Расчёт валопровода механического привода

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИБЕЛАРУСЬ

ПОЛОЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАФЕДРА ПРИКЛАДНОЙ МЕХАНИКИ И ГРАФИКИ

КУРСОВАЯ РАБОТА

ПО ПРИКЛАДНОЙ МЕХАНИКЕ

НА ТЕМУ: «Расчёт валопровода механического привода»

РАЗРАБОТАЛ: СТУДЕНТ ГР. 17-ХТ

Кужелев Д.Р.

ПРОВЕРИЛ:

ПРОФЕССОР Завистовский В.Э.

НОВОПОЛОЦК 2018



ВВЕДЕНИЕ

Приводом называют устройство, которое приводит в действие двигателем различные машины или механизмы. Энергия необходимая для приведения в действие машины или механизма, может быть передана от вала двигателя непосредственно или с помощью дополнительных устройств. Передача энергии непосредственно от двигателя возможна в случаях, когда частота вращения вала машины совпадает с частотой вращения двигателя (на пример в приводах вентиляторов, насосов и т.п.). В остальных случаях применяют передаточные механизмы на основе механических передач (зубчатые, червячные, цепные, ременные и другие), согласующие скорости и моменты двигателя и рабочего органа машины (двигателя).

В данной курсовой работе разработан механический привод, который включает в себя:

Электродвигатель;

Передачу: плоскоременную;

Редуктор: червячный с верхним расположением червяка;

Муфту: упругую втулочно-пальцевую

Рабочую машину.

Исходные данные:

Мощность на приводном валу рабочей машины - Pпр=6,3 кВт;

Частота вращения вала рабочей машины -nпр=92мин-1;

Долговечность привода - Lh=28000 ч;

Валопровод- ведущий;

Погрешность частоты вращения вала рабочей машины - Дn?5 %;

Опоры валов - подшипники качения;

Недостающие параметры принять самостоятельно.

Редукторы - это агрегаты, включающие одну или несколько передач зацеплением, смонтированных в закрытом корпусе.

Они предназначены в основном для понижения частоты вращения, и соответственно, увеличения вращающего момента, имеют входной и выходной валы. Потребительские характеристики редукторов каждого типа определяются следующими основными параметрами:

* передаточным отношением (частотой вращения выходного вала);

* вращающим моментом на выходном валу;

* допускаемой консольной нагрузкой на выходном валу.

Червячные редукторы при одноступенчатом исполнении могут иметь передаточные числа от 8 до 80. При объединении червячной передачи в одном корпусе с цилиндрической передачей можно получить передаточное число до 300.По расположению червяка относительно колеса редукторы делятся на редукторы с нижним, верхним и боковым расположением червяка.

Ременная передача - механизм для передачи энергии между валами, как угодно расположенными в пространстве, с помощью шкивов и надетого на них с натяжением ремня.



1. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ПРИВОДА

1.1 Составление кинематической схемы привода

Рис. 1.1. Кинематическая схема привода

1.2 Выбор электродвигателя

Коэффициент полезного действия (КПД) привода вычисляется по формуле:

,

- КПД открытой ременной передачи;

- КПД червячного редуктора;

- КПД подшипниковых пар валов;

- КПД муфт.

Тогда:

Максимальная потребная мощность электродвигателя вычисляется по формуле:

Электродвигатель подбираем по каталогу по определенной потребной мощностис учетом условия. В данном расчёте используется асинхронный двигатель переменного тока (ГОСТ 19523-74). Двигатели серии 4А по сравнению с двигателями А2 и А02, имеют определённые преимущества: меньшую массу, компактность,большие пусковые моменты, а также большую надёжность, меньшие уровни шума и вибраций. По таблице 1.3[5]подходят следующие электродвигатели серии 4А:

Тип двигателя	Асинхронная частота вращения, мин-1	Номинальная мощность, кВт
4А132М2	nс=2931	Pдв=11
4А132М4	nс=1458	Pдв=11
4А160S6	nс=973	Pдв=11
Таблица 1.1

Выберем из этих трёх электродвигатель один.

Рассчитаем общее передаточное число привода. Действительное передаточное число привода вычисляется по формуле:



Тогда для выбранных электродвигателей:

На основании рекомендуемых диапазонов значений передаточных чисел механических понижающих передач в таблице 1.4. [5]рассчитаем предельные для данной схемы привода значения передаточного числа:

Рассчитанныйнаходится вне диапазона , поэтому он из расчёта выключаются. Поэтому выбираем электродвигатель марки 4А132М4

(Pдв=11 кВт;), при установке которого в приводе получаем

.

Тип	Габаритные размеры, мм	Установочно-присоединительные размеры, мм
	l30	h31	d30	l1	l10	l31	d1	d10	b10	h
4А132М4	530	350	302	80	178	89	38	12	216	132
Таблица 1.2

Выпишем из таблицы 2.5 [1] основные параметры электродвигателя:

Рис. 1.2. Электродвигатель серии 4А основного исполнения

Разбивка общего передаточного числа привода по ступеням

Разбиваем общее передаточное число привода по ступеням:

;(1.5)

где- передаточное число плоскоременной передачи;

- передаточное число червячного редуктора.

Выписываем из таблицы 1.5 [5] и таблицы 4.20 ряды значений передаточных чисел ременной передачи и червячного редуктора:

Ряд передаточных чисел ременной передачи ()	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
Ряд передаточных чисел червячного редуктора()	8,0; 10,0; 12,5; 16,0; 20,0; 25,0; 31,5; 40.0; 50,0; 63,0; 80,0
Таблица 1.3

Подбираем такие значения и, чтобы выполнялось условие:

Выбираем и , тогда общее передаточное число привода:

Определение параметров степеней передач (мощность на валу ,частота вращения вала , крутящий момент на валу )

Частоты вращения вала:

Частота вращения входного вала плоскоременной передачи:

Частота вращения входного вала редуктора равная частоте вращения выходного вала плоскоременной передачи:

Частота вращения выходного вала редуктора равна:

III вал

Мощность на III валу:

Вращающий момент на выходном валу тихоходной ступени редуктора:

II вал

Мощность на II валу:

Вращающий момент на валу большого шкива плоскоременной передачи и входном валу быстроходной ступени редуктора:

I вал

Мощность на I валу:

Вращающий момент на валу электродвигателя:

Таким образом:

Согласно условию, погрешность частоты вращения вала рабочей машины должна быть . Выполним проверку:



1.3 Выбор типового редуктора

Исходя из выполненных расчетов и полученных значений величин вращающих моментов на вале одноступенчатого червячного редуктора по таблице 4.20 определяем типоразмер редуктора. Так при передаточном числе редуктора равном 8, что 8?12,5?80 для частоты вращения быстроходного вала 1458< 1500 мин-1 и при допускаемом крутящем моменте на тихоходном валу редуктора 691.6?230Н•м наиболее подходящим является одноступенчатый редуктор типа Ч-125 при режиме работы Н (непрерывный режим работы).

Табл. 1.4 Техническая характеристика червячных редукторов типа Ч-125

Типоразмер редуктора
		750	1000	1500
		,	з	,	з	,	з
-125	8,0	850	0.91	750	0.92	650	0.93
	10,0	825	0.90	725	0.91	630	0.92
	12,5	825	0.89	725	0.90	630	0.91
	16,0	850	0.86	750	0.89	670	0.88
	20,0	825	0.84	750	0.86	650	0.87
	25,0	775	0.82	700	0.85	615	0.85
	31,5	1000	0.75	900	0.83	800	0.80
	40.0	850	0.72	775	0.77	690	0.78
	50,0	800	0.70	775	0.74	650	0.75
	63,0	750	0.66	700	0.69	615	0.72
	80,0	650	0.60	600	0.63	530	0.66



Рисунок 1.3. Схема одноступенчатого редуктора Ч-125.



2. КОНСТРУИРОВАНИЕ ВАЛОПРОВОДА

Предварительные значения диаметров (мм) различных участков стальных валов редуктора определяем по формулам [1, стр. 42]:

Вычисленные значение диаметров округляют в ближайшую сторону до стандартных (см. таблицу 24.1[1, стр.452]).

Дальнейшие расчеты выполняем только для входного (быстроходного) вала одноступенчатого червячного редуктора.

Диаметр быстроходного вала согласуют с диаметрами валов по таблице 24.27 [1, стр. 475] и с диаметрами отверстий устанавливаемых на них деталей (шкива, звездочки, полумуфты).

Высоту tзаплечика, координату r фаски подшипника и размер f (мм) фаски колеса принимают в зависимости от диаметра d [1, стр. 46].

t=2.8r=3.0 c=1.6

При заданном значении диаметра выходной части (принимается из таблиц габаритных и присоединительных размеров редукторов) диаметр вала под подшипники качения , вычисляется по следующей формуле:

Принимаем наиболее близкий, больший и кратный пяти диаметр из перечня стандартных диаметров.



Диаметр вала под зубчатым колесом можно рассчитать по формуле:

Принимаем диаметр ближайший и больший

Для предотвращения смещения ступицы зубчатого колеса вдоль оси на валу выполняют уступ (заплечик). Диаметр заплечикаопределяется по формуле:

Принимаем ближайший и больший диаметр

Из таблицы 5.2 выбираем сталь 45, и так как принимаем следующие значения



3.РАСЧЁТ ЧЕРВЯЧНОЙ ПЕРЕДАЧИ

Исходные данные для расчётов приведены в таблице 3.1

Таблица 3.1

Z1	Z2	T2, Н•м	m	q	T3, Н•м	X	u	aw
4	32	111.22	6.3	8	691.6	-0.16	8	125

Рис.3.1

3.1 Определение геометрических параметров передачи

Определение геометрических параметров червяка

1. Делительный диаметр червяка: d1=q•m=6.3•8=50.4 (мм)

2. Угол профиля: б=20?

3. Шаг червяка: p= р? m=3,14•6.3=19.78 (мм)

4. Ход витка червяка: pz1=p•Z1=19.78•4=79.13(мм)

5.Длина нарезанной части червяка: приb?(11+0,06z2)m=(11+0,06•32)•2=81.4;

С учётом запаса b1?b+3m?100 (мм)

6. Высота головки витков червяка: ha1=h*a1 • m=1 •6.3=6.3 (мм)

7. Высота ножки витков червяка: hf1=h*f1 • m=1,2 •6.3=7.56 (мм)

8. Диаметр вершин червяка: da1=d1+2 ha1=50.4+2•6.3=63 (мм)

9. Диаметр впадин червяка: df1=d1 - 2 hf1=50.4 - 2•7.56=35.28 (мм)

10. Скорость червяка: v1=р?d1?n1/60=3,14•50.4•1458/60=3.845 (м/с)

Определение геометрических параметров червячного колеса

1. Делительный диаметр колеса: d2=m•Z2=6.3•32=201.6 (мм)

2. Диаметр вершин: da2=d2+2 ha1=201.6+2•6.3=214.2 (мм)

3. Диаметры впадин: df2=d2 - 2 hf1=201.6- 2•7.56=186.48 (мм)

4. Наибольший диаметр червячного колеса: dam2? da2 + +6•m/(Z1+k)=214.2+6•6.3/(32+2)=215.3 (мм)

5. Ширина колеса: b2? 0,67• da1 = 0,67•6.3=42.27(мм)

6. Скорость червячного колеса: v2=р?d2?n2/60=/60=3,14•201.6•729/60=7.69 (м/с)

Выбор твердости, термической обработки и материалов колеса и червяка

Твердость, термическую обработку и материалы колеса и червяка принимаем по таблице 2.1 [1, стр.12] и таблице 2,14 [1, стр. 31]:

- материал червяка- сталь 45 с поверхностной закалкой 45…50 HRC, с термообработкой - улучшение и закалка ТВЧ,

- материал колеса - безоловяная бронза БрА9ЖЗЛ, т.к. скорость скольжения vск=v1/cosг= (м/с), vск? [v].

вал привод колесо передача



Таблица 3.2

Механическая характеристика стали, применяемая для изготовления червяка

Марка стали	Термообработка (ТО)	Предельные размеры заготовок	Твердость зубьев	Механические характеристики МПа
		D	S	сердцевины	поверхности	уb	уT	у
45	Улучшение и закалка ТВЧ	125	80	269…302НB	45…50 НRC	920	750	420

Таблица 3.3

Механические свойства бронзы при 20?С

Таблица 3.4

Химический состав бронзы БрА9Ж3Л

Определение допускаемого контактного напряжения

Допускаемые контактные напряжения [у H] для червячных колёс из безоловянных бронз определяют из условия сопротивления заеданию в зависимости от скорости скольжения по следующей формуле:

[уH] =300-25?vск= 300- 25•3.15=221,25 (МПа)



Проводят проверочный расчёт по формуле:

уH=,

где К=КвКх=1?1=1, т.к. Кв - коэффициент концентрации нагрузки по длине зубьев колеса при постоянной нагрузке равен 1; Кх - коэффициент динамической нагрузки при v2 ? 4 м/с равен 1.

уH==114.85 (МПа)

уH ? [уH]

3.2 Определение напряжения изгиба

Расчёт выполняется в форме проверочного и проводят для зубьев колеса.

Напряжения изгиба у основания зуба:

уF= ,

где YF - коэффициент формы зубьев, определяемый по эквивалентному числу зубьев Zvравен 1.4, К - коэффициент нагрузки, Ft2 - окружная сила на колесе:

Ft2= Fа1=2•Т2/d2=2•111.22/201.6Ч=1103.4 (Н)

уF= = 3.5 (МПа)

Допускаемые напряжения для всех марок бронз при нереверсивной передаче рассчитывается по формуле:

[уF]=(0,08?ув+ 0,25•уT)?КFL,

где КFL - коэффициент долговечности при расчёте на изгиб, минимальное значение КFL=0,543.

[уF]=(0,08?392+ 0,25•196)•0,543=43,6 (МПа)

уF ? [уF]

Определение сил, действующих в червячном зацеплении

1. Окружная сила на колесе: Ft2= Fа1=2•Т2/d2=2•111.22/201.6=1103.4 (Н)

2. Окружная сила на червяке: Ft1= Fа2=2•Т1/d1=2•57.58/50.4=2285 (Н)

3. Радиальная сила: Fr2= Fr1= Ft1•tgб=2285•tg(20?)= 831.67 (Н)

3.3 Тепловой расчёт

1. Определение количества теплоты(Вт), выделяющееся при непрерывной работе передачи в единицу времени:

Wвыд = Wотв = 103•(1-з)?P2,

где з - КПД передачи: з= tgг/ tg(г+с)=0.91,

Wвыд = Wотв = 103•(1-0.91)•8.49=764.1 (Вт)

2. Температура масла в корпусе передачи при непрерывной работе:

tм=,



где КТ - коэффициент теплоотдачи с поверхности корпуса, зависящий от материала корпуса и скорости циркуляции воздуха; А - поверхность охлаждения корпуса(без учёта поверхности дна), ориентировочно А=20•aw 2, ш - коэффициент, учитывающий теплоотвод через основание, при установке корпуса на металлическое основание

ш=0,3.

tм==20,188?C

Максимально допустимая температура нагрева масла при верхнем расположении червяка - [tм]=75?C.

tм? [tм]



4.РАСЧЕТ ПЛОСКО-РЕМЕННОЙ ПЕРЕДАЧИ.ШКИВА

Диаметр ведущего шкива :

Из ряда расчётных диаметров принимаем

Номинальные расчетные диаметры шкивов передач плоским, клиновым и поликлиновым ремнями должны соответствовать следующему ряду: 50, (53), 56, (60), 63, (67), 71, (75), 80, (85), 90, (95), 100, (106), 112, (118), 125, (132), 140, (150), 160, (170), 180, (190), 200, (212), 224, (236), 250, (265), 280, (300), 315, (335), 355, (375), 400, (425), 450, 475, 500, (530), 560, (600), (620), 630, (670), 710, (750), 800, (850), 900, (950), 1000 и далее, мм. Размеры, указанные в скобках, применяются в технически обоснованных случаях.

Скорость ремня.

Диаметр ведомого шкива. Приняв коэффициент скольжения равный 0.01, вычисляем расчётный диаметр ведомого шкива.

Из ряда расчётный диаметров принимаем мм

Уточняем фактическое передаточное число.

Межосевое расстояние. Определяется конструктивными требованиями к ременному приводу. Для нормальной работы плоскоременной передачи должно выполняться условие

Длина ремня. Требуемая длина ремня для открытой передачи при заданном межосевом расстоянии равна.

Долговечность. Критерием долговечности является количество пробегов ремня в единицу времени.

Угол обхвата. Определяем угол обхвата ремнём малого шкива.



Расчёт конструкции плоского ремня. Определяем толщину ремня: рекомендуется

Принимаем толщину ремня равную 6 мм, с 4 резиновыми прокладками.

Расчёт ременной передачи.Расчёт ременной передачи выполняем по тяговой способности. Расчёт сводится к определению приведённого полезного напряжения.

Для резинотканевого ремня S=2.5, w=10.

Допускаемое полезное напряжение. Определяем допускаемое полезное напряжение по формуле:

коэффициент учитывающий влияние на тяговую способность угла обхвата на внешнем шкиве; так как в таблице коэффициенты даны при то применяем метод линейной интерполяции



скоростной коэффициент, равен:

коэффициент расположения передачи, зависит от угла наклона линий центров к горизонту; .

коэффициент динамичности и режима работы,

Тогда,

Окружная сила. Определяем величину окружной силы передаваемой ремнём:

Ширина ремня. Определяем ширину плоского ремня

Принимаем b=63 (мм)

Расчет шкива

Рис.4.1

Основные размеры шкивов для плоских ремней приведены в табл.4.2

Рекомендуемая конструкция шкива

Табл. 4.2.

Конструкция шкива при d, мм
до 90	80-200	свыше 180
монолитная	с диском	со спицами
стрела выпуклости h, мм
0,3	0,4 - 0,6	0,5 - 1,2
Выпуклость предусматривается на большем шкиве

Стандартные ширины обода шкивов В, мм

Табл. 4.3

Ширина	Ширина	Ширина
ремня	обода	ремня	обода	ремня	обода
20		71		140
25		80		160
32		90		180
40		100		200
50		112		224
63		125		250

Размеры шкива.

Толщина обода e:

мм.

Высота ребра S:

.

Диаметр ступицы :

Длина ступицы :

Число спиц :

Большая ось в основании :

.

Большая ось при вершине :

.

Меньшая ось в основании :

Меньшая ось при вершине



5. РАСЧЁТ И ВЫБОР ПОДШИПНИКОВ

Для опор валов червячных колес редукторов типа Ч-125 применяют роликовые конические подшипники различных типов по ГОСТ 27365-87.

5.1 Схемы установки подшипников

Схема установки подшипников "враспор" (рисунок 5, 6) конструктивно наиболее проста. Ее широко применяют при относительно коротких валах. Валы в одноступенчатых червячных редукторах считаются относительно короткими, поэтому назначаем схему установки подшипников "враспор".

Рис.5.1

Рис.5.2



Табл.5.3.

Роликовые конические однорядные подшипники повышенной грузоподъемности.

Серия диаметров 2, серия ширин 0 ГОСТ 27365-87.

Условное обозначение подшипника	d, мм	D, мм	B, мм	T, мм	Масса, кг
7212А	60	110	22	23.75	0,931	58000

Расчёт на долговечность.

, тогда х=0.44; у=1.47;

c=78000, p=10/3

Долговечность в часах

Долговечность в часах по заданиюч



6. РАСЧЁТ И ВЫБОР ШПОНОЧНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

При установке колес на валах необходимо обеспечить надежное базирование шкива по валу, передачу вращающего момента от шкива к валу или от вала к шкиву. [1, стр. 285]

Для передачи вращающего момента чаще всего применяют призматические и сегментные шпонки. [1, стр. 84]

Призматические шпонки имеют прямоугольное сечение; концы скругленные (рисунок 7, а) или плоские (рисунок 7, б). Стандарт для каждого диаметра вала определенные размеры поперечного сечения шпонки. Поэтому при проектных расчетах размеры b и h берут из таблицы 2 ГОСТ 23360-78 и определяем расчетную длину lр шпонки. Длину l = lр + b шпонки со скругленными. Длину ступицы назначают на 8...10 мм больше длины шпонки.

Назначаем в качестве соединения призматическую шпонку со скругленными концами.

Для определения характеристик требуемой шпонки и размеров шпоночного паза на шкиве и валу используем данные изГОСТ 23360-78 «Соединения шпоночные с призматическими шпонками».



Рис.7.2.

Так как , то выбираю призматическую шпонку с округлёнными концами, с размерами bЧh=14Ч9, материал Сталь 45,

Определяем рабочую длину шпонки:

Общая длина шпонки:

По ГОСТ23360-78 шпонка 14Ч9Ч25

Проверяем шпонку на срез:



7. ВЫБОР ПОДШИПНИКОВЫХ КРЫШЕК И РАЗМЕРОВ ОСНОВАНИЯ КОРПУСА РЕДУКТОРА

D=110 мм

е=15 мм

Толщина стенки(Ч-125)

L=261 мм

B=230 мм

H=111 мм

Наружный диаметр подшипниковой бобышки:

Длина гнезда подшипниковой бобышки быстроходного вала:

Выбор масла.

Выбираем марку масла, из индустриальных масел, подходящий для червячной передачи: И-40А

Объём масла для редуктора Ч-125 с верхним положением червяка составляет 3.8 литра.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При выполнении курсовойработы на тему: «Расчёт валопровода механического привода», были получены следующие данные: выбран асинхронный электродвигатель марки 4А132М4 с мощностью 11 кВт с имеющий на валу частоту вращения и вращающий момент .

Также при выполнении курсовойработы выбран червяныйредуктор, имеющий на ведущем валу мощность , частоту вращения , вращающий момент ; на ведомом валу мощность , частоту вращения , вращающий момент ; Согласно заданию, погрешность частоты вращения ведомого вала рабочей машины должна быть . Выполним проверку:

Требуемая частота вращения на выходном валу обеспечена.

При этом:

Большая мощность ведомого вала рабочей машины обусловлена тем, что по каталогу выбран электродвигатель большой мощности (). Электродвигатель меньшей мощности, подходящий под условие , в каталоге отсутствует.



ЛИТЕРАТУРА

1. Дунаев П.Ф., Леликов О.П., Конструирование узлов и деталей машин: Учеб. пособие для технических спец. вузов. - 8-е изд., исп. - М.: Издательский центр «Академия», 2004. - 496 с.

2. Анурьев В. И. Справочник конструктора - машиностроителя. В 3-х томах. Т.1. - 6е изд., переработанное и доп. - М.: Машиностроение, 1982. - 736 с.:ил.

3. Курмаз Л.В., Скайбеда А.Т. Детали машин: Проектирование. Справочное учебно-методическое пособие. - 2-е изд., исп. - М.: Высш. шк., 2005. - 309 с.:ил.

4. Завистовский, В.Э. Прикладная механика: учебно-методический комплекс для студентов специальности 1- 48 01 03 “Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов”. В двух частях. Часть 2. Детали машин и аппаратов. В трех книгах. Книга первая / В.Э. Завистовский.- Новополоцк: ПГУ, 2015.- 192 с.

5. Дулевич А.Ф., Осоко С.А., Никончук А.Н. Детали машин. Проектирование и расчет ременных передач и вариаторов, БГТУ, Минск, 2007. -- 120 с

6. Анфимов М.И., Редукторы. Конструкции и расчет.- 4-е изд., переработанное и доп. - М.: Машиностроение, 1993. - 463 с. .

7. Дунаев П.Ф., Леликов О.П . Детали машин. Курсовое проектирование: Учеб. пособие для машиностроительных специальностей учреждений среднего специального образования. -М.: Машиностроение, 2002.

8. ГОСТ 27365-87 Подшипники роликовые конические однорядные повышенной грузоподъемности. Основные размеры

Размещено на Allbest.ru