кВт

где , кВт - потребляемая мощность привода (выходная мощность);

=3,2 кН - окружная сила (на 2-х звездочках);

=0,8 м/с - скорость настила.

2.2 Общий коэффициент полезного действия привода

=з2м*з2цил *з4подш=0,9852*0,994*0,972=0,88,

где

зм=0,985 - КПД муфты

зцил=0,97 - КПД цилиндров

зподш=0,99 - КПД опоры вала

2.3 Мощность электродвигателя (требуемая)

кВт

где, кВт - требуемая мощность электродвигателя;

=2,56 кВт - потребляемая мощность привода;

=0,88 - общий коэффициент полезного действия привода;

P'эл.дв =2,56/0,88=2,9 кВт

2.4 Частота вращения приводного вала

Nвал=V*6*104/р*Дб =0,8*6*104/3,14*355=43

где , - частота вращения приводного вала;

=0,8 м/с - скорость настила;

Дб =355 мм - диаметр барабана.

2.5 Частота вращения вала электродвигателя

где , - предварительное значение частоты вращения вала электродвигателя;

=7,085 - частота вращения приводного вала;

=94,09 - рекомендуемое значение передаточного числа редуктора;

=2,25 - рекомендуемое значение передаточного числа цепной передачи;

2.6 Выбор электродвигателя по каталогу

Принимаем электродвигатель АИР 80А4 с характеристиками: номинальная мощность Р=1,1 кВт, частота вращения вала n=1395 , диаметр вала dэ=22 мм, длина выходного конца вала l1 =60 мм.

3. Определение общего передаточного числа и разбивка его по ступеням

3.1 Общее передаточное число привода

где =1395 - частота вращения вала электродвигателя;

=7,085 - частота вращения приводного вала.

3.2 Разбивка общего передаточного числа по ступеням

,

где - передаточное число редуктора;

- передаточное число цепной передачи;

Передаточное число цепной передачи:

Передаточное число редуктора:

Передаточное число тихоходной ступени:

Передаточное число промежуточной ступени:

Передаточное число быстроходной ступени:

4.1 Мощности на валах

;

;

;

;

.

где - мощности на валах редуктора;

- коэффициенты полезного действия.

4.2 Частоты вращения валов

;

;

;

;

;

где - частоты вращения валов;

- передаточные числа.

4.3 Крутящие моменты на валах привода

;

;

;

где - крутящие моменты на валах.

Результаты расчетов сведем в таблицу

5. Расчет ступеней редуктора

5.1 Быстроходная ступень

5.1.1 Выбор материалов и определение допускаемых напряжений

7) Допускаемые напряжения для расчета на изгибную выносливость:

5.1.2 Определение коэффициентов нагрузки

Коэффициент нагрузки при расчете на контактную выносливость:

.

Коэффициент нагрузки при расчете на изгибную выносливость:

.

, ;

, ;

;

Передача выполняется по 8-й степени точности.

;

.

Коэффициенты нагрузки:

5.1.3 Проектный расчет

Крутящий момент на валу колеса: Н/м.

Частота вращения вала шестерни: .

Передаточное число ступени: .

1) Предварительное значение межосевого расстояния:

.

Принимаем =90 мм.

2) Рабочая ширина венца колеса:

.

3) Рабочая ширина шестерни:

.

4) Модуль передачи:

;

;

;

;

.

Принимаем .

5) Минимальный угол наклона зубьев:

;

.

6) Суммарное число зубьев:

.

7) Действительное значение угла наклона зубьев:

.

8) Число зубьев шестерни:

;

;

.

9) Число зубьев колеса:

.

10) Фактическое передаточное число:

.

Ошибка передаточного числа:

.

11) Проверка зубьев на изгибную выносливость:

, где

Эквивалентное число зубьев колеса:

.

Коэффициент, учитывающий форму зуба колеса:

.

Коэффициент, учитывающий наклон зуба:

.

Напряжение в опасном сечении зуба колеса:

Эквивалентное число зубьев шестерни:

.

Коэффициент, учитывающий форму зуба шестерни:

.

Напряжение в опасном сечении зуба шестерни:

;

.

12) Диаметры делительных окружностей:

;

.

Проверка:

13) Диаметры окружностей вершин и впадин зубьев:

14) Проверка возможности обеспечения принятых механических характеристик при термической обработке заготовки:

Наружный диаметр заготовки шестерни .

Толщина сечения обода колеса

.

Следовательно, требуемые механические характеристики могут быть получены при термической обработке.

15) Силы, действующие на валы от зубчатых колёс:

Окружная сила: .

Радиальная сила: .

Осевая сила: .

5.2 Промежуточная ступень

5.2.1 Выбор материалов и определение допускаемых напряжений

7) Допускаемые напряжения для расчета на изгибную выносливость:

5.2.2 Определение коэффициентов нагрузки

Коэффициент нагрузки при расчете на контактную выносливость:

.

Коэффициент нагрузки при расчете на изгибную выносливость:

.

, ;

, ;

;

Передача выполняется по 8-й степени точности.

;

.

Коэффициенты нагрузки:

5.2.3 Проектный расчет

Крутящий момент на валу колеса: Н/м.

Частота вращения вала шестерни: .

Передаточное число ступени: .

1) Предварительное значение межосевого расстояния:

.

Принимаем =125 мм.

2) Рабочая ширина венца колеса:

.

3) Рабочая ширина шестерни:

.

4) Модуль передачи:

;

;

;

;

.

Принимаем .

5) Минимальный угол наклона зубьев:

;

.

6) Суммарное число зубьев:

.

7) Действительное значение угла наклона зубьев:

.

8) Число зубьев шестерни:

;

;

.

9) Число зубьев колеса:

.

10) Фактическое передаточное число:

.

Ошибка передаточного числа:

.

11) Проверка зубьев на изгибную выносливость:

, где

Эквивалентное число зубьев колеса:

.

Коэффициент, учитывающий форму зуба колеса:

.

Коэффициент, учитывающий наклон зуба:

.

Напряжение в опасном сечении зуба колеса:

Эквивалентное число зубьев шестерни:

.

Коэффициент, учитывающий форму зуба шестерни:

.

Напряжение в опасном сечении зуба шестерни:

;

.

12) Диаметры делительных окружностей:

;

.

Проверка:

13) Диаметры окружностей вершин и впадин зубьев:

14) Проверка возможности обеспечения принятых механических характеристик при термической обработке заготовки:

Наружный диаметр заготовки шестерни .

Толщина сечения обода колеса

.

Следовательно, требуемые механические характеристики могут быть получены при термической обработке.

15) Силы, действующие на валы от зубчатых колёс:

Окружная сила: .

Радиальная сила: .

Осевая сила: .

5.3 Тихоходная ступень

5.3.1 Выбор материалов и определение допускаемых напряжений

7) Допускаемые напряжения для расчета на изгибную выносливость:

5.3.2 Определение коэффициентов нагрузки

Коэффициент нагрузки при расчете на контактную выносливость:

.

Коэффициент нагрузки при расчете на изгибную выносливость:

.

, ;

, ;

;

Передача выполняется по 8-й степени точности.

;

.

Коэффициенты нагрузки:

5.3.3 Проектный расчет

Крутящий момент на валу колеса: Н/м.

Частота вращения вала шестерни: .

Передаточное число ступени: .

1) Предварительное значение межосевого расстояния:

.

Принимаем =160 мм.

2) Рабочая ширина венца колеса:

.

3) Рабочая ширина шестерни:

.

4) Модуль передачи:

;

;

;

;

.

Принимаем .

5) Минимальный угол наклона зубьев:

;

.

6) Суммарное число зубьев:

.

7) Действительное значение угла наклона зубьев:

.

8) Число зубьев шестерни:

;

;

.

9) Число зубьев колеса:

.

10) Фактическое передаточное число:

.

Ошибка передаточного числа:

.

11) Проверка зубьев на изгибную выносливость:

, где

Эквивалентное число зубьев колеса:

.

Коэффициент, учитывающий форму зуба колеса:

.

Коэффициент, учитывающий наклон зуба:

.

Напряжение в опасном сечении зуба колеса:

Эквивалентное число зубьев шестерни:

.

Коэффициент, учитывающий форму зуба шестерни:

.

Напряжение в опасном сечении зуба шестерни:

;

.

12) Диаметры делительных окружностей:

;

.

Проверка:

13) Диаметры окружностей вершин и впадин зубьев:

14) Проверка возможности обеспечения принятых механических характеристик при термической обработке заготовки:

Наружный диаметр заготовки шестерни .

Толщина сечения обода колеса

.

Следовательно, требуемые механические характеристики могут быть получены при термической обработке.

15) Силы, действующие на валы от зубчатых колёс:

Окружная сила: .

Радиальная сила: .

Осевая сила: .

6. Определение диаметров участков валов

6.1. Для быстроходного вала 1

Принимаем:

По d выбираем t=1,5 и r=1,5

Принимаем:

Принимаем:

6.2. Для промежуточного вала 2

Принимаем:

По dк выбираем f=1 и r=2

Принимаем:

Принимаем:

Принимаем:

6.3 Для промежуточного вала 3

Принимаем:

По dк выбираем f=1,2 и r=2,5

Принимаем:

Принимаем:

Принимаем:

6.4 Для тихоходного вала 4

Принимаем:

По d выбираем t=3,5 и r=2,5

Принимаем:

Принимаем:

Принимаем:

Принимаем:

7. Расчет цепной передачи

Исходные данные:

Т4=589,5 Н•м - крутящий момент на валу ведущей звездочки;

n4=15,94 мин-1 - частота вращения ведущей звездочки;

U=2,25 - передаточное число цепной передачи.

7.1 Выбор цепи

Назначим двухрядную роликовую цепь типа ПР.

Предварительное значение шага цепи:

По стандарту выбираем цепь:

2ПР - 25,4-11340; значение А=256 мм2

7.2 Назначение основных параметров

а) Рекомендуемое число зубьев звездочки:

Найдем рекомендуемое число зубьев Z1 в зависимости от передаточного числа:

б) Межосевое расстояние:

примем, что а = 30•Р = 30•25,4 = 762 мм.

в) Наклон передачи примем меньше 60°.

г) Смазывание цепи нерегулярное.

7.3 Определение давления в шарнире

Найдем значение коэффициента КЭ, учитывающего условия эксплуатации цепи

КЭ = Кд• КА • КН• Крег •Ксм • Креж =1•1•1•1•1,5•1,45=2,175

Где:

Кд =1 - нагрузка без толчков и ударов;

КА=1 - оптимальное межосевое расстояние;

КН=1 - наклон передачи менее 60°;

Крег=1 - передача с нерегулируемым натяжением цепи;

Ксм=1,5 - смазывание цепи нерегулярное;

Креж =1 - работа в три смены.

Окружная сила, передаваемая цепью:

.

Давление в шарнире двухрядной цепи (mp=1,7):

.

[у]=40 MПа - допускаемое давление в шарнире

7.4 Число зубьев ведомой звездочки

Z2 =U•Z1 =2,25 •23=51.

7.5 Уточнение передаточного числа

7.6 Частота вращения ведомой звездочки

.

7.7 Делительный диаметр ведущей звездочки

.

7.8 Делительный диаметр ведомой звездочки

.

7.9 Диаметр окружности выступов ведущей звездочки

.

7.10 Диаметр окружности выступов ведомой звездочки

.

7.11 Диаметр обода ведущей звездочки (наибольший)

.

Принимаем .

7.11 Диаметр обода ведущей звездочки (наибольший)

.

Принимаем .

7.13 Потребное число звеньев цепи

Принимаем .

7.14 Уточненное межосевое расстояние

7.15 Окончательное значение межосевого расстояния

;

;

.

7.16 Нагрузка на валы звездочек

.

8. Выбор и расчет предохранительного устройства

В качестве предохранительного устройства выберем предохранительную муфту с разрушающимся элементом, так как конвейер подвергается случайным и редким перегрузкам. Муфту расположим на приводном валу.

Для определения величины расчетного момента для предохранительной муфты воспользуемся формулой:

;

Примем

Тогда

По таблице определяем стандартное значение усилия среза .

Этому значению соответствует штифт диаметром .

Предусмотрим в конструкции муфты два штифта, расположенных симметрично.

Определим диаметр, на котором будут расположены штифты:

Отсюда .

9. Выбор подшипников

Для быстроходного вала I редуктора выбираем радиальные однорядные шарикоподшипники средней серии №305 ГОСТ 8338-75.

Для них имеем:

- диаметр внутреннего кольца;

- диаметр наружного кольца;

- ширина подшипника;

- динамическая грузоподъёмность;

- статическая грузоподъёмность;

- предельная частота вращения при жидком смазочном материале.

На подшипник действуют: - радиальная сила;

- осевая сила;

Частота вращения:.

Требуемый ресурс работы: .

Для промежуточного вала II редуктора выбираем радиальные однорядные шарикоподшипники средней серии №306 ГОСТ 8338-75.

Для них имеем:

- диаметр внутреннего кольца;

- диаметр наружного кольца;

- ширина подшипника;

- динамическая грузоподъёмность;

- статическая грузоподъёмность;

- предельная частота вращения при жидком смазочном материале.

На подшипник действуют: - радиальная сила;

- осевая сила;

Частота вращения:.

Требуемый ресурс работы: .

Для промежуточного вала III редуктора выбираем радиальные однорядные шарикоподшипники средней серии №308 ГОСТ 8338-75.

Для них имеем:

- диаметр внутреннего кольца;

- диаметр наружного кольца;

- ширина подшипника;

- динамическая грузоподъёмность;

- статическая грузоподъёмность;

- предельная частота вращения при жидком смазочном материале.

На подшипник действуют: - радиальная сила;

- осевая сила;

Частота вращения:.

Требуемый ресурс работы: .

Для тихоходного вала IV редуктора выбираем радиальные однорядные шарикоподшипники средней серии №311 ГОСТ 8338-75.

Для них имеем:

- диаметр внутреннего кольца;

- диаметр наружного кольца;

- ширина подшипника;

- динамическая грузоподъёмность;

- статическая грузоподъёмность;

- предельная частота вращения при жидком смазочном материале.

На подшипник действуют: - радиальная сила;

- осевая сила;

Частота вращения:.

Требуемый ресурс работы: .

Для приводного вала V редуктора выбираем радиальные двухрядные сферические шарикоподшипники ГОСТ 5720-75.

Для них имеем:

- диаметр внутреннего кольца подшипника;

- диаметр наружного кольца подшипника;

- ширина подшипника;

- динамическая грузоподъёмность;

- статическая грузоподъёмность;

- коэффициент осевого нагружения;

- предельная частота вращения при пластичном смазочном материале.

Частота вращения:.

Требуемый ресурс работы: .

10. Проверка подшипников наиболее нагруженного вала редуктора по динамической грузоподъемности

Рассчитываем подшипники тихоходного вала. Имеем радиальные однорядные шарикоподшипники средней серии №311 ГОСТ 8338-75.

Для них имеем:

- диаметр внутреннего кольца;

- диаметр наружного кольца;

- ширина подшипника;

- динамическая грузоподъёмность;

- статическая грузоподъёмность;

- предельная частота вращения при жидком смазочном материале.

На подшипник действуют: - радиальная сила;

- осевая сила;

Частота вращения:.

Требуемый ресурс работы: .

Найдём:

- коэффициент безопасности

- температурный коэффициент

- коэффициент вращения

Определяем эквивалентную нагрузку:

Определим .

Находим .

Определим

Определяем значение коэффициента радиальной динамической нагрузки x=0,56 и коэффициента осевой динамической нагрузки y=1,99.

Определяем эквивалентную радиальную динамическую нагрузку:

Определим ресурс принятого подшипника:

или

, что удовлетворяет требованиям.

11. Проверочный расчет наиболее нагруженного вала редуктора

11.1 Выбор расчетной схемы и определение расчетных нагрузок

Проводим расчет тихоходного вала.

Действующие силы и моменты от колеса:

- окружная сила;

- осевая сила;

- радиальная сила;

- крутящий момент.

От звездочки:

- горизонтальная составляющая,

- вертикальная составляющая.

Расчетная схема по чертежу тихоходного вала

.

Определим реакции опор в вертикальной плоскости.

1.: , отсюда находим

, что .

2. , , . Получаем, что .

Выполним проверку: , ,

, . Следовательно, вертикальные реакции найдены верно.

Определим реакции опор в горизонтальной плоскости.

3. , ,

, получаем, что .

4. , ,

, отсюда .

Проверим правильность нахождения горизонтальных реакций: , , ,

- верно.

По эпюре видно, что самое опасное сечение вала находится в точке В, причём моменты здесь будут иметь значения:

,

.

11.2 Проверка вала на усталостную выносливость

Расчёт производим в форме проверки коэффициента запаса сопротивления усталости , значение которого можно принять . При этом должно выполняться условие: , где

и - коэффициенты запаса по нормальным и касательным напряжениям.

Найдём результирующий изгибающий момент:

.

Определим механические характеристики материала вала (Сталь 45): - временное сопротивление (предел прочности при растяжении);

и - пределы выносливости гладких образцов при изгибе и кручении.

Здесь:

Определим запас сопротивления усталости по изгибу:

Определим запас сопротивления усталости по кручению:

Найдём расчётное значение коэффициента запаса сопротивления усталости:

- условие выполняется.

11.3 Проверка вала на статические перегрузки

Проверку статической прочности производим в целях предупреждения пластических деформаций и разрушений с учетом кратковременных перегрузок.

Определим эквивалентное напряжение

,

где ;

;

.

Тогда .

11.4 Расчет вала на жесткость

Упругие перемещения вала отрицательно влияют на работу связанных с ним деталей. От прогиба вала в зубчатом зацеплении возникает концентрация нагрузки по длине зуба.

В связи с этим определим прогиб вала под колесом, используя готовую расчетную схему и формулу:

,

где ;

;

;

;

;

;

;

Тогда .

12. Выбор и расчет шпоночных соединений

Все шпонки редуктора призматические со скругленными торцами. Размеры соответствуют ГОСТ 23360-78.

Для промежуточного вала II:

,

где

По значению диаметра вала определяем размеры b и h.

Принимаем

Выбираем шпонку 12х8х22.

Для промежуточного вала III:

,

где

По значению диаметра вала определяем размеры b и h.

Принимаем

Выбираем шпонку 14х9х36.

Для тихоходного вала IV:

,

где

По значению диаметра вала определяем размеры b и h.

Принимаем

Выбираем две шпонки 14х9х70.

Для приводного вала V:

,

где

По значению диаметра вала определяем размеры b и h.

Принимаем

Выбираем шпонку 14х9х125 и две шпонки 14х9х63.

13. Выбор смазки редуктора

Для уменьшения потерь мощности на трение и снижения интенсивности износа трущихся поверхностей, а также для предохранения их от заедания, задиров, коррозии и лучшего отвода теплоты трущиеся поверхности деталей должны иметь надежную смазку.

Для смазывания передач широко применяют картерную систему. В корпус редуктора заливают масло так, чтобы венцы колес были в него погружены. Колеса при вращении увлекают масло, разбрызгивая его внутри корпуса. Масло попадает на внутренние стенки корпуса, откуда стекает в нижнюю его часть. Внутри корпуса образуется взвесь частиц масла в воздухе, которая покрывает поверхность расположенных внутри корпуса деталей.

Принцип назначения сорта масла следующий: чем выше окружная скорость колеса, тем меньше должна быть вязкость масла, и чем выше контактные давления в зацеплении, тем большей вязкостью должно обладать масло. Поэтому требуемую вязкость масла определяют в зависимости от контактных напряжений и окружной скорости колес.

Выбираем масло И-Г-А-68 ГОСТ 20799-88.

И - индустриальное,

Г - для гидравлических систем,

А - масло без присадок,

68 - класс кинематической вязкости.

Подшипники смазываются тем же маслом, стекающим со стенок корпуса редуктора.

Объем масла V=5 литров.

Список литературы

М.Н. Иванов, В.Н. Иванов. Детали машин. М.: «Высш. школа», 1975.

П.Ф. Дунаев, О.П. Леликов. Конструирование узлов и деталей машин. М.: Издательский центр «Академия», 2007.

Д.Н. Решетов - Детали машин. Атлас конструкций.

М.: «Машиностроение», 1970.

4. Д.Н. Решетов - Детали машин. М.: «Машиностроение», 1989.