Проектирование привода ленточного конвейера

Расчетная схема валов.

Опасные сечения вала.

Намечаются два опасных сечения на каждом из валов — на 2-й и 3-й ступени.

Определение источников концентрации напряжений в опасных сечениях.

Опасное
сечение 2-й ступени быстроходных и тихоходных валов определяют два
концентратора напряжений — посадка подшипника с натягом и ступенчатый переход
галтелью  между 2-й и 3-й ступенью с буртиком

;

Концентрация
напряжений на 3-й ступени быстроходного вала определяется соотношением диаметра
впадин шестерни  и диаметра 3-й ступени вала , т.е.  —
концентратор напряжений шлицы.

Концентрация
напряжений на 3-й ступени тихоходного вала определяется посадкой колеса с
натягом и шпоночным пазом.

Привод ленточного транспортера

Министерство
образования Российской Федерации

Южно-Уральский
государственный университет

(национальный
исследовательский университет)

Кафедра
«Технической механики»

Пояснительная
записка к курсовому проекту по курсу детали машин

ПРИВОД
ЛЕНТОЧНОГО ТРАНСПОРТЕРА

Челябинск,
2017

ВВЕДЕНИЕ

.
КИНЕМАТИЧЕСКИЙ И СИЛОВОЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА

1.1
Определение мощности на валу исполнительного органа

.2
Определение расчетной мощности на валу двигателя

.3Выбор
электродвигателя

.4 Выбор
редуктора

.5
Определение мощностей, вращающих моментов и частот вращения валов

2. РАСЧЕТ
РЕМЕННОЙ ПЕРЕДАЧИ

2.1 Расчет
основных параметров ременной передачи

3.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО ОРГАНА

3.1 Проектный
расчет вала

.2 Подбор
подшипников качения

.3 Подбор шпоночных
соединений

.4
Проверочный расчет шпоночных соединений для вала исполнительного органа

.5
Проверочный расчет вала исполнительного органа на статическую прочность по
эквивалентному моменту

3.6
Проектирование барабана

3.7
Проверочный расчет вала исполнительного органа на выносливость

.8
Проверочный расчет подшипников исполнительного органа на ресурс

4. ВЫБОР
МУФТЫ

4.1
Проверочный расчет муфты

Библиографический
список

КОМПЛЕКСНОЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ на учебное проектирование по
курсу «Детали машин»

Вариант 98

ВВЕДЕНИЕ

мощность двигатель подшипник барабан

В данной курсовой работе разработан привод
ленточного транспортера, состоящий из следующих частей: асинхронный электрический
двигатель АИР100L4; муфты, червячного редуктора Ч-160, цилиндрической передачи и
исполнительного органа в виде барабана транспортера. Рассмотрены назначение, а
также достоинства и недостатки всех компонентов.

Муфта, предназначена для соединения валов
и передачи вращающего момента без изменения его направления. Наряду с
кинематической и силовой связью отдельных частей машины муфты обеспечивают
выполнение ряда других функций: обеспечение работы соединяемых валов смещениях,
обусловленных неточностями монтажа или деформациями деталей; улучшение
динамических характеристик привода, т. е. смягчение при работе толчков и
ударов; предохранение частей машин от воздействия перегрузок; быстрое
соединение или разъединение валов и других деталей на ходу или в неподвижном
состоянии; регулирование передаваемого момента в зависимости от угловой
скорости; передачу момента только в одном направлении; облегчение пуска машины
и пр.

Редуктор — это механизм, служащий для
передачи мощности от электродвигателя к рабочему органу исполнительного
устройства. С помощью редукторов осуществляют уменьшение угловой скорости, а
также увеличение выходного момента. В зависимости от требуемого расположения
геометрических осей валов, между которыми передаётся вращение, и необходимого
передаточного числа в редукторах используют цилиндрические, конические,
коническо-цилиндрические.

1.
КИНЕМАТИЧЕСКИЙ И СИЛОВОЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА

Расчет валов на усталостную прочность.

1.       Определение
напряжений в опасных сечениях вала, .

Нормальные
напряжения изменяются по симметричному циклу, при котором амплитуда напряжений  равна расчетным напряжениям изгиба :

,

где
— суммарный изгибающий момент в рассматриваемом
сечении, Н·м;

— осевой
момент сопротивления сечения вала, мм3.

Касательные
напряжения изменяются по нулевому циклу, при котором амплитуда цикла  равна половине расчетных напряжений кручения :

,

где
 — крутящий момент Н·м;

—
полярный момент инерции сопротивления сечения вала, мм3.

Для
3-й ступени быстроходного вала:

;

;

;

;

Для
2-й ступени быстроходного вала:

;

;

;

;

Для
3-й ступени тихоходного вала:

;

;

;

;

Для
2-й ступени тихоходного вала:

;

;

;

;

2.       Определение коэффициентов концентрации нормальных и касательных
напряжений.

,

где
 и  —
эффективные коэффициенты концентрации напряжений (1/табл.11.2); — коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного
сечения (1/табл.11.3); — коэффициент влияния шероховатости (1/табл.11.4);

—
коэффициент влияния поверхностного упрочнения (1/табл.11.5).

Для
валов без поверхностного упрочнения:

-я
ступень быстроходного вала:

Т.к.
концентратором напряжений являются шлицы, то , , , .

;

;

-я
ступень быстроходного вала:

Для
ступенчатого перехода галтелью:

, , , ; ; ;

Для
посадки подшипника с натягом:

 и

Учитываем
наиболее опасный концентратор напряжений, т.е. посадку с натягом.

; ;

-я
ступень тихоходного вала:

Для
шпоночного паза, выполненного концевой фрезой: ; ; ; à ; ;

Для
посадки колеса с натягом:

; и ;

Учитываем
наиболее опасный концентратор напряжений, т.е. посадку с натягом.

; ;

-я
ступень тихоходного вала:

Для
ступенчатого перехода галтелью:

; ; ; à ; ;

Для
посадки подшипника с натягом:

 и ;

Учитываем
наиболее опасный концентратор напряжений, т.е. посадку с натягом.

; ;

3.       Определение пределов выносливости в расчетном сечении вала.

;

,

где
 и  —
пределы выносливости гладких образцов при симметричном цикле изгиба и кручения,
.

-я
ступень быстроходного вала:

;

;

-я
ступень быстроходного вала:

;

;

-я
ступень тихоходного вала:

;

;

-я
ступень тихоходного вала:

;

;

4.       Определение коэффициентов запаса прочности по нормальным и
касательным напряжениям.

; ;

-я
ступень быстроходного вала:

; ;

-я
ступень быстроходного вала:

;

-я
ступень тихоходного вала:

-я
ступень тихоходного вала:

;

5.       Определение общего коэффициента запаса прочности в опасных
сечениях.

-я
ступень быстроходного вала:

;

-я
ступень быстроходного вала:

;

-я
ступень тихоходного вала:

;

-я
ступень тихоходного вала:

;

14. Проверочный расчет шпонок на смятие

Условие прочности:

,

где
— окружная сила на шестерне или колесе, Н;

 —
площадь смятия, ,

где
— рабочая длина шпонки со скругленными торцами, ;

—
стандартные размеры (1/табл.К42);

—
допускаемое напряжение на смятие,;, так как колесо выполнено из стали, и происходит
колебание нагрузки. вращающий момент на валу -M

Диаметр вала d, мм	Сечение шпонки, мм	Фаска мм	Глубина паза, мм	Длина шпонки l, мм L=lст-6
	b	h		вала t1	Ступица t2
60	12	8	0,4…0,6	5	3,3	60

Т.е.
. Выбранная шпонка удовлетворяет условиям прочности.

Шпонка
под шкив быстроходного вала :

Таблица

Диаметр вала d, мм	Сечение шпонки, мм	Фаска мм	Глубина паза, мм	Длина шпонки l, мм L=lст-10
	b	h		вала t1	Ступица t2
36	10	8	0,4…0,6	5	3.3	53

Т.е.
. Выбранная шпонка удовлетворяет условиям прочности.

1)       Шпонка под муфту тихоходного вала

Диаметр вала d, мм	Сечение шпонки, мм	Фаска мм	Глубина паза, мм	Длина шпонки l, мм L=lст-9
	b	h		вала t1	ступицаt2
42	12	8	0,4…0,6	5	3,3	71

Т.е.
. Выбранная шпонка удовлетворяет условиям прочности.

.
Выбор смазочного материала

Для
смазывания зубчатого зацепления применим способ непрерывного смазывания жидким
маслом окунанием.

По
тСмазкааблице устанавливаем вязкость масла. При контактных напряжениях в зубьях
sн =512,4 Н/мм2 и скорости до v = 2 м/с.
Выбираем жидкое масло И-Г-А-68 с кинематической вязкостью 68 /с.

Объем
масляной ванны определяем из расчета 0,8 л на 1 кВт передаваемой мощности. Т.к.
передается 3 кВт мощности от двигателя, то объем масла составляет .

При
окунании в масляную ванну колеса , где  — модуль зацепления. Т.е. . Проектируем основание корпуса в соответствии
необходимым уровнем масла для смазывания закрытой передачи.

Контроль
уровня масла осуществляется с помощью круглого маслоуказателя.

Слив
масла осуществляется с помощью пробки с конической резьбой, сливное отверстие
сбоку.

Выбираем
для подшипников смазку жидким маслом. Смазка осуществляется разбрызгиванием с
помощью зубчатого колеса.

16. Посадка подшипников

Для
быстроходного вала  à

Для
подшипника 7308 ГОСТ 27365 — 87: ;

Для
тихоходного вала

Для
подшипника 7310 ГОСТ 27365 — 87: ;

Т.к.
оба неравенства выполняются, то для обоих подшипников для внутреннего кольца
выбираем посадку , для наружного кольца подшипника выбираем посадку .

3.1 Результаты расчета клиноременной передачи на ЭВМ

По сравнению с другими видами передач ременные имеют ряд
существенных преимуществ: возможность передачи движения на сравнительно большие
расстояния без особого увеличения массы передачи; простота конструкции и эксплуатации;
плавность хода и бесшумность работы; эластичность привода, смягчающая колебания
нагрузки и предохраняющая от значительных перегрузок за счет скольжения; меньшая
начальная стоимость.

Следует отметить и недостатки, присущие ременным передачам: сравнительно
небольшие передаваемые мощности (обычно до 50 кВт); непостоянство передаточного
отношения; значительные габариты; повышенные нагрузки на валы и опоры; необходимость
натяжения ремня в процессе эксплуатации; малая долговечность ремней, особенно
быстроходных передачах.

3.10 Проверочный расчет на прочность зубьев при действии пиковой нагрузки

Целью расчета является предотвращение остаточных деформаций или хрупкого разрушения поверхностного слоя или самих зубьев при действии пикового момента . Действие пиковых нагрузок оценивают коэффициентом перегрузки .

.

Для предотвращения остаточных деформаций или хрупкого разрушения поверхностного слоя контактное напряжение не должно превышать допускаемое напряжение ;

; МПа.

Допускаемое напряжение принимают:

; МПа.

,

т.е. при действии пикового момента не произойдет хрупкого разрушения поверхностного слоя.

Для предотвращения остаточных деформаций и хрупкого разрушения зубьев напряжение изгиба при действии пикового момента не должно превышать допускаемое ;

;

; МПа.

; МПа.

Допускаемые напряжения принимают:

,

где – максимально возможное значение коэффициента долговечности, для сталей с объемной термообработкой ;

– коэффициент влияния частоты приложения пиковой нагрузки, в случае единичных перегрузок ;

– коэффициент запаса прочности, .

; МПа.

; МПа.

и , т.е. при действии пикового момента не произойдет хрупкого разрушения зубьев.

4 Расчет зубчатой передачи второй ступени

Расчет зубчатой передачи второй ступени производится по формулам, приведенным при расчете зубчатой передачи первой ступени, поэтому далее расчетные формулы не приводятся, значения подставляются в указанные ранее формулы и дополняются краткими пояснениями.

1.2 Определение расчетной производительности

Расчетная массовая производительность:

,

где
=0,9 — коэффициент неравномерности загрузки;

=0,9 —
коэффициент использования конвейера по времени.

2. Выбор ленты и определение ее
характеристик

Ширина ленты:

,

где
— коэффициент площади поперечного сечения груза на
ленте, = 470 (1, табл. 4.11);

 — скорость
движения ленты, примем по ГОСТ 22644-77  = 2 м/с;

 —
плотность груза,  = 1,8 т/м3;

 —
коэффициент уменьшения сечения груза,  = 0,95
(1, табл. 4.10).

В≥

Из
стандартного ряда принимаем резинотканевую ленту БКНЛ-65 с шириной В = 1600
ммпо ГОСТ 22644-77.

Выбор
резинотканевой ленты обусловлен высоким коэффициентом запаса прочности и
способности принимать форму желоба на роликоопоре и сохранять эту форму в
промежутках между опорами без заметного изменения.

1.1 Кинематическая схема привода

1. Электродвигатель (мотор)

2. Муфта упругая

3. Вал быстроходный

4. Вал-шестерня быстроходной ступени

5. Корпус редуктора

6. Подшипниковый узел с глухой крышкой

7. Зубчатое колесо быстроходной ступени

8. Вал-шестерня тихоходной ступени

9. Вал-шестерня промежуточный

10. Зубчатое колесо тихоходной ступени

11. Барабан приводной ленточного конвейера

12. Вал приводного барабана

13. Опора подшипниковая приводного барабана

14. Лента конвейера

15. Муфта упругая

16. Подшипниковый узел со сквозной крышкой с уплотнением

17. Вал тихоходный

Проектируемый редуктор служит для передачи вращения и изменяющегося крутящего момента от электродвигателя к исполнительному механизму – приводному барабану ленточного конвейера. Проследим передачу момента. От электродвигателя 1 посредством муфты 2 крутящий момент передается на быстроходный вал 3, установленный в корпусе 5 на подшипниках 6. Быстроходный вал имеет зубчатый венец 4 (шестерня), которая зацепляется с зубчатым колесом 7, установленным посредством шпоночного соединения с промежуточным валом 9, установленным также на подшипниках качения. На промежуточном валу имеется также зубчатый венец 8 (промежуточный вал может быть выполнен в виде вал-шестерни), которое зацепляется с зубчатым колесом 10, установленным посредством шпоночного соединения на тихоходном валу 17, установленном также в корпусе редуктора на подшипниках качения. Выходной конец тихоходного вала 17 посредством шпоночного соединения и муфты 15 соединен с приводным валом 12 барабана 11 ленточного конвейера с лентой 14.

Условно называют зубчатую передачу 4-7 быстроходной ступенью и зубчатую передачу 8-10 тихоходной ступенью редуктора. Итак, крутящий момент передается: с вала электродвигателя на быстроходную ступень 4-7, далее на промежуточном валу на участке 7-8 на тихоходную ступень 8-10, далее на муфту 15 и на вал приводного барабана 16. Число оборотов электродвигателя в данной системе максимально. Число оборотов промежуточного вала в раз меньше; число оборотов тихоходного вала в раз меньше. Момент на валу электродвигателя в данной системе минимальный, а на выходном валу – максимальный, с учетом небольших потерь в подшипниках, зубчатых передачах и муфтах. Можно сказать, что момент возрастает в раз.

Список использованных источников

1. Устиновсий Е.П., Шевцов Ю.А., Яшков Ю.К., Уланов А.Г. Многовариантное проектирование зубчатых цилиндрических, конических и червячных передач с применением ЭВМ: Учебное пособие к курсовому проектировании по деталям машин. — Челябинск: ЧГТУ, 1992.

2. Справочник конструктора — машиностроителя: В 3 т. — 8-е изд., перераб. и доп. Под ред. И.Н. Жестковой. — М.: Машиностроение, 2001.

3. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. конструирование узлов и деталей машин: Ученое пособие для техн. спец. вузов. — 6-е изд., исп. — М.: Высш. шк., 2000. — 477с., ил.

4. Ряховский О.А., Иванов С.С. Справочник по муфтам. — Л.: Политехника, 1991. — 384 с.: ил.

5. Сохрин П.П., Устиновский Е.П., Шевцов Ю.А. Техническая документация по курсовому проектировании по деталям машин и ПТМ: Ученое пособие. — Челябинск: Ид. ЮУрГУ, 2001. — 67 с.

6. Чурюкин В.А., Яшков Ю.К. Обозначение конструкторской документации: Ученое пособие. — Челябинск: ЧГТУ, 1986. — 61 с.

7. Сохрин П.П., Кулешов В.В. Проектирование валов: Учебное пособие. Челябинск: Изд. ЮУрГУ, 2000. — 94 с.

8. Сохрин П.П. Проектирование ременных передач: Ученое пособие: Челябинск: ЧГТУ, 1997. — 94 с.

3.1 Межосевое расстояние

Предварительное значение межосевого расстояния находим по формуле:

,

где – коэффициент, зависящий от поверхностной твердости зубьев.

мм;

в соответствии с рядом стандартных размеров (по ГОСТ 6636-69, табл. 24.1) принимаем мм.

Окружную скорость , м/с, вычисляют по формуле:

; м/с.

Степень точности (по ГОСТ 1643-81, табл. 2.5) принимаем .

Окончательное значение межосевого расстояния:

,

где МПа;

– коэффициент ширины;

– коэффициент нагрузки в расчетах на контактную прочность, вычисляется по формуле:

.

Коэффициент учитывает внутреннюю динамику нагружения, связанную прежде всего с ошибками шагов зацепления и погрешностями профилей зубьев шестерни и колеса. Значение (по табл. 2.6).

Коэффициент учитывает неравномерность распределения нагрузки по длине контактных линий, обусловливаемую погрешностями изготовления и упругими деформациями валов, подшипников. Зубья зубчатых колес могут прирабатываться: в результате повышенного местного изнашивания распределение нагрузки становится более равномерным. Поэтому рассматривают коэффициенты неравномерности распределения нагрузки в начальный период работы и после приработки . Значение коэффициента принимают по табл. 2.7 в зависимости от коэффициента , схемы передачи и твердости зубьев.

; .

Коэффициент определяют по формуле:

,

где – коэффициент, учитывающий приработку зубьев:

(по табл. 2.8).

.

Коэффициент определяют по формуле:

.

Начальное значение коэффициента распределения нагрузки между зубьями в связи с погрешностями изготовления (погрешностями шага зацепления и направления зуба) определяют в зависимости от степени точности по нормам плавности:

; .

.

Используя полученные значения находим коэффициент нагрузки в расчетах на контактную прочность:

.

мм;

в соответствии с рядом стандартных размеров (по ГОСТ 6636-69, табл. 24.1) принимаем мм.

Проектирования ленточного конвейера

Введение

Ленточные конвейеры широко применяются в производстве так как позволяют
транспортировать практически любые виды грузов (кроме жидких) в горизонтальном
и наклонном направлениях, реализовать разнообразные схемы транспортных
операций. Широкое использование ленточных конвейеров связано с тем, что они
просты по конструкции и в эксплуатации, надежны в работе, экономичны, имеют
широкий диапазон производительности.

Ленточные конвейеры состоят из следующих основных узлов: тягового
элемента (ленты), совмещающего функции несущего (рабочего) элемента; опорных
устройств в виде стационарных роликовых опор или жесткого настила; приводного
устройства, состоящего из электродвигателя, передаточного механизма и
приводного барабана; натяжного устройства (винтового или грузового);
загрузочных и разгрузочных устройств; станины, на которой крепят все узлы
конвейера.

Проектный расчет ленточного конвейера сводят к выбору типа ленты и
роликовых опор, расчету мощности электродвигателя, выбору элементов приводного
устройства, расчету натяжного устройства. Чтобы выбрать типы ленты, рассчитать
натяжное устройство, определить мощность электродвигателя и т. п., необходимо
знать величину натяжений по участкам трассы, т.е. надо провести тяговый расчет
конвейера. Однако, для определения сопротивлений движению надо знать массу
ленты, вращающихся частей роликовых опор и груза на 1 м длины конвейера.
Поэтому, перед проведением тягового расчета необходимо предварительно выбрать
тип ленты и роликовых опор.

Исходными данными для расчета и проектирования ленточного конвейера
являются: схема трассы с указанием основных размеров, мест загрузки, выгрузки и
углов наклона; производительность, условия и режим работы; характеристика
перемещаемого по конвейеру груза.

1.     
 Предварительный расчет