Проектирование нижнего лесного склада

мм.

4.6.9 Диаметр окружности вершин зубьев

, (4.46)

мм;

,

мм

4.6.10 Диаметр окружности впадин зубьев

; (4.47)

мм;

,

мм.

4.6.11 Ширина зубчатых венцов

; (4.48)

мм.

мм,

мм.

4.6.12 Окружная скорость зубчатых колес

, (4.49)

м/с.

4.6.13 Силы в зацеплении:

окружные

, (4.50)

Н;

радиальные

, (4.51)

где - угол зацепления, =20є,

Н.

4.6.14 Контактное напряжение (проверочный расчет)

, (4.52)

где - коэффициент, для прямозубой передачи =436;

- коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между зубьями, = 1,0;

= 1,0;

- коэффициент динамической нагрузки, = 1,36,

МПа.

Контактное напряжение меньше допускаемого .

4.6.15 Напряжение изгиба (проверочный расчет)

для шестерни

, (4.53)

где - коэффициент, учитывающий наклон зубьев; - коэффициент формы зуба; - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между зубьями; - коэффициент динамической нагрузки;

для колеса

. (4.54)

МПа;

МПа.

Напряжения изгиба меньше допускаемого .

4.7 Расчет цепной передачи с роликовой приводной цепью

Исходные данные: мощность на ведущей и ведомой звездочках, кВт и кВт; угловые скорости ведущей и ведомой звездочек, рад/с и рад/с; вращающий момент на валу ведущей звездочки 80,28 ; передаточное отношение .

4.7.1 Коэффициент эксплуатации

, (4.55)

где - коэффициент, учитывающий характер нагрузки;

- коэффициент, учитывающий угол наклона передачи;

- коэффициент, учитывающий способ смазывания цепи;

- коэффициент, учитывающий периодичность работы передачи,

.

4.6.2 Число зубьев малой звездочки

, (4.56)

4.7.2 Шаг зубьев малой звездочки

, (4.57)

где - допускаемое давление в шарнирах цепи, принимаем =29,4 МПа;

- коэффициент, учитывающий число рядов цепи, принимаем двухрядную цепь =1,8,

.

4.7.3 По справочным таблицам [12] выписываем параметры цепи.

Площадь поверхности опорной проекции шарнира S =50 ммІ; разрушающая нагрузка = 26 кН; масса 1 кг цепи q =1,31.

4.7.4 Скорость цепи

; (4.58)

0,63 м/с.

4.7.5 Натяжение ведущей ветви цепи

, (4.59)

где - окружная сила;

Н - центробежная сила;

- сила от провисания цепи, ;

- коэффициент провисания, учитывающий расположение цепи;

- межосевое расстояние,

Н.

Н

4.7.6 Расчетное давление в шарнирах цепи

, (4.60)

30.

Расчетное давление меньше допускаемого , т.к.

4.7.7 Расчетный коэффициент запаса прочности цепи

, (4.61)

.

Расчетный коэффициент запаса прочности цепи меньше допускаемого .

4.7.8 Расчетная нагрузка на вал

, (4.62)

где - коэффициент нагрузки вала, =1,05,

4.7.9 Число зубьев ведомой звездочки

; (4.63)

.

4.7.10 Число звеньев цепи

, (4.64)

.

Принимаем = 140.

4.7.11 Фактическое межосевое расстояние

, (4.65)

510 мм.

4.7.12 Частота ударов цепи при набегании ее на зубья звездочек и сбегании с них

, (4.66)

.

Частота ударов цепи при набегании ее на зубья не превышает допускаемого значения . = 60 .

4.8 Конструирование звездочек

4.8.1 Выбор материала

Чаще всего звездочки изготавливают из среднеуглеродистых сталей или легированных сталей 40, 45, 40Х и др. При небольших скоростях звездочки так же могут изготавливаться из пластмасс.

Для разрабатываемого привода конструируем звездочку из стали марки сталь 45.

4.8.2 Параметры профилей звездочек

Диаметр делительной окружности звездочек

(4.67)

Диметр ведущей звездочки

мм.

Диаметр ведомой звездочки

мм.

Диаметр окружности выступов

, (4.68)

где - коэффициент высоты зуба, =0,532

Диаметр окружности выступов ведущей звездочки

= мм.

Диаметр окружности выступов ведомой звездочки

= мм

Найдем радиус впадины

, (4.69)

где - диаметр элемента зацепления цепей, = 8,51 мм,

мм.

Диаметр окружности впадин

. (4.70)

Диаметр окружности впадин ведущей звездочки

мм.

Диаметр окружности впадин ведомой звездочки

мм.

Толщина диска выбирается по справочным таблицам [12].

мм.

Диаметр обода звездочек, толщину обода и длину ступицы определяем конструктивно.

4.9 Расчет валов

4.9.1 Выбор материала вала и определение допускаемых напряжений.

Примем материалом для вала сталь 45. Механические характеристики стали 45:

НВ 270; ; ; ;; .

Определяем допускаемое напряжение

, (4.71)

где - коэффициент концентрации напряжений, = 1,7;

- требуемый коэффициент запаса прочности,

МПа.

Предварительная компоновка редуктора.

Рисунок 17 - Компоновочная схема редуктора

мм - длина ступицы муфты;

мм - длина ступицы звездочки.

мм; (4.71)

, (4.72)

. Принимаем 50 мм.

, (4.73)

мм.

4.9.2 Расчет быстроходного вала

Исходные данные: окружная сила = 1637,6 Н; радиальная сила = 596 Н; Т = 20,88 Н; диаметр шестерни d = 25,5 мм; 50 мм, 110 мм; материал вала - сталь 45; 120,59 МПа.

Рисунок 18 - Схема сил, действующих на вал

Вертикальная плоскость

Н. (4.74)

Проверка:

.

Строим эпюру изгибающих моментов от сил, действующих в вертикальной плоскости:

;

; (4.75)

Н м;

;

.

Горизонтальная плоскость

Определяем реакции опор ,

; (4.76)

Н.

Строим эпюру изгибающих моментов от сил, действующих в горизонтальной плоскости:

;

;

Н;

; (4.77)

.

Определяем суммарные реакции опор.

; (4.78)

Н.

Строим суммарную эпюру изгибающих моментов.

; (4.79)

Н м.

Строим эпюру крутящих моментов

; (4.80)

Н м.

Строим эпюру эквивалентных моментов

; (4.81)

Н м;

Н м;

.



Рисунок 19 - Эпюра моментов быстроходного вала

Определяем диаметры вала в сечениях по формуле

, (4.82)

где - допускаемое напряжение изгиба, = 120,59 МПа;

мм;

мм;

мм.

Принимаем диаметры вала мм; мм.

4.9.3 Расчет тихоходного вала

Исходные данные: окружная сила = 1637,6 Н; радиальная сила = 596 Н; сила действующая от звездочки Н; Т = 80,25 Н; 50 мм, 110 мм; материал вала - сталь 45; 120,59 МПа.

Рисунок 20 - Схема сил, действующих на вал

Вертикальная плоскость

; (4.83)

Н;

Строим эпюру изгибающих моментов

;

;

Н м;

; (4.84)

.

Горизонтальная плоскость

; ; (4.85)

Н.

; ; (4.86)

- перев.

Проверка:

; -1647,12+596+2737,52-1686,4 = 0.

Строим эпюру изгибающих моментов

;

Н м;

Н м.

Находим суммарные реакции опор аналогично предыдущему расчету по формуле (4.78).

Н;

Н.

Находим суммарный изгибающий момент аналогично предыдущему расчету

;

Н м;

Н м;

.

Определяем крутящий момент

; (4.87)

Н м.

Определяем эквивалентные моменты в сечениях по формуле (4.81).

;

Н м;

Н м;

Н м.

Все расчеты выполнялись в соответствии с методической литературой и учебными пособиями [12]. В расчетах эквивалентный момент на подшипнике получился больше чем эквивалентный момент на колесе. Это связано с тем, что изгибающий момент на подшипнике больше, чем на зубчатом колесе.



Рисунок 21 - Эпюра моментов тихоходного вала

Определяем диаметры вала

мм;

мм;

мм.

В соответствие с расчетами принимаем следующие диаметры вала в сечениях:

мм; мм; мм.

4.9.4 Проверочный расчет тихоходного вала в опасном сечении

4.9.4.1 Определяем амплитуду нормальных напряжений

, (4.88)

где - суммарный изгибающий момент в рассматриваемом сечении вала;

- осевой момент инерции,

МПа.

4.9.4.2 Средние напряжения цикла

, (4.89)

где - полярный момент сопротивления сплошного сечения вала,

МПа.

4.9.4.3 Определяем коэффициенты концентрации нормальных и касательных напряжений

; .

4.9.4.4 Масштабные коэффициенты для нормальных и касательных напряжений

= 0,92; = 0,83.

4.9.4.5 Коэффициент шероховатости, учитывающий влияние шероховатости на усталостную прочность вала

= 1,0.

4.9.4.6 Коэффициент влияния поверхностного упрочнения на усталостную прочность

= 2,4

4.9.4.7 Вычисляем коэффициенты снижения предела выносливости

; (4.90)

.

; (4.91)

.

4.9.4.8 Коэффициент ассиметрии цикла

.

4.9.4.9 Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям

, (4.92)

где - предел выносливости;

- коэффициент ассиметрии цикла нормальных напряжений, не определяется, так как напряжения изменяются по симметричному циклу и = 0,

.

4.9.4.10 Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям

, (4.93)

.

4.9.4.11 Расчетный коэффициент запаса прочности

; (4.94)

.

4.9.4.12 Сравниваем расчетный коэффициент запаса прочности с требуемым .

. Так как 4,5 > 2,5, условие прочности выполнено.

4.10 Подбор подшипников качения

4.10.1 Подбор подшипников для быстроходного вала

В данном редукторе целесообразно применять обычные радиальные шариковые однорядные подшипники, так как отсутствует осевая сила и действуют незначительные нагрузки.

Расчеты выполняем в соответствие с необходимой литературой [12].

Исходные данные для расчета:

На подшипники действуют радиальные силы 871,3 Н; 871,3 Н. Диаметр цапф вала 20 мм. Частота вращения вала 709 . Рабочая температура подшипника 80є С.

Рисунок 22 - Расчетная схема

Подбираем подшипник по диаметру вала и выписываем динамическую и статистическую грузоподъемности.

Принимаем подшипник 204. = 12700 Н; = 6200 Н.

По условиям эксплуатации определяем [12]: коэффициент вращения V = 1,0; коэффициент безопасности К= 1,3; температурный коэффициент К= 1,0; коэффициент надежности (принимаем надежность 90%) а= 1,0.

Определяем эквивалентную динамическую нагрузку для наиболее нагруженного подшипника

, (4.95)

где ; Y = 0.

Y.

Определяем долговечность подшипников

, (4.96)

где - частота вращения вала,

ч.

Подшипники подобраны правильно, так как . ч.

4.10.2 Подбор подшипников для тихоходного вала

Исходные данные для расчета:

На подшипники действуют радиальные силы 1839,39 Н; 2857,39 Н. Диаметр цапф вала 25 мм. Частота вращения вала 177,25 . Рабочая температура подшипника 80є С.

Рисунок 23 - Расчетная схема.

Подбираем подшипник по диаметру вала и выписываем динамическую и статистическую грузоподъемности.

Принимаем подшипник 405. = 30700 Н; = 16600 Н.

По условиям эксплуатации определяем [12]: коэффициент вращения V = 1,0; коэффициент безопасности К= 1,3; температурный коэффициент К= 1,0; коэффициент надежности (принимаем надежность 90%) а= 1,0.

Определяем эквивалентную динамическую нагрузку для наиболее нагруженного подшипника

, (4.97 )

где ; Y = 0

Н.

Определяем долговечность подшипников

, (4.98)

где - частота вращения вала,

ч.

Подшипники подобраны правильно, так как . ч.

4.11 Подбор шпонок и проверочный расчет их на смятие

4.11.1 Расчет шпонки для муфты

Исходные данные: диаметр вала d = 32 мм; длина ступицы полумуфты L = 80 мм.

Рисунок 24 - Расчетная схема

Выписываем размеры выбранной шпонки из таблиц [12].

dв = 32 мм, b = 10 мм, h = 8 мм, t1 = 5 мм. Длину шпонки принимаем на 5 - 10 мм меньше длины ступицы вала, l = 70. Шпонка ГОСТ 23360-78.

, (4.99)

где - вращающий момент, передаваемый шпонкой, = 21,55 Н м; d - диаметр вала; h - высота шпонки; ; b - ширина шпонки,

МПа.

Допускаемое напряжение = 100…150 МПа.

4.11.2 Расчет шпонки для зубчатого колеса

Исходные данные: диаметр вала d = 30 мм; длина ступицы колеса L = 45 мм.

Выписываем размеры выбранной шпонки.

dв = 30 мм, b = 8 мм, h = 7 мм, t1 = 4 мм. Длину шпонки принимаем на 5 - 10 мм меньше длины ступицы вала, l = 35 мм. Шпонка ГОСТ 23360-78.

, (4.100)

где - вращающий момент, передаваемый шпонкой, = 80,28 Н м;

d - диаметр вала;

h - высота шпонки;

b - ширина шпонки,

МПа.

4.11.3 Расчет шпонки для ведущей звездочки.

Исходные данные: диаметр вала d = 20 мм; длина ступицы звездочки L = 30 мм.

Выписываем размеры выбранной шпонки.

dв = 20 мм, b = 6 мм, h = 6 мм, t1 = 3,5 мм. Длину шпонки принимаем на 5 - 10 мм меньше длины ступицы вала, l = 25 мм. Шпонка ГОСТ 23360-78.

, (4.101)

где - вращающий момент, передаваемый шпонкой, = 80,28 Н м;

d - диаметр вала;

h - высота шпонки;

b - ширина шпонки,

МПа.

4.11.4 Расчет шпонки для ведомой звездочки

Исходные данные: диаметр вала d = 45 мм; длина ступицы звездочки L = 80 мм.

Выписываем размеры выбранной шпонки.

dв = 45 мм, b = 14 мм, h = 9 мм, t1 = 5,5 мм. Длину шпонки принимаем на 5 - 10 мм меньше длины ступицы вала, l = 75 мм. Шпонка ГОСТ 23360-78.

, (4.102)

где - вращающий момент, передаваемый шпонкой, = 419,94 Н м;

d - диаметр вала;

h - высота шпонки;

b - ширина шпонки,

МПа.

4.12 Подбор муфты

Выбираем муфту с учетом условий ее работы и по передаваемой заданной мощности. Между двигателем и редуктором обычно устанавливают упругие компенсирующие муфты, так как здесь большая угловая скорость и небольшой крутящий момент. Для данного привода применяем упругую муфту с торообразной оболочкой.

Определяем расчетный крутящий момент Тр.

, (4.103)

где Кр - коэффициент режима работы Кр = 1,15…1,20;

T - вращающий момент на валу,

Н.

Выбираем шарнирную муфту по ГОСТ 50892-96.

Муфта 1-125-32-1 У2 ГОСТ 50892-96.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе был спроектирован нижний лесной склад с годовым грузооборотом 10 тыс. мі. Был произведен выбор соответствующего технологического оборудования, подсчитана его производительность. Так же была произведена модернизация гидравлического дровокольного станка ЛО-46 путем включения в схему выносного роликового транспортера. Это позволило увеличить производительность и полностью механизировать работу станка.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1 Залегаллер, Б.Г. Технология и оборудование лесных складов: учебник для вузов / Б.Г. Залегаллер. - М.: Лесн. пром-сть, 1984. - 352 с.

2 Ласточкин, П.В. Оборудование для лесоскладских работ и материалы к технологическим расчетам: учебное пособие для курсового и дипломного проектирования / П.В. Ласточкин. - Л.: ЛТА, 1990. - 116 с.

3 Вороницын, К.И. Машинная обрезка сучьев на лесосеке / К.И. Вороницын. - М.: Лесн. пром-сть, 1989. - 272 с.

4 Шелгунов, Ю.В. Лесоэксплуатация и транспорт леса: учебник для вузов / Ю.В. Шелгунов. - М.: Лесн. пром-сть, 1989. - 520 с.

5 Шелгунов, Ю.В. Технология и оборудование лесопромышленных предприятий: учебник / Ю.В. Шелгунов. - М.: МГУЛ, 2002. - 589 с.

6 Гороховский, К.Ф. Машины и оборудование лесосечных и лесоскладдских работ: учебное пособие для вузов / КФ. Гороховский. - М.: «Экология», 1991. - 528 с.

7 Хинчук, Д.Г. Оборудование нижних складов лесозаготовительных предприятий: учеб.-метод. пособие / Д.Г. Хинчук, В.Б. Желудков. - Архангельск: Арханг. гос. техн. ун-т, 2008. - 104 с.

8 Прокофьев, Г.Ф. Основы конструирования: учебн. пособие / Г.Ф. Прокофьев. - Архангельск: Изд-во АГТУ, 2006 г. - 187 с.

9 Лешкевич, А.И. Оборудование лесных складов / А.И. Лешкевич, Д.К. Воевода. - «Лесная промышленность», 1975 г. - 280 с.

10 Шкиря, Т.М. Совершенствование и динамика дровокольных станков / Т.М. Шкиря. - Львов, «Вища школа», 1977. - 160 с.

11 Гороховский, К.Ф. Основы технологических расчетов оборудования лесосечных и лесоскладских работ: учебн. пособие для вузов / К.Ф Гороховский, Н.В. Лившиц. - М.: Лесн. пром-сть, 1987. - 256 с.

12 Прокофьев, Г.Ф. Конструирование приводов технологических машин: учебн. пособие для вузов / Г.Ф. Прокофьев, Н.И. Дундин. - Архангельск. Изд-во Арханг. гос. техн. ун-та, 2007. - 506 с