Проектирование привода

Подставляя, получаем

_a = _и = 54,4 МПа.

_a = _к /2 = 24,15 МПа.

Пределы выносливости в рассматриваемом сечении

_-1D = _-1/К_D, _-1D = _-1/ К_D,

где _-1, _-1 - пределы выносливости гладких образцов при симметричном цикле изгиба и кручения;

К_D, К_D - коэффициенты снижения предела выносливости.

Значения К_D ,К_D вычисляются по зависимостям

К_D = (К/ К_d + 1/ К_F - 1)/ К_V,

К_D = (К/ К_d + 1/ К_F - 1)/ К_V,

Где К, К - эффективные коэффициенты концентрации напряжений;

К_d, К_d - коэффициенты влияния абсолютных размеров поперечного сечения;

К_F, К_F - коэффициенты влияния качества поверхности;

К_V - коэффициент влияния поверхностного упрочнения.

Так как у нас шлицевое соединение, то

К/ К_d = 3,87;

К/ К_d = 2,34;

К_F = 0,88; К_F = 0,93

К_V = 2,6- продлен участок вала под закалку ТВЧ до посадочной поверхности подшипника для упрочнения поверхности опасного сечения.

Тогда имеем

К_D = (3,87 + 1,14 - 1)/2,6 = 1,54

К_D = (2,34 + 1,08 - 1)/2,6 = 0,93

_-1D = _-1/К_D = 360/1,54 = 233,8 МПа,

_-1D = _-1/ К_D = 200/0,93 = 215,05 МПа.

_D = / К_D = 0,09/0,93 = 0,097.

Получаем

S = _-1D/_a = 233,8/54.5 = 4,3

S = _-1D/(_a + _D*_m) = 8,12,

Тогда коэффициент запаса

S = S*S/( S² + S²)^1/2 = 4,3*8,12/( 4,3² + 8,12²)^1/2 = 3,8

S = 3,8 [S] = 1,5…2,5 - по сопротнвлению усталости проходит.

6.2. Промежуточный вал.

6.2.1. Расчет промежуточного вала на прочность.

Марка стали промежуточного вала - Сталь 40ХН

= 10³*M_max / W + F_max / A,

= 10³*M_kmax/W_k,

Наиболее нагружен участок вала цилиндрической шестерни

где M_max = К_п*( М_1г² + М_1в²)^1/2 = 2,2*( 44,2² + 14,3²)^1/2 = 102,3 Нм.

F_max = К_п*Fa_Т = 2,2*516,6 = 1136,5 Н.

Так промежуточный вал является валом - шестерней, то его момент сопротивления при изгибе и кручению будут равны

W = 2*J/d_a, W_k=2*W;

Где J - осевой момент инерции пи расчетах на жесткость,

d_a - диаметр вершин зубьев.

J = *(_j*d⁴ - d₀⁴)/64,

_j принимают в зависимости от коэффициента смещения и числа зубьев, (х = 0, z = 22) _j = 0,95

d = 45 мм.

d_а = 49 мм,

d₀ = 0.

W = 7805,08 мм³.

W_k = 2*W = 15610,2 мм³.

А = *(_S*d² - d₀²) ;

_S принимают в зависимости от коэффициента смещения и числа зубьев, _S = 0,96.

А = 1526,8 мм².

= 10³*102,3/7805 + 1136,05/1526,8 = 13,85 МПа,

= 13,85 МПа.

М_kmax = К_п*Т_пр = 2,2*54,6 = 120,12 Нм.

= 10³*120,12/15610 = 7,69 МПа.

= 7,69 МПа.

Рассчитаем частные коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям:

S_т = _т/, _т = 750 МПа.

S_т = _т/, _т = 450 МПа.

S_т = 750/13,85 = 54,15

S_т = 450/7,69 = 58,5

Общий коэффициент запаса прочности по пределу текучести при совместном действии нормальных и касательных напряжений:

S_т = S_т*S_т/( S_т² + S_т²)^1/2 [S_т] = 1,3…2

S_т = S_т*S_т/( S_т² + S_т²)^1/2 = 54,15*58,5/( 54,15² + 58,5²)^1/2 = 39,37

Получили, что

S_т = 39,37 [S_т] = 1,3…2

Более дешевый, а соответственно и менее прочный материал выбрать нельзя из-за ограничений, налагаемых цилиндрической зубчатой передачей.

6.3. Быстроходный вал.

6.3.1. Расчет быстроходного вала на прочность.

Марка стали тихоходного вала - Сталь 40ХН.

В расчете определяют нормальные и касательные напряжения в рассматриваемом сечении вала при действии максимальных нагрузок:

= 10³*M_max / W + F_max / A,

= 10³*M_kmax/W_k,

где M_max = К_п*М_к = 30,08*2,2 = 66,19 Нм.

F_max = К_п*Fa = 2,2*1179 = 2594 Н.

W = *d³/32 = 4209 мм³,

W_k = 2*W = 8418 мм³.

А = *d²/4 = 962,1 мм².

= 10³*66,19/4209 + 2594/962,1 = 8,42 МПа,

= 8,42 МПа.

М_kmax = К_п*Т = 2,2*23 = 50,6 Нм.

= 10³*50,6/8418 = 6 МПа.

= 6 МПа.

Рассчитаем частные коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям:

S_т = _т/, _т = 640 МПа.

S_т = _т/, _т = 380 МПа.

S_т = 640/8,42 = 76

S_т = 380/6 = 63,22

Общий коэффициент запаса прочности по пределу текучести при совместном действии нормальных и касательных напряжений:

S_т = S_т*S_т/( S_т² + S_т²)^1/2 [S_т] = 1,3…2

S_т = S_т*S_т/( S_т² + S_т²)^1/2 = 48,6

Получили, что

S_т = 48,6 [S_т] = 1,3…2

Более дешевый, а соответственно и менее прочный материал выбрать нельзя из-за ограничений, налагаемых конической зубчатой передачей.

6.4. Приводной вал.

6.4.1. Расчет приводного вала на прочность.

Марка стали приводного вала - Сталь 45.

= 10³*((My_max / Wy)+(Mk_max/Wk)),

= 10³*M_kmax/W_k,

где My_max = К_п*Мy = 2,2*618 = 1359.6 Нм.

Mk_max = К_п*Мk = 2,2*94 = 206.8 Нм.

Параметры шпоночного паза: b=12, h=8, d=42

Wy = (*d³/32)-b*h*(2*d-h)²/16*d =6444,74 мм³,

Ввиду громоздкости расчетов Wk принимаем его равным Wy,

W_к = *d³/16 - b*h**(2*d-h)²/16*d = 13714,6 мм³.

= 10³*618/6444,74 + 94/6444,74 = 110,4 МПа,

= 110,4 МПа.

М_kmax = К_п*Т = 976,25 Нм.

= 10³*976,25/13714,6 = 71,2 МПа.

= 71,2 МПа.

Рассчитаем частные коэффициенты запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям:

S_т = _т/, _т = 650 МПа.

S_т = _т/, _т = 390 МПа.

S_т = 650/110,4 = 5.88

S_т = 390/71.2 = 5.48

Общий коэффициент запаса прочности по пределу текучести при совместном действии нормальных и касательных напряжений:

S_т = S_т*S_т/( S_т² + S_т²)^1/2 [S_т] = 1,3…2

S_т = S_т*S_т/( S_т² + S_т²)^1/2 = 5.88*5.48/( 5.88² + 5.48²)^1/2 = 4,008

Получили, что

S_т = 4,008 [S_т] = 1,3…2

7. Выбор смазочных материалов.

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 контактного напряжения и окружной скорости колес.

Контактные напряжения:

_НТ = 554,7 МПа,

_НБ = 616,87 МПа.

Определим окружную скорость:

V = 2**a*n/6*10⁴*(u 1),

а = 100 мм. - межосевое расстояние.

u_Т = 3,46

u_Б = 2,38

n_Т = 336,25 об/мин,

n_Б = 2730 об/мин.

«+» - так как зацепление внешнее.

V_Т = 2*3.14*100*336.25/6*10⁴*(3.46 + 1) = 0,79 м/с,

V_Б = 2*3.14*100*2730/6*10⁴*(2,38 + 1) = 8,45 м/с.

t = 40 С

Вязкость масла определяем по контактным напряжениям и окружной скорости быстроходного колеса:

К = 40 мм²/с,

Марка масла И - Г - А - 46 .

Это обозначает:

И - индустриальное,

Г - для гидравлических систем,

А - масло без присадок,

32 - класс кинематической вязкости.

Так как у нас есть окружная скорость V 1 м/с , то в масло необходимо погрузить оба колеса ступеней.

Подшипники смазываем тем же маслом. Так как имеем картерную систему смазывания, то они смазываются брызгами.

8. Расчет муфт

8.1.1. Выбор блокирующего устройства

Для предотвращения движения поднятого груза, находящегося в ковшах элеватора в обратном направлении, необходимо блокирующее устройство. В этом качестве используем обгонную муфту. Вышеназванное устройство воспринимает момент с приводного вала посредством шпоночного соединения. При вращении вала в блокирующем направлении момент передается через звездочку, обойму и, находящиеся между ними в клине, ролики. Далее нагрузка уходит в корпус и затем в раму транспортера.

Наиболее опасным местом, с точки зрения прочности элементов, являются ролики при вращении вала в блокирующем направлении. Для них проведем проверочный расчет по контактным напряжениям.

8.1.2. Проверочный расчет обгонной муфты

Муфта выбирается по крутящему моменту.

Обычно для роликовых обгонных муфт применяют =7 - угол подъема профиля в точке контакта с роликом.

Сила, действующая на ролик при передаче вращающего момента

F=T*10³ /z*R*sin(/2) где: z-число роликов, R- радиус до точки контакта.

F=10³*443,75/5*(200/2)*sin(3,5)=14,54*10³ НМ

По рекомендациям принимаем: l=2*d, _H=1300 Мпа;

d- диаметр ролика

l- длина ролика

_H- допускаемые контактные напряжения

_Н=0.418*(2*F*E/d*l)^1/2=270*(F/d*l)^1/2_H

при проектном расчете: d=(F*E)^1/2/_H /0.418 =17,8 мм

Расчет показывает, что ролики d=25 мм пройдут тем более.

8.2.3. Выбор и проверочный расчет упругой муфты

Для соединения вала двигателя и быстроходного вала редуктора и устранения неизбежных перекосов валов применяем муфту с торообразной вогнутой оболочкой.

Коэффициент режима работы k=1,1…..1,4- при спокойной работе

T_б=22,72 НМ n=2730 об/мин

Расчет производится по условию несдвигаемости:

Tk=k*T_б Tk=1,4*22,72 = 31,8 HM

Определим силу затяжки болтов, крепящих торообразную оболочку к полумуфте:

F_зат=K*Tk / z*f*D_m где предполагаем z=4 - число болтов

f=0,3 - коэф-т трения резина сталь

D_m=(D1+D2)/2=112,5 мм - средний диаметр

F_зат=1,5*31,8*10³ / 4*0,3*112,5=353 H

d_болта=( F_зат*4*1,3/*_p)^1/2=(353*4*1,3/3,14*148)^1/2=1,98 мм

_p - для болтов класса прочности 3.6 _т=200 МПа S_T=1,1….1,5

_p=200/1,35=148 Мпа

Принимаем болты d=6 мм - найденного выше числа болтов хватит с запасом.

9. Расчет цепной передачи

9.1 Анализ результатов с ЭВМ

Вариант цепной передачи производим, исходя из условий минимальных размеров ведомой звездочки.

Цепь в этом случае 2-х поточная.

Список используемой литературы:

1. “ Конструирование узлов и деталей машин”

П.Ф.Дунаев О.П.Леликов

2. “Детали машин” Д.Н.Решетов

3. Атлас по деталям машин т.1,2 Д.Н.Решетов

При разработке курсового проекта использованы инструментарии сред: “Компас-График 5.5” и “Microsoft Word 2000”