Реферат: Привод элеватора. Компоновка. СБ чертеж цилиндрического редуктора. Деталировка. РПЗ
Название: Привод элеватора. Компоновка. СБ чертеж цилиндрического редуктора. Деталировка. РПЗ Раздел: Остальные рефераты Тип: реферат | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Привод элеватора. Компоновка. СБ чертеж цилиндрического редуктора. Деталировка. РПЗОглавление.................................................................................................... 2 ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ......................................................................... 3 Основная часть............................................................................................. 4 1. Выбор электродвигателя, кинематический расчет привода....... 4 1.1 Необходимая мощность электродвигателя.............................. 4 1.2 Выбор электродвигателя, передаточное отношение редуктора, частоты вращения валов.................................................................................... 4 2. Расчет редукторной передачи.......................................................... 5 2.1 Мощности, передаваемые валами, крутящие моменты......... 5 2.2 Расчет цилиндрической передачи.............................................. 5 3. Расчет валов, подбор подшипников................................................. 9 3.1 Предварительный расчет валов................................................. 9 3.2. Эскизная компоновка валов........................................................ 9 3.3 Проверочный расчет валов....................................................... 10 3.4 Расчет подшипников.................................................................... 14 4 Подбор и проверка шпонок............................................................... 16 5 Подбор муфты..................................................................................... 17 6. Подбор смазки редуктора................................................................ 17 Список литературы.................................................................................... 18 Спроектировать привод элеватора Исходные данные: Усилие на ленте элеватора F = 3 кН Скорость ленты элеватора v = 1,3 м/с Диаметр барабана элеватора в = 275 мм 1. Выбор электродвигателя, кинематический расчет привода1.1 Необходимая мощность электродвигателяКПД редуктора: h = hпк 2 hзц hк = 0,9952 *0,98*0,95 = 0,92 Где hпк = 0,995 - КПД пары подшипников качения [2, с. 304] hзп = 0,98 - КПД зубчатой цилиндрической закрытой передачи hк = 0,95 - КПД клиноременной передачи [2, с. 304] Необходимая мощность электродвигателя [1, ф. (2.1)] N = F×v/h= 3 * 1,3 / 0,92 = 4,24 кВт 1.2 Выбор электродвигателя, передаточное отношение редуктора, частоты вращения валов1.3.1 Подбираем электродвигатель серии 4А ГОСТ 1923-81: Номинальная мощность Nном = 5,5 кВт, Частота вращения при номинальной нагрузке nном = 730 об/мин. 1.3.2 Передаточное отношение привода:U=nном /nт =730/90,28=8,09 Где Частота вращения тихоходного вала редуктора - nт = 60v/(pD) = 60 × 1,3 /(p× 0,275 ) = 90,28 об/мин Принимаем из стандартного ряда Up = 3,55 [1, с. 51]. Принимаем передаточное отношение клиноременной передачи Uк = 2,24 Фактическое передаточное отношение редуктора Uф = Up ×Uк = 3,55 × 2,24 =7,95 » U 1.3.3 Действительные частоты вращения валов редуктора: nб = nном /Uк = 730 / 2,24 = 325,89 об / мин nт = nб /Uр = 325,89 / 3,55 = 91,80 об / мин 2. Расчет редукторной передачи2.1 Мощности, передаваемые валами, крутящие моменты2.1.1 Мощности, передаваемые валами Nб = N*hк = 4,24 * 0,95 = 4,03 кВт Nт = N*h = 4,24 * 0,92 = 3,90 кВт 2.1.2 Крутящие моменты на валах определяем по формуле: Т = 9555 N/n [2, с. 129] Где N - передаваемая мощность, кВт n - частота вращения, об/мин Тб = 9555 × 4,24 / 325,89 = 118,08 Нм Тт = 9555 × 4,24 / 91,80 = 405,93 Нм 2.2 Расчет цилиндрической передачи2.3.1 Материалы колес, допускаемое напряжение, коэффициенты долговечности Для обеспечения лучшей прирабатываемости выбираем материалы шестерни и колеса согласно рекомендациям [2, §8] Шестерня: 35 ХМ - термообработка - улучшение + закалка ТВЧ Колесо: 40 Г - термообработка - улучшение Механические свойства сталей после указанной термообработки [1, табл. 4.5]:
Т. к. график нагрузки передачи не задан, принимаем коэффициенты долговечности KHД = 1; KFД = 1. Т. к. разница между средними твердостями материалов шестерни и колеса не превышает 100 единиц по шкале Бринеля, лимитирует колесо [1]. Допускаемое контактное напряжение [1 ф. (4.21)]: [sН ] = sН lim b /SН Где sН lim b2 = 2 НВср + 70 - базовый предел контактной выносливости SН = 1,1 - коэффициент безопасности [1, табл. 4.6] [sН ] = (2*248,5+70)/1,1 = 515,45 МПа Допускаемое напряжение изгиба [1, ф. (4.24)] [sF ] = sF lim b /SF Где sF lim b = 1,8 НВср - предел длительной выносливости по напряжениям изгиба SF = 1,75 - коэффициент безопасности по изгибу По [1, табл. 4.6, с. 90] [sF ] =1,8 НВср2 /SF = 1,8*248,5/1,75 = 255,6 МПа 2.3.2 Коэффициенты нагрузкиKh = Kha Khb Khv Kf = Kfa Kfb Kfv Предварительное значение окружной скорости: Где Cv = 15 [1, табл. 4.9, с. 95] ya = 0,4 - коэффициент ширины зубчатого колеса [1, табл. 3.3, с. 53] Степень точности передачи - 9 [1, табл. 4.10, с. 96] Kha = 1,1 [1, рис.4.7, с.92]; Kfa = 1 [1, с.92] b/d1 = Ya (Uр +1)/2 = 0,4*(3,55 +1)/2 = 0,91; Khb0 = 1,2 [1, табл. 4.7, с.93] Согласно [1, ф. 4.30, с. 92]: Khb = Khb0 = 1,2 Согласно [1, табл. 4.8, ф. 4.30, с. 94] Kfb = Kfb0 = 1,2 Khv = 1,01; Kfv = 1,01 [1, табл. 4.11, 4.12, с. 96, 97] Коэффициенты нагрузки Kh = 1,1* 1,2 *1,01 » 1,33 Kf = 1* 1,2 *1,01 » 1,21 2.3.3 Основные параметры цилиндрической передачиРасчетный крутящий момент [1] с. 98: Tp = Tт KhД Kh = 405,93*1* 1,33 » 541,18 Нм Межосевое расстояние[1, ф. (4.38), с. 98] где К = 270 - для косозубых передач 103 - численный коэффициент согласования размерностей Принимаем согласно единого ряда главных параметров [1, с. 51], а = 140 мм Ширина колеса: b2 = a Ya = 140 *0,4 = 56 мм Принимаем b2 = 56 мм Фактическая окружная скорость: V = 2apn1 / ((Uр +1) 60) = 2* 140 *p* 325,89 /(3,55+1)60 = 1,05 м/c Уточняем Kh по [1, рис. 4.7, с. 92]: Kha » 1,1 Проверка по контактным напряжениям [1] ф. (4.41) с. 98 условие контактной прочности выполняется Окружная сила [1,ф.(4.44),с.99]: Модуль [1, ф. (4.45), с. 99]: Где К = 3,5 [1] с. 99 Принимаем согласно рекомендациям [1 с. 53] mn = 1,125 мм Принимаем угол наклона линии зуба b=12° Суммарное число зубьев [1, ф. (4.49), с. 100]: Zå = Z1 +Z2 = (2a/mn )cos(b) = (2* 140 / 1,125 )*cos(12°) = 243,45 Принимаем Zå = 244; Число зубьев шестерни и колеса: Z1 = Zå /(U+1) = 244/(3,55+1) = 53,63; Принимаем Z1 = 54; Z2 = Zå - Z1 = 244 - 54 = 190 Уточняем угол наклона линии зуба: Фактическое напряжение изгиба [1, ф. (4.54), с. 101]: sf = Yf Yb Ft KfД Kf / (b mn ) Где Yf - коэффициент формы зуба Yb - коэффициент наклона зуба Эквивалентное число зубьев для колеса [1] ф. (4.55) с. 101: Zv = Z2 / cos3 b = 190 /cos3 (11,38°) = 201 Тогда: Yf = 3,6 [1, табл. 4.13, с. 101] Yb = 1 - b/160 = 1 – 11,57 /160 = 0,93 Где b - в градусах и десятичных долях градуса sf = 3,6 Yb Ft 1 Kf / (b2 mn ) sf = 3,6 * 0,93 * 3716 *1* 1,21 / ( 56 * 1,125 ) = 238,77 МПа Условие прочности выполняется. 2.3.4 Геометрический расчет цилиндрической передачиТаблица 2.1 Параметры колес цилиндрической передачи
Т. к. колеса нарезаны без смещения исходного контура, для шестерни и колеса Х = 0. 2.3.5 Силы в зацеплении цилиндрической передачиСилы в зацеплении цилиндрической передачи определяем согласно [1] § 4.9 с. 109 Осевая сила Fa = Ft tg(b) = 3716 * tg( 11,38 °) = 747,64 H Радиальная сила Fr = Ft tg(a)/cos(b) = 3716 *tg(20°)/cos( 11,38 °) = 1380 H 3.3.6 Силы в ременной передаче Скорость движения ремня при диаметре быстроходного шкива D = 100 мм: Vр = p nном D/60 = p× 730 ×0,1/60 = 3,82 м/с. Угол охвата a1 = 150°, число ремней Z = 3, масса 1 м длины ремня Б: q = 0,18 кг/м. Коэффициент длины ремня CL = 0,92 [2, табл. 6.14, с 215]. Коэффициент охвата Сa = 0,92 [2, табл. 6.13]. Коэффициент режима работы Ср = 1 [2, табл. 6.5]. Сила натяжения одного клинового ремня: F0 = 780 N CL /(Vр Ca Cp Zр ) + q Vр 2 = = 780× 4,24 × 0,92 /( 3,82×0,92×1×3) + 0,18×3,822 = 288,36 Н Сила, действующая на вал: Fp = 2 F0 Z sin(a1 /2) = 2× 288,36 ×3×sin(150/2) = 1671 Н 3. Расчет валов, подбор подшипников3.1 Предварительный расчет валовОпределяем диаметры выходных концов валов из расчета на кручение. Материал валов - сталь 40Х ГОСТ 4543-88. d = (T*10 3 /0,2 [tk ]) 0,33 (5.1) Где [tk ] = 45 МПа - допускаемое касательное напряжение [2, стр. 249] d - в мм Хвостовик первичного вала: dхв.1 = (118,08*10 3 /0,2*45) 0,33 = 23,59 мм. Принимаем диаметр хвостовика быстроходного вала равным 0,8 диаметра вала электродвигателя d1 = 25 мм. Хвостовик тихоходного вала: dхв.3 = (405,93*10 3 /0,2*45) 0,33 = 35,60 мм. Принимаем диаметр хвостовика тихоходного вала 38 мм. Диаметры участков валов в месте посадки зубчатых колес определяем согласно [1, §11.2]: d > (16 T / p [t]) 1/3 Где Т - крутящий момент в Н/мм [t] = 16 МПа [1] d1 > (16* 118,08 /p*16)1/3 = 33,50 мм, принимаем d1 = 38 мм d2 > (16* 405,93/p*16)1/3 = 50,56 мм, принимаем d2 = 55 мм 3.2. Эскизная компоновка валовВыполняем эскизную компоновку валов при разработке сборочного чертежа редуктора. Принимаем предварительно для быстроходного вала подшипники 7207 ГОСТ 333-79, для тихоходного вала редуктора подшипники 7210 ГОСТ 333-79. 3.3 Проверочный расчет валов3.3.1 Схема приложения сил к валам 3.3.2 Определяем реакции опор и изгибающие моменты быстроходного вала Реакции опор: RAH = (Fp (a+b+c)+Fr1 *c-Fa1 *0.5 d1 )/(b+c) = =(1671(0,094+0,061+0,061)+1380*0,061-747,64*0,5*0,062)/(0,061+0,061) = 3459 Н RAV = Ft1 *c/(b+c) = 3716*0,061/(0,061+0,061) = 1858 Н RBH = (Fp *a-Fr1 *b-Fa1 *0,5 d1 )/(b+c) = = (1671*0,094-1380*0,061-747,64*0,5*0,062)/(0,061+0,061) = 407,91Н RBV = Ft1 *b/(b+c) = 3716*0,061/(0,061+0,061) = 1858 Н RBr = Fa1 = 747,64 Н Радиальное давление на подшипники: FrA = (RAH 2 + RAV 2 )0,5 = ( 34592 + 18582 )0,5 = 3926 Н FrB = (RВH 2 + RВV 2 )0,5 = ( 407,912 + 18582 )0,5 = 1902 Н Изгибающие моменты: МАН = Fp *a = 1671* 0,094 = 157,09 Нм МСН1 = RBH *c = 407,91* 0,061 = 24,88 Нм МСН2 = RBH *c + Fa *0,5*d1 =407,91*0,061+747,64*0,5*0,062 = 48,05 Нм МСV = RBV *c = 1858*0,061 = 113,35 Нм Эпюры изгибающих моментов в горизонтальной и вертикальной плоскостях: 3.3.3 Определяем реакции опор тихоходного вала RAH = (0,5*d2 *Fa2 - Fr *b) /(a+b) = (0,5*218,03*747,64-1380*0,061)/(0,062+ +0,062) = 5894 Н RВH = (0,5*d2 *Fa2 + Fr *a) /(a+b) = (0,5*218,03*747,64-1380*0,062)/(0,062+ +0,062) = 7263 Н RAV = Ft *b/(a+b) =3716 *0,062/(0,062+0,062) = 1858 Н RAV = Ft*а/(a+b) = 3716* 0,062/(0,062+0,062) = 1858 Н RBr = Fa2 = 747,64 Н Радиальное давление на подшипники: FrA = (RAH 2 + RAV 2 )0,5 = (58942 +18582 )0,5 = 6180 Н FrB = (RВH 2 + RВV 2 )0,5 = (72632 +18582 )0,5 = 7497 Н 3.3.4 Выполняем проверочный расчет быстроходного вала Принимаем материал вала сталь 45 ГОСТ 1050 - 88 sв = 800 МПа; sт = 650 МПа; tт = 390 МПа; s-1 = 360 МПа; t-1 = 210 МПа; ys = 0,1; yt = 0,05 [3] Проверяем сечение вала в месте посадки зубчатого колесаОсевой момент инерции вала в месте посадки зубчатого колеса: Wос = 0,1dзк 3 = 0,1* 383 = 5487 мм3 Максимальное нормальное напряжение: smax = (MСН2 2 +МСV 2 ) 0,5 / Woc + 4Fa1 /pdзк 2 = = (48,052 +113,352 )0,5 *103 /5487мм3 + 4*747,64/p* (38мм)2 = 47,49 МПа Полярный момент инерции вала в месте посадки зубчатого колеса: WР = 0,2dзк 3 = 0,2* 383 = 10970 мм3 Максимальное касательное напряжение: tmax = Тб / WР = 118,08*103 / 10970 = 10,76 МПа В месте шпоночного паза по табл. [2, табл. 8.15, 8.17] Кs = 2,15; Кt = 2,05 для изгиба Кd = 0,85; для кручения Кd = 0,73 Коэффициент влияния шероховатости поверхности: Кf = 1,08 [2, табл. 8.18], коэффициент влияния поверхностного упрочнения КV = 1 (без упрочнения). Находим коэффициенты снижения пределов выносливости по формулам (8.4) [2]: КsD = (Кs /Кd + Кf -1)/КV = (2,15 / 0,85 + 1,08 - 1)/1 = 2,61 КtD = (Кt /Кd + Кf -1)/КV = (2,05 / 0,73 + 1,08 - 1)/1 = 2,89 Принимаем, что нормальные напряжения изменяются по симметричному циклу, т. е. sа = smax = 47,49 МПа, а касательные напряжения по отнулевому, т. е. tа = t m = 0,5t max = 0,5*10,76 = 5,38 МПа Используя формулы (8.1)…(8.4) [2], определяем коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям Ss = s-1 /(KsD sa +ys sm ) = 360/(2,61*51,77+0,1*47,49) = 2,57 Коэффициент запаса по касательным напряжениям St = t-1 /(KtD ta +yt tm ) = 210/(2,89*5,38+0,05*10,76) = 13,06 Результирующий коэффициент запаса прочности S = Ss St /(Ss 2 +St 2 )0,5 = 2,57*13,06/(2,572 +13,062 )0,5 = 2,52 Для обеспечения прочности коэффициент запаса должен быть не меньше [S] = 1,5…1,8. Таким образом, прочность и жесткость промежуточного вала обеспечены. Проверяем сечение вала в месте посадки подшипника Осевой момент инерции вала в месте посадки подшипника: Wос = 0,1dп 3 = 0,1*353 = 4287 мм3 Максимальное нормальное напряжение: smax =MАН /WОС +4Fa1 /pdзк 2 =157,090,5 *103 /4287+4*747,64 /p*352 = 37,42 МПа Полярный момент инерции вала в месте посадки зубчатого колеса: WР = 0,2dп 3 = 0,2*353 = 8575 мм3 Максимальное касательное напряжение: tmax = Тб / WР = 118,08*103 /8575 = 13,77 МПа В месте посадки подшипника табл. [2, табл. 8.20] определяем интерполированием значения отношений Кs /Кd = 3,49; Кt /Кd = 2,9. Коэффициент влияния шероховатости поверхности: Кf = 1,08 [2, табл. 8.18], коэффициент влияния поверхностного упрочнения КV = 1 (без упрочнения). Находим коэффициенты снижения пределов выносливости по формулам (8.4) [2]: КsD = (Кs /Кd + Кf -1)/КV = (3,49 + 1,08 - 1)/1 = 3,57 КtD = (Кt /Кd + Кf -1)/КV = (2,9 + 1,08 - 1)/1 = 2,98 Принимаем, что нормальные напряжения изменяются по симметричному циклу, т. е. sа = smax = 37,42 МПа, а касательные напряжения по отнулевому, т. е. tа = t m = 0,5t max = 0,5*13,77 = 6,89 МПа Используя формулы (8.1)…(8.4) [2], определяем коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям Ss = s-1 /(KsD sa +ys sm ) = 360/(3,57* 37,42 +0,1* 47,49 ) = 2,62 Коэффициент запаса по касательным напряжениям St = t-1 /(KtD ta +yt tm ) = 210/(2,89*6,89+0,05*13,77) = 10,20 Результирующий коэффициент запаса прочности S = Ss St /(Ss 2 +St 2 )0,5 = 2,62*10,20/(2,622 +10,202 ) 0,5 = 2,54 Для обеспечения прочности коэффициент запаса должен быть не меньше [S] = 1,5…1,8. Таким образом, прочность и жесткость промежуточного вала обеспечены. 3.4 Расчет подшипников3.4.1 Расчет подшипников быстроходного вала Вычисляем базовый расчетный ресурс принятого роликоподшипника 7207 ГОСТ 8328-75 Исходные данные: FrA = 3926 Н; FrB = 1902 Н; Fa1 = 747,64 Н; nб = 325,89 об/мин; Базовая динамическая грузоподъемность [3, табл. П.10]: Cr = 38500 кН Факторы нагрузки [2, табл. П.10]: e = 0,37; Y = 1,62 При установке подшипников в распор осевые составляющие: FaA = 0,83 е FrA = 0,83*0,37* 3926= 1206 Н FaB = 0,83 е FrВ = 0,83*0,37* 1902= 584,22 Н Расчетная осевая сила для опоры А: FaАр = FaА = 1206 Н Так как FaАр / FrА < е, то X = 1; Y = 0 Эквивалентная динамическая нагрузка для опоры А: PrА = X FrА + Y FaАр = 1*3926+ 0* 1206 = 3926 Н Расчетная осевая сила для опоры В: FaBр = Fa1 + FaB = 747,64 +584,22 = 1332 Н Так как FaВр / FrВ = 1332 / 1902 = 0,7 > е, то X = 0,4; Y = 1,62 Эквивалентная динамическая нагрузка для опоры В: PrВ = X FrВ + Y FaВр = 0,4* 1902 + 1,62 * 1332 = 2919 Н Расчет ведем по наиболее нагруженной опоре Базовый расчетный ресурс подшипника: Полученное значение значительно больше минимально допустимого - 20 000 час. Однако, использование подшипника меньшего типоразмера нецелесообразно по конструктивным соображениям. 3.4.2 Рассчитываем подшипники тихоходного вала Вычисляем базовый расчетный ресурс принятого роликоподшипника 7210 ГОСТ 8328-75 Исходные данные: FrA = 6180 Н; FrB = 7497 Н; Fa2 = 747,64 Н; nт = 91,80 об/мин; Базовая динамическая грузоподъемность [3, табл. П.10]: Cr = 57000 кН Факторы нагрузки [2, табл. П.10]: e = 0,37; Y = 1,6 При установке подшипников в распор осевые составляющие: FaA = 0,83 е FrA = 0,83*0,37*6180 = 1898 Н FaB = 0,83 е FrВ = 0,83* 0,37 * 7497 = 2302 Н Расчетная осевая сила для опоры А: FaАр = FaА = 1898 Н Так как FaАр / FrА < е, то X = 1; Y = 0 Эквивалентная динамическая нагрузка для опоры А: PrА = X FrА + Y FaАр = 1*6180 + 0*1898 = 6180 Н Расчетная осевая сила для опоры В: FaBр = Fa2 + FaB = 747,64+2302 = 3050 Н Так как FaВр / FrВ = 3050/7497 = 0,41 > е, то X = 0,4; Y = 1,6 Эквивалентная динамическая нагрузка для опоры В: PrВ = X FrВ + Y FaВр = 0,4*7497+1,6*3050 = 7879 Н Расчет ведем по наиболее нагруженной опоре Базовый расчетный ресурс подшипника: Полученное значение значительно больше минимально допустимого - 20 000 час. Однако, использование подшипника меньшего типоразмера нецелесообразно по конструктивным соображениям. 4 Подбор и проверка шпонокРазмеры поперечного сечения шпонки выбираем в зависимости от диаметра вала. Для крепления шестерни выбираем призматическую шпонку 10 х 8 х 63 по ГОСТ 23360 - 78 [2, табл. 7.7] Размеры шпонки: Высота h = 8 мм; глубина паза вала t1 = 4,5 мм; длина L= 63 мм; ширина b= 10 мм Расчетная длина шпонки: Lр = L - b = 63 - 10 = 53 мм Проверяем выбранную шпонку на смятие Допускаемое напряжение смятия [sсм] = 50…60 МПа [2, с. 252] Где Т - передаваемый момент, Н/м, остальные размеры в мм Для крепления колеса выбираем призматическую шпонку 18 х 11 х 63 по ГОСТ 23360 - 78 [2, табл. 7.7] Размеры шпонки: Высота h = 11 мм; глубина паза вала t1 = 5 мм; длина L= 63 мм; ширина b= 18 мм Расчетная длина шпонки: Lр = L - b = 63 - 18 = 45 мм Проверяем выбранную шпонку на смятие 5 Подбор муфтыПо таблице 9.2 [2] подбираем упругую втулочно-пальцевую муфту ГОСТ 21424-93 по значению момента на тихоходном валу Тт = 405,93 Нм и конструктивным соображениям с диаметром под вал 45 мм. Муфта втулочно-пальцевая М=500 Нм, d=45мм, ГОСТ 21424-75. 6. Подбор смазки редуктораПринимаем, что цилиндрическая передача редуктора смазывается погружением колеса в масляную ванну на глубину 20…30 мм, а подшипники - масляным туманом. Выбираем масло ИТП - 200 с кинематической вязкостью 220…240 мм2 /с [2, табл. 8.30]. Согласно рекомендациям [2, с. 333] принимаем объем масляной ванны 0,35…0,7 л на 1 кВт передаваемой мощности. Принимаем объем масляной ванны 2 л. Список литературы1. Проектирование механических передач: Учебно-справочное пособие для втузов / С.А. Чернавский, Г.А. Снесарев, Б.С. Козинцов и др. - М.: Машиностроение, 1984. 2. Чернилевский Д. В. Детали машин. Проектирование приводов технологического оборудования. - М.: Машиностроение, 2002. |