Привод цепного транспортёра, состоящего из асинхронного электродвигателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

• Содержание
• Введение
• 1. Кинематический расчет привода
• 1.1 Выбор электродвигателя
• 1.2 Определение передаточного отношения редуктора
• 1.3 Определение вращающего момента на валах привода
• 2. Расчет редуктора
• 3. Эскизное проектирование редуктора
• 3.1 Предварительный расчёт валов
• 3.1.1 Быстроходный вал
• 3.1.2 Тихоходный вал
• 3.2 Выбор типа и схемы установки подшипников
• 3.3.1 Быстроходный вал
• 3.3.2 Приводной вал
• 4. Расчёт соединений
• 4.1 Шпоночное соединение
• 4.1.1 Соединение вала электродвигателя и вала редуктора
• 4.1.2 Соединение тихоходного вала и муфты
• 4.1.3 Соединение муфты и приводного вала
• 4.1.4 Соединение приводного вала и звездочек
• 4.2 Соединение резьбовое
• 4.2 Сварное соединение
• 4.3 Подшипник скольжения
• 5. Подбор подшипников на заданный ресурс
• 5.1 Приводной вал
• 5.2 Водило редуктора
• 5.3 Корпус редуктора
• 6. Конструирование корпусов и крышек подшипников
• 7. Расчет валов на статическую прочность и сопротивление усталости
• 8. Выбор смазочных материалов
• 9. Выбор муфты
• 10. Контроль перегрузок
• Приложение
• Литература


Введение

В рамках данного проекта, необходимо разработать привод цепного транспортёра, состоящего из асинхронного электродвигателя, планетарно-цевочного редуктора, а так же из приводного вала с двумя звёздочками и упруго-компенсирующей муфты.

Цепной транспортёр - машина непрерывного транспорта для горизонтального перемещения штучных грузов, устанавливаемая в отапливаемом помещении.

Редуктор может применяться в различных устройствах, помимо данного. Планетарно-цевочные редукторы являются соосными. Применение редукторов этого типа в качестве общемашиностроительных приводов позволяет решить задачу уменьшения их габаритов, металлоемкости, снижения энергозатрат. Достоинства: высокая нагрузочная способность, высокий КПД, низкий момент инерции, большое передаточное число в одной ступени, высокая перегрузочная способность, большой ресурс, плавность и бесшумность работы.

В данном случае, имеется конструкция, работающая от трёхфазного асинхронного электродвигателя мощностью 3,0 кВт и синхронной частотой вращения 750 об/мин.



1. Кинематический расчет привода

1.1 Выбор электродвигателя

1. Делительный диаметр звездочки:

мм,

где P - шаг тяговой цепи, z - число зубьев звездочки.

2. Момент на приводном валу:

Нм,

где -окружное усилие на двух звездочках; -делительный диаметр звездочки .

3. Частата вращения тихоходного вала:

мин-1,

где -скорость движения ленты.

4. Определяем потребляемую мощность без затраты на механические потери:

кВт.

4. КПД передачи (см. [1], стр. 7):

где зм- КПД муфты; зред - КПД редуктора, зпод- КПД опор.

5. Определяем потребляемую мощность с учетом механических потерь:

кВт.

Ближайшие стандартные мощности 2,2 кВт и 3,0 кВт. Выбираем 3,0 кВт.

6. Выбор частоты вращения электродвигателя:

мин-1

По расчету выбираем двигатель АИР 112МВ8 исполнение IM3081 ТУ 16-525.564-84 с мощностью 3 кВт, частотой вращения 709 мин-1.

1.2 Определение передаточного отношения редуктора

Передаточное отношение привода определяют по формуле

1.3 Определение вращающего момента на валах привода

Вращающий момент на выходном валу:

Нм

Вращающий момент на быстроходном валу:

Нм



2. Расчет редуктора

Анализ редуктора проведем на ЭВМ.

Применение ЭВМ для расчета расширяет объем используемой информации, позволяет произвести расчеты с перебором значений наиболее значимых параметров.

Результаты анализа приведены в Приложении 1.



3. Эскизное проектирование редуктора

3.1 Предварительный расчёт валов

3.1.1 Водило редуктора

Вращающий момент на валу

TБ=34,73 Нм.

Расчётный диаметр

мм.

Диаметр вала выбираем, ориентируясь на диаметр вала электродвигателя, конструкции редуктора, и внутреннего диаметра, выбранных ранее подшипников, принимаем мм.

Вал имеет три эксцентриситета мм, требуемые конструкцией.

3.1.2 Тихоходный вал

Вращающий момент на валу TТ=1582 Нм.

Расчётный диаметр

мм.

3.2 Выбор типа и схемы установки подшипников

3.2.1 Водило редуктора

Назначим на левую опору шариковый подшипник 209 по ГОСТ 8338-75, на правую - шариковый подшипник 307 по ГОСТ 8338-75.

3.2.2 Приводной вал

Часто опоры валов размещают не в одном, а в разных корпусах. В нашем случае - это опоры приводного вала. Корпуса, в которых размещают подшипники, устанавливают на раме конвейера. Так как неизбежны погрешности изготовления и сборки деталей, то это приводит к перекосу и смещению осей посадочных отверстий корпусов подшипников относительно друг друга. Кроме того, в работающей передаче под действием нагрузок происходит деформация вала.

В конструкции приводного вала из-за неравномерного распределения нагрузки на звездочках неизбежно возникают перекосы вала и неравномерность нагружения опор вала.

Все сказанное выше вынуждает применять в таких узлах сферические подшипники, допускающие значительные перекосы.

В связи с относительно большой длинной вала и значительными погрешностями сборки валы фиксируют от осевых смещений в одной опоре. Поэтому кольцо другого подшипника должно иметь свободу смещения вдоль оси, для чего по обоим его торцам оставляют зазор. В первой же опоре данные зазоры требуется устранить с помощью втулок. Если же не следовать данным рекомендациям, при фиксировании обоих опор в осевом направлении и неизбежных прогибах вала последует деформация тел качения подшипника, что может вызвать заклинивание узла.

Назначим шариковые радиальные сферические двухрядные подшипники легкой серии с условным обозначением 1211 (ГОСТ 28428-90).

привод транспортер редуктор вал подшипник



4. Расчет соединений

4.1 Шпоночные соединения

Основной критерий работоспособности шпоночного соединения является прочность. Условие прочности на смятие:

4.1.1 Соединение вала электродвигателя и водила редуктора

Шпонка призматическая со скругленными торцами по ГОСТ 23360-78. Материал шпонки сталь 40 улучшенную.

Момент на валу: T=34,73 Нм,

диаметр вала: d=32 мм,

выступающая из вала часть шпонки:

мм,

допускаемое напряжение смятия:

,

длину шпонки примем: мм

Шпонка призматическая со скругленными торцами 10x8x40 по ГОСТ 23360-78 подходит для данного соединения.



4.1.2 Соединение тихоходного вала и муфты

Шпонка призматическая со скругленными торцами по ГОСТ 23360-78. Материал шпонки сталь 40 улучшенную.

Момент на валу: T=1582 Нм,

диаметр вала: d=70 мм,

выступающая из вала часть шпонки:

мм,

допускаемое напряжение смятия:

,

длину шпонки примем: мм

Шпонка призматическая со скругленными торцами 20x12x70 по ГОСТ 23360-78 подходит для данного соединения.

4.1.3 Соединение муфты и приводного вала

Шпонка призматическая со скругленными торцами по ГОСТ 23360-78. Материал шпонки сталь 40 улучшенную.

Момент на валу: T=1567 Нм,

диаметр вала: d=70 мм,

выступающая из вала часть шпонки:

мм,

допускаемое напряжение смятия: ,

длину шпонки примем: мм

Шпонка призматическая со скругленными торцами 20x12x70 по ГОСТ 23360-78 подходит для данного соединения.

4.1.4 Соединение приводного вала и звездочек

Шпонка призматическая со скругленными торцами по ГОСТ 23360-78. Материал шпонки сталь 40 улучшенную.

Момент на валу: T=1567 Нм,

диаметр вала: d=85 мм,

выступающая из вала часть шпонки:

мм,

допускаемое напряжение смятия:

,

длину шпонки примем: мм

Шпонка призматическая со скругленными торцами 22x14x63 по ГОСТ 23360-78 подходит для данного соединения.



4.2 Резьбовое соединение

Группой болтов (8 болтов) крепим быстроходный вал к редуктору. Устанавливаем болты с зазором. Тогда диаметр болтов определяем:

момент на валу: T=1580 Нм,

расстояние между болтами: мм,

коэффициент трения: ,

коэффициент запаса: ,

предел прочности:

Мпа

кН

мм,

значит выбираем болты М12 ГОСТ 7796-70.

4.3 Сварное соединение звездочек и приводного вала

Вид сварки: выбираем сварку ручную электродами повышенного качества.

Имеем тавровое соединение угловыми швами.

Соединение рассчитывается по касательным напряжениям, опасное сечение находится по биссектрисе прямого угла.

= (Тб/2)/Wк ['],

где ['] - допускаемое напряжение при статической нагрузке для сварных швов. Определяется в долях от допускаемого напряжения растяжения соединяемых деталей;

Т= 1567 Нм - момент на приводном валу;

Wк - момент сопротивления при кручении.

Для полого круглого сечения

мм3,

к - катет сварного шва.

мм3;

Так как сварка ручная электродами повышенного качества, то

['] = 0,65·[]р,

[]р = т / S,

где S - коэффициент безопасности.

S = 1,35…1,6

В качестве материала используем сталь 3:

_т = 220 Мпа, S = 1,4.

Тогда []р =220/1,4 = 157,14 Мпа,

['] = 0,65·157,14 = 102,14 Мпа.

Мпа.



Получили, что =15.67 Мпа ['] = 102,14 Мпа.

Сварное соединение по ГОСТ 5264-80 Т1- 8-40/80

4.5 Подшипник скольжения

1) Условное максимальное давление в подшипнике, МПа:

-максимальная сила, действующая на подшипник, значение возьмем их расчета на ЭВМ; - длина втулки, - диаметр втулки.

2) Скорость скольжения в подшипнике:

м/с

3) Условие работоспособности:

, ,

Материал для втулки - бронза Бр С30, для неё

, , .

Значит назначенный материал подходит.



5. Подбор подшипников на заданный ресурс

5.1 Приводной вал

1) Муфта - упруго-компенсирующая, и консольная сила от неё, действующая на конец приводного вала:

2) Уравнения равновесия:

а)

.

б)

3) Реакции опор для расчета подшипников:

4) Для типового режима нагружения III коэффициент эквивалентности KE=0,56

5)

6) Назначаем шариковые радиальные сферические двухрядные подшипники средней серии с условным обозначением 1215 по ГОСТ 28428-90. мм, мм, Н, Н.

7) Осевая нагрузка отсутствует. Расчет выполняем для более нагруженной первой опоры.

Эквивалентная нагрузка:

;

- коэффициент динамичности нагрузки;

- температурный коэффициент.

.



Н.

8) Расчетный скорректированный ресурс подшипника:

, где , , .

ч.

Проверка выполнения условия :

Эквивалентная динамическая радиальная нагрузка равна

Условие выполнено: 4,07 кН < 0,5*39=19,5 кН.

Так как расчетный ресурс больше требуемого и выполнено условие , то предварительно назначенный подшипник 1215 пригоден. При требуемом ресурсе надежность выше 90%.

5.2 Водило редуктора

1) Сила Fr найдена при расчете редуктора на ЭВМ в приложении 1.

Fr=11230 Н.

2) Уравнения равновесия:

а)

Суммарные реакции опор:

б)



3) Реакции опор для расчета подшипников:

4) Для типового режима нагружения III коэффициент эквивалентности KE=0,56

5)

6) Назначим на первую опору шариковый подшипник 209 по ГОСТ 8338-75, мм, мм, кН, кН, на вторую - шариковый подшипник 307 по ГОСТ 8338-75, мм, мм, кН, кН..

7) Осевая нагрузка отсутствует. Расчет выполняем для более нагруженной второй опоры, и так как для грузоподъемности обоих подшипников одинаковы.

Эквивалентная нагрузка:

;

- коэффициент динамичности нагрузки;

- температурный коэффициент.

.

Н.

8) Расчетный скорректированный ресурс подшипника:

, где , , .

ч.

Проверка выполнения условия :

Эквивалентная динамическая радиальная нагрузка равна

Условие выполнено: 4,4 кН < 0,5*33,2=16,6 кН.

Так как расчетный ресурс больше требуемого и выполнено условие , то предварительно назначенные подшипники 209 и 307 пригодны. При требуемом ресурсе надежность выше 90%.

5.3 Корпус редуктора

1) Реакции опор для расчета подшипников:

2) Для типового режима нагружения III коэффициент эквивалентности KE=0,56.

3)

6) Назначаем шариковые радиальные сферические двухрядные подшипники средней серии с условным обозначением 1000932 по ГОСТ 8338-75. мм, мм, Н, Н.

7) Осевая нагрузка отсутствует. Расчет выполняем для более нагруженной первой опоры.

Эквивалентная нагрузка:

;

- коэффициент динамичности нагрузки;

- температурный коэффициент.

.

Н.

8) Расчетный скорректированный ресурс подшипника:

, где , , .

ч.

Проверка выполнения условия :

Эквивалентная динамическая радиальная нагрузка равна

Условие выполнено: 0,736 кН< 0,5*92,3=46,15 кН.

Так как расчетный ресурс больше требуемого и выполнено условие , то предварительно назначенный подшипник 1000932 пригоден. При требуемом ресурсе надежность выше 90%.



6. Конструирование корпусов и крышек подшипников

Корпус назначаем типа ШМ130 по ГОСТ 13218.1-80.

Крышки назначаем привертные. Так как диаметр отверстия в корпусе под подшипник равен 130 мм, то толщину крышки назначаем 8 мм, число винтов крепления - 6.



7. Расчет валов на статическую прочность и сопротивление усталости

7.1 Приводной вал

Вал выполнен из стали 45.

Мпа

Мпа

Мпа

Мпа

Мпа

1) Моменты сопротивления сечении вала при расчете на изгиб и кручение:

мм3

мм3

мм3

мм3

2)

Нм

Нм

Нм

Нм

3) Статическая прочность.

Коэффициент перегрузки

Сечение А:

Нормальные и касательные напряжения в рассматриваемом сечении:

Частные коэффициенты запаса прочности:

,

Сечение Б:

Минимально допустимое значение коэффициента запаса прочности [S]=1,5…2,5.

Таким образом, прочность вала обеспечена.

3) Динамическая прочность.

Амплитуды напряжений и среднее напряжение цикла.

Мпа

Мпа

- дисковая фреза

- шлифование чистовое

- дробеструйный наклеп

, , , .

Тогда, коэффициенты снижения предела выносливости равны

Пределы выносливости вала в рассматриваемом сечении

Мпа

Коэффициент чувствительности к асимметрии цикла напряжений

Коэффициенты запаса:

.

Минимально допустимое значение коэффициента запаса прочности [S]=1,5…2,5.

Таким образом, прочность вала обеспечена.



8. Выбор смазочных материалов

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.

В настоящее время в машиностроении для смазывания передач широко применяют картерную систему. В корпус редуктора или коробки передач заливают масло так, чтобы венцы колес были в него погружены. При их вращении масло увлекается зубьями, разбрызгивается, 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.

Выбор смазочного материала основан на опыте эксплуатации машин. Принцип назначения сорта масла следующий: чем выше окружная скорость колеса, тем меньше должна быть вязкость масла, чем выше контактные давления в зубьях, тем большей вязкостью должно обладать масло. Поэтому требуемую вязкость масла определяют в зависимости от контактного напряжения и окружной скорости колес. Предварительно определяют окружную скорость, затем по скорости и контактным напряжениям находят требуемую кинематическую вязкость и марку масла.

Выберем среднее: масло И-Г-А-46.

И - индустриальное

Г - для гидравлических систем

А - без присадок.

Смазочные устройства.

Так как при работе передач масло постепенно теряет свои свойства, стареет, ухудшается, то его необходимо периодически менять. Слив масла осуществляется ослаблением затяжки крышки редуктора.

При длительной работе в связи с нагревом масла и воздуха повышается давление внутри корпуса, что приводит к просачиванию масла через уплотнения и стыки. Чтобы избежать этого, внутреннюю полость корпуса сообщают с внешней средой путем установки отдушины сверху корпуса.



9. Подбор муфты

Для соединения выходного вала редуктора с приводным валом редуктора выберем упругую муфту с упругим элементом в виде кольца-эластомера POLY NORM.

Упругие муфты отличаются наличием упругого элемента и являются универсальными в том смысле, что, обладая некоторой крутильной податливостью, эти муфты также являются компенсирующими.

Упругие муфты с резино-кордными и резиновыми упругими элементами получили весьма широкое распространение благодаря простоте конструкций, дешевизне изготовления, простоте эксплуатации (не требуют ухода), высокой податливости при кручении и хорошей демпфирующей способности. Два последних важных свойства определяются свойствами резины, из которой изготовлен упругий элемент муфты.

Однако из-за невысокой прочности по сравнению с металлом эти муфты имеют большие размеры.



10. Контроль перегрузок

В процессе работы привода, могут возникнуть перегрузки. На этот случай решено поставить устройство плавного пуска фирмы JACKY для трехфазных асинхронных двигателей. Устройство плавного пуска серии SMC-P обеспечивает электронную защиту от перегрузок по току, перегрева, заклинивания привода. Работает от напряжения 220 и 380 В, частота 50 Гц, от 2,2 до 220 кВт.



Литература

Дунаев П.Ф., Леликов О.П. «Конструирование узлов и деталей машин». Л., Высшая школа, 2000.

Анурьев В.И. «Справочник конструктора-машиностроителя». М., Машиностроение, 2001.

Атлас по деталям машин. Под ред. Ряховского О.А. М., МГТУ им. Баумана, 2005.

Данная курсовая работа выполнена полностью на персональном компьютере с использованием следующего программного обеспечения:

· MathCAD version 13, MathSoft ,inc

· Microsoft Word 2003, Microsoft Corporation

· AutoCad 2004, Autodesk, inc

· Программные средства, разработанные в МГТУ имени Н.Э. Баумана.

Размещено на Allbest.ru