Ориентировочный расчет и конструирование валов

Описание кинематической схемы привода

Данный привод состоит из электродвигателя серии 4А, коническо-цилиндрического двухступенчатого редуктора , цепного конвейера , муфты и синхронной ( зубчатоременной) передачи. В свою очередь редуктор состоит из входного(быстроходного), выходного(тихоходного) и промежуточного валов на которые насажены зубчатые колеса.

Рис. 1.1 – Схема привода конвейера

1 – вал электродвигателя

2 – входной( быстроходный ) вал редуктора

3 – быстроходная передача

4 – тихоходная передача

5 – выходной( тихоходный ) вал редуктора

Энерго-кинематический расчет

Подбор электродвигателя

По данным выходного крутящего момента и частоте вращения выходного вала определяем номинальную мощность электродвигателя.

Угловая скорость выходного вала привода ώ_вых равна:

ώ_вых = = = 4,18 (с^-1)

Мощность на выходном валу привода Р_вых равна:

Р_вых = Т_вых × ώ_вых = 2300 × 4,18 = 9629 (Вт)

Общий КПД привода η_общ равен:

η_общ = η_гиб × η_Б × η_Т × × η_м;

η_общ = 0,95 × 0,96 × 0,97 × 0,99² × 0,98 = 0,83.

Потребляемая мощность Р₁ равна:

Р₁ = = = 11601 (Вт)

Расчет коэффициента перегрузки двигателя:

Δ = × 100% = 5% ≤ 12%

Выбираем двигатель по потребной мощности со следующими параметрами:

Двигатель 4А132М4У3, частота 1460 мин^-1

Эскиз электродвигателя

Рис. 2.2.1 – Двигатель 4А132М4У3 основного исполнения

Определение мощностей (Р), частот вращения (n) и крутящих моментов

На валах привода

Определяем передаточные числа ступеней редуктора:

1. Общее передаточное число привода:

U_общ = = = 36

2. Передаточное число редуктора:

U_ред = = = 18

3. Передаточное число тихоходной ступени:

U_т = 0,63 = 0,63 = 4,32 = 4

4. Передаточное число быстроходной ступени:

U_Б = = = 4,5

Определяем мощностей (Р):

Р₄ = = = 10030 (Вт)

Р₃ = = = 10448 (Вт)

Р₂ = = = 10998 (Вт)

Р₁ = = = 11601(Вт)

Определяем частоту вращения (n):

n₄ = n₅ = 40 мин^-1;

n₃ = n₄×U_Тст = 40×4 = 160 мин^-1;

n₂ = n₃×U_Бст = 160×4,5 = 730 мин^-1;

n₁ = n₂×U_{гиб. скор.} = 730×2 = 1460 мин^-1.

Определяем угловую скорость (ώ):

ώ₄ = = = 4,18 с^-1;

ώ₃ = = = 16,74 с^-1;

ώ₂ = = = 76,4 с^-1;

ώ₁ = = = 152,8 с^-1.

Определяем крутящий момент (Т):

Т₁ = = = 75,9 (Н∙м);

Т₂ = = = 143,9 (Н∙м);

Т₃ = = = 624,1 (Н∙м);

Т₄ = = = 2399,9 (Н∙м);

Т_5(вых) = = = 2300 (Н∙м).

Ресурс работы передачи:

L_h = 365×24×L×К_год×К_сут = 365×25×6×1×0,33 = 17345 (час)

Таб. 2.1 – Данные энергокинематического расчета

Расчет передач

При выборе материала зубчатых колес следует учитывать назначение проектируемой передачи, условия эксплуатации, требования к габаритным размерам

и возможную технологию изготовления колёс. Основным материалом для изготов-ления зубчатых колёс является сталь.

Необходимую твердость в сочетании с другими механическими характеристиками (а следовательно, желаемые габариты и массу передачи) можно получить за счет назначения соответствующей термической или химико-термической обработки стали.

В условиях индивидуального и мелкосерийного производства, в мало- и средненагруженных передачах, а также в передачах с большими габаритами колес (когда термическая обработка их затруднена) обычно применяют стали с твердостью не более 350 НВ, которая обеспечивается нормализацией или термоулучшением материала. При этом возможно чистовое нарезание зубьев непосредственно после термообработки с высокой точностью изготовления, а при работе передачи обеспечивается хорошая прирабатываемость зубьев без хрупкого разрушения их при динамических нагрузках.

Для равномерного изнашивания зубьев и лучшей их прирабатываемости твёрдость шестерни рекомендуют назначать больше твёрдости колеса.

Расчет передач производится с помощью ЭВМ и при помощи методических указаний [4].Далее будут приведены расчеты передач редуктора с помощью ЭВМ.

3.1Расчет

Расчет тихоходной ступени редуктора

Ориентировочный расчет и конструирование валов

Ориентировочный расчет валов выполняется как проектный на стадии разработ-

деления минимального диаметра вала d ,мм.

d = 17

[τ] = (0,25…0,3)×σ_в

σ_в = выбирается из [4];

Быстроходный вал:

d_Б = 17 = 32 мм

[τ] = 0,025×900 = 22,5

dп = d+2t_кон = 32+2×4=40 мм

d_бп = d_п+3r = 40+3×2 = 46 мм

Промежуточный вал:

d_k = 17 = 55 мм

[τ] = 0,027×900 = 24,3

d_п = d_k-3r = 55-3×3 = 46. Принимаем d_п = 45 мм.

Тихоходный вал

d_т = 17 = 75,5 мм. Учитывая муфту принимаем d_т = 75 мм.

[τ] = 0,03×800 = 24

d_п = d+ 2t_цил = 75+2×5 = 85 мм

d_бп = d_п+3r = 85+3×2,7 = 93 мм

d_k = 93 мм

Диаметры быстроходного и тихоходного валов считаются на консолях, а диаметр промежуточного вала считается под колесом быстроходной ступени.

Далее при проектировке валов необходимо сделать ступеньки под различные элементы, которые будут размещены на этих валах. Ступеньки валов проектируются по [1].

Диаметр промежуточного вала, как упоминалось ранее, считался под колесом быстроходной ступени и равен 55 мм. По обе стороны вала необходимо сделать ступень на уменьшение под подшипники. Ближайший внутренний диаметр подшипника – 45 мм. Также на промежуточный вал необходимо поставить тихоходную шестерню, со внутренним диаметром 40 мм. Между быстроходным колесом и тихоходной шестерней необходимо сделать буртик, в который бы упирались обе шестерни.

Диаметр тихоходного вала считается на консоли ( т.е. на выходе из редуктора ), а затем наращивается по ступеням. Консоль тихоходного вала соединяется с муфтой (зубчатая муфта ГОСТ 5006-55), поэтому необходимо согласовать диаметр вала с диаметром муфты. Размеры муфт представлены в [2]. Выбираем муфту с внутренним диаметром 75 мм.Затем идет ступень под манжету с внутренним диаметром 80мм. Затем еще одна ступень под подшипник с увеличением диаметра вала до 85мм. Далее идет увеличение диаметра вала ( еще одна ступень вала) под тихоходное колесо, с внутренним диаметром 93 мм. И в конце вала уменьшение диаметра до 85мм под второй подшипник.

В данном редукторе используются косозубые цилиндрические зубчатые колеса. Колеса с косым зубом обладают большей прочность и надежностью по сравнению с прямозубыми , и могут работать на больших угловых скоростях . Такие характеристики позволяют нам использовать минимальное количество материалов при высоких ресурсах передачи.

Зубчатое колесо промежуточного вала

Ширина венца колеса:

В = 60 (мм)

Длина ступицы колеса:

L_ст ≥ (1,2…1,4)×d ≥ 1,2×55 ≥ 66 =66 (мм)

Диаметр ступицы колеса:

d_ст ≥ 1,6×d = 1,6×55 ≥ 88 = 88 (мм)

Ширина торцов зубчатого венца колеса:

S=2,5×m_те+2=2,5×2,88 +2=9.2 (мм)

Зубчатое колесо выходного вала

Ширина венца колеса:

В = 90 (мм)

Длина ступицы колеса:

L_ст = LB = 90 (мм)

Диаметр ступицы колеса:

d_ст = 1,6×d≥ 1,6×95 ≥ 152 = 152 (мм)

Ширина торцов зубчатого венца колеса:

S=2,2×m+0,05×b₂=2,2×3,5+0,05×90=12,2 (мм)

Толщина диска:

С=0,25×B=0,25×90 = 22 (мм).

Радиусы скруглений R принимаем конструктивно согласно [2]. R=2,5(мм).

d_отв принимаем по [2]. В данном случае принимаем d_отв = 67 мм.

К корпусным относят детали, обеспечивающие взаимное расположение деталей

узла и воспринимающие основные силы действующие в механизме. Корпусные детали обычно имеют сложную форму , поэтому их получают методом литья или

некоторых случаях при помощи сварки. Для изготовления деталей корпуса в большинстве случаев используют чугун и сталь , реже – легкие сплавы.

В целях экономии редуктор данного привода выполнен из чугуна .

Толщина стенки корпуса:

δ = 0,025×α_w + 3 = 0,025×280+3 = 10

Толщина стенки крышки редуктора:

δ₁ = 0,02×α_w + 3 = 0,02×280 + 3 = 9

Толщина верхнего фланца:

S = (1,5…1,75)×10 = (15…17,5)

Толщина нижнего фланца корпуса:

S₂ = 2,35×δ = 2,35×10 = 23,5

Толщина фланца крышки редуктора:

S₁ = (1,5…1,75)×δ₁ = (1,5…1,75)×9 = (13,5…15,75)

Диаметр фундаментных болтов:

d₁ = (0,03…0,036)×α_w+12 = (0,03…0,036)×280+12 = (20,4…22) = 22 мм.

Диаметр болтов, стягивающих корпус и крышку у бобышек:

d₂ = (0,7…0,75)×d₁ = (0,7…0,75)×22 = (15,4…16,5)= 16 мм.

Диаметр болтов, стягивающих фланцы корпуса и крышки:

d₃ = (0,5…0,6)×d₁ = (0,5…0,6)×22 = (11…13,2)

Ширина опорной поверхности нижнего фланца корпуса:

m = k + 1,5×δ = 52+1,5×10 = 67

Толщина ребер корпуса:

с₁ = (0,8…1)×δ = (0,8…1)×10 = (8…10)

Минимальный зазор между колесом и корпусом:

b = 1,2×δ = 1,2×10 = 12

Координата стяжного болта у бобышек:

с₂ = (1…1,2)×d₂ = (1…1,2)×16 = (16…19,2)

Расстояние от внутренней стенки редуктора до торца вращающейся детали:

e₁ = 1,2×δ = 1,2×10= 12

Расстояние между вращающимся колесом смежных ступеней:

е₂ = 0,7×δ = 0,7×10 = 7 мм.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: