ID: 5060

Название работы: Расчет параметров механизма шнека-смесителя

Категория: Курсовая

Предметная область: Производство и промышленные технологии

Описание: КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА Тяговая сила цепи F4 = 2,2 кН Скорость перемещения смеси V4 = 1,5 м/сек Наружный диаметр шнека D=500 мм Срок службы привода – 6 лет Рисунок 1 – расчетная схема привода к шнеку-смесителю Общий КПД привода...

Язык: Русский

Дата добавления: 2012-12-02

Размер файла: 449.5 KB

Работу скачали: 263 чел.

1 КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА

Тяговая сила цепи F4 = 2,2 кН

Скорость перемещения смеси V4 = 1,5 м/сек

Наружный диаметр шнека D=500 мм

Срок службы привода – 6 лет

Рисунок 1 – расчетная схема привода к шнеку-смесителю

Общий КПД привода:

                                               ,                                                     (1.1)

где: - КПД соединительной муфты;                                                       

- КПД червячного редуктора;

- КПД открытой цилиндрической зубчатой передачи ;

- КПД подшипников качения.

принимаем

Определяем мощность  IV    вала привода, квт:

                                               N= F   V                                                 (1.2)

N=

Определение частоты вращения IV вала привода, об/мин:

  n=                                                    (1.3)

n=

Определение мощности на I валу привода:

N=                                                                     (1.4)                             

N= = 5,4  (кВт)

Зададимся передаточными отношениями передач привода[1]:

U= 16

U= 4

Определяем передаточное отношение привода:

                                                                                                                   

                                                                                     (1.5)

Определяем частоту вращения I вала привода:

n= n  U                                                 (1.6)

n= 5764 = 3648 (об/мин)

Выбираем электродвигатель [1]:

Закрытый обдуваемый  с повышенным пусковым моментом - двигатель 4АМ100L2Y3

n= 3000 об/ми

N= 5,5 кВт

Уточняем передаточное отклонение открытой передачи:

                                                                                                                         

                                                          (1.7)

1.2 Определение скоростей вращения и крутящих моментов валов привода

Определяем частоту вращения всех валов привода:

n= n= 3000 об/мин                                                  (1.8)

n= n= 3000 об/мин                                                  (1.9)

n=                                                                      (1.10)

n= = 187,5 об/мин

n=                                                                    (1.11)

n= = 58,59 об/мин

Определяем крутящие моменты всех валов привода:

T =                                                               (1.12)

T =                                                 (1.13)

T = = 17,51 (Нм)

T= T                                                              (1.14)

T= 17,51 3,2  0,8 = 44,82 (Нм)

T= T  U                                                 (1.15)

T= 44,82  16  0,8  0,99 =568 (Нм)

                                                        T= T U                                                          (1.16)

T= 568  0,98  0,99 =551,07 (Нм)

 

 

2 РАСЧЁТ РЕДУКТОРА

 

2.1 Выбор материалов червячного колеса и определение допускаемых            напряжений

Для выбора материалов колёс редуктора необходимо учитывать условие его работы, режим работы и длительность технологического процесса, так как мощность выбранного электродвигателя 5,5 кВт, срок службы привода 6 лет и режим работы средний выбираем следующие материалы червячного колеса и червяка.

Червяк изготавливается из стали 45 с твёрдостью Н>45 HRC.

Выбор марки материала червячного колеса зависит от скорости скольжения. Скорость скольжения   м/с  ,определяется по эмпирической формуле:                                                                                                                  

Скорость скольжения:

                   ,                                            (2.1)

где:

       Uзп- передаточное число редуктора,

       Т2- вращающий момент на быстроходном валу

Т2= T=568 (Нм)

        ώ2- угловая скорость тихоходного вала:

,                                                            (2.2)

(1/c),

(м/с),

                                                             

     При такой скорости скольжения венец червячного колеса изготовляем из оловянистой бронзы ОФ 10-1, способ отливки – в кокиль.

Допускаемые контактные напряжения для зубьев колеса :

(Мпа),

Допускаемые напряжения изгиба для зубьев колеса :

(Мпа)

2. 2 Расчет геометрических параметров червячной передачи

Определение межосевого расстояния:

                                                 (2.3)

(мм)

По ГОСТ 6636-69 принимаем                               

Определение числа витков червяка Z1,который зависит от передаточного числа редуктора

Uзп=16

Z1=2

Определение числа зубьев червячного колеса Z2:

Z2=Z1·Uзп                                                       (2.4)

Z2=2·16=32

Определение модуля зацепления m:

                                                (2.5)

(мм)

Определение коэффициента диаметра червяка:

                                               q=0,25·Z2                                                         (2.6)

q=0,25·32=7,39

По стандарту принимаем q=8.

Определение коэффициента смещения инструмента x:

 x=(a                                     (2.7)

x=(80/4)-0.5(8+32)=0

Определяем фактическое значение передаточного числа  и проверить его отклонение  от заданного U :

                                                                                        (2.8)

=32/2=16

                                    (2.9)   

=0  4%

Определяем фактическое значение межосевого расстояния   ,мм:

                                                                                                                            

0,5m(q++2x)                                         (2.10)

0,5·4(8+32+2·0)=80

Определяем основные геометрические размеры передачи, мм:

а) основные размеры червяка:

    -делительный диаметр:        

                                                                   

                                                                 (2.11)                                                                                  

   -начальный диаметр:

  

                                                          (2.12)  

                                                                                                   

   -диаметр вершин витков:        

                     

                                                               (2.13)

   -диаметр впадин витков:                                                                            

                     

                                  (2.14)

  -делительный угол подъема линии витков:

                                          

                                                                            (2.15)

                                

  -длина нарезаемой части червяка:

                                         (2.16)

x- коэффициент смещения ,  С=0

б) основные размеры венца червячного колеса:

  -делительный диаметр:                     

                                                         

                                                                     (2.17)                                                        

 -диаметр вершин зубьев:  

                                                                                                  (2.18)

-наибольший диаметр колеса

                          (2.19)                                      

-диаметр впадин зубьев         

                                                                         (2.20)

-ширина венца

                                                                   (2.21)

      

-радиусы закруглений зубьев

                                                                            (2.22)

                                                       (2.23)

Условный угол обхвата червяка венцом колеса :

                                                                 (2.24)

2.3 Прочностной (проверочный ) расчёт передачи

Определяем коэффициент полезного действия червячной передачи:

                                                       (2.25)

  где:    

      -делительный угол подъема линии витков червяка

      -угол трения

                                               (2.26)

Проверка зубчатых колес редуктора по контактным напряжениям:

                                                (2.27)

где:           

      -окружная сила на колесе:

                                                                   (2.28)

     -коэффициент нагрузки, зависит от:

                                            (2.29)

-допуск контактного напряжения зубьев колеса

Условие прочности на изгиб выполняется.

Проверить напряжение изгиба зубьев колеса

                                      (2.30)

где:

        -коэффициент формы зуба колеса

                                                             (2.31)

Условие прочности на изгиб выполняется.

1.  Силовой расчет передачи

                                            (2.32)

3. ЭСКИЗНАЯ КОМПОНОВКА РЕДУКТОРА

3.1 Предварительный (проектный) расчет и конструирование

валов редуктора

Тихоходный вал

1-я под элемент открытой передачи или полумуфту[1]:

                                                 (3.1)

где:

      М - крутящий момент, равный вращающемуся моменту на валу, Нм:

 (мм)

dпримем равным 58 мм по нормальному ряду

2-я под уплотнение крышки с отверстием и подшипник:

                                                        (3.2)

 (мм)

dпримем равным 65 мм по нормальному ряду

3-я под шестерню, колесо:

                                                      (3.3)

(мм)

примем равным 80 мм по нормальному ряду

4-я под подшипник:

(мм)

Рисунок 3- Конструкция тихоходного вала.

Быстроходный вал

1-я под элемент открытой передачи или полумуфту[1]:

                                              (3.4)

где:

     М - крутящий момент, равный вращающемуся моменту на валу, Нм:

 (мм)

dпримем равным 30 мм по нормальному ряду

2-я под уплотнение крышки с отверстием и подшипник:

                                                         (3.5)

 (мм)

dпримем равным 35 мм по нормальному ряду

3-я под шестерню, колесо:

                                            (3.6)

(мм)

примем равным 45 мм по нормальному ряду

4-я под подшипник:

(мм)

Рисунок 4- Конструкция быстроходного вала.

3.2 Конструирование зубчатых колес

Обод:

-Диаметр наибольший

-Диаметр внутренний

                                             (3.7)

Толщина

                                                        (3.8)

(3.9)

                                               (3.10)

                                                  (3.11)

Ширина                                

Ступица:

-диаметр внутренний:

d= 1,55d                                                      (3.12)

d= 1,5545 = 70

Толщина:

= 0,3d                                                       (3.13)

= 0,326 = 13,5

Длина:

l = 1,25 d                                                       (3.14)

l = 1,2526 = 58

Диск:

Толщина:

С = 0,5 (S + )0,25b                                 (3.15)

C = 0,5 (20 + 13,5)0,2526

C = 16,756,5

;    - радиус закругления и уклон

Отверстия

3.3 Подбор подшипников качения

Выбор наиболее рационального типа подшипников для данных условий работы редуктора весьма сложен и зависит от целого ряда факторов: передаваемой мощности редуктора, типа передачи, соотношения сил в зацеплении, частоты вращения внутреннего кольца подшипника, требуемого срока службы, приемлемой стоимости, схемы установки. Предварительный выбор подшипников для каждого из валов редуктора:

Тип подшипника – шариковый радиально – упорный однорядный

Серия – легкая(средняя)

Схема установки подшипника – враспор

Для тихоходного вала:

d  = 65 мм

D = 120 мм

B = 23 мм

C = 54,4

C = 46,8

Подшипник 46213 ГОСТ 831-75

Для быстроходного вала:

d = 35 мм

D = 72 мм

B = 17 мм

C= 22,7

C = 16,6

Подшипник 46207 ГОСТ 831-75

              4 РАСЧЁТ ОТКРЫТОЙ ПЕРЕДАЧИ

Определяем диаметр ведущёго шкива , мм.

Из условия долговечности для проэктируемых  кордшнуровых ремней:

                                                                  (4.1)

где:

, мм – толщина ремня

              

              Определяем диаметр ведомого шкива , мм:

                                           

                                                        (4.2)

где:

u – передаточное число открытой передачи

- коэффициент скольжения

Определяем фактическое передаточное число  и проверяем его отклонение от заданного u:

                                                         (4.3)

                                           (4.4)

Определяем ориентировочное межосевое расстояние а, мм:

                                                   (4.5)

Определяем расчётную длину ремня l, мм:

                                        (4.6)

Полученное значение l, мм принимаем по стандарту l=2500 мм

Уточняем значение межосевого расстояния а по стандартной длине l:

                    (4.7)

Определяем угол обхвата ремнём ведущего шкива , град:

                                                 (4.8)  

Угол  должен быть

   

Определить скорость ремня , м/с:

                                             (4.9)

где:

и  - соответственно диаметр ведущего шкива

Определить частоту пробегов ремня U,  с:

                                                     (4.10)

где:

l – стандартная длина ремня, м

Определить окружную силу  , H, передаваемую ремнём:

                                                  (4.11)

Н

где:

поминальная мощность двигателя, кВт

- скорость ремня, м/с

Определить допускаемую удельную окружную силу  , Н/

                             (4.12)

где:

- допускаемая приведённая удельная окружная сила, Н/мм

С – поправочные коэффициенты

Определяем ширину ремня b, мм:

                                                         (4.13)

Ширину шкива b округляем до стандартного значения b=80. Стандартное значение ширины шкива В=90.

Определяем площадь поперечного сечения ремня А, мм:

                                                           (4.14)

Определяем силу предварительного напряжения ремня , H:

                                                       (4.15)

где:

, H/мм - предварительное напряжение

Определить силы напряжения ведущей  и ведомой  ветвей ремня, Н:

                                                  (4.16)

где:

- окружная сила

- сила предварительного натяжения ремня

Определить силу давления ремня на вал , Н:

                                         (4.17)

где:

- угол обхвата ремнём ведущего шкива

Проверочный расчёт

Проверить прочность ремня по максимальным напряжениям в сечении ведущей ветви , Н/мм:

                                         сечении ведущей ветви льеным        (4.18)

где:

- напряжение растяжения, Н/мм

- напряжение изгиба, Н/мм

- напряжение от центробежных сил, Н/мм

Условие прочности на максимальное напряжение выполняется

По ширине шкива В=80 мм, принимаем длину концевого участка быстроходного вала редуктора  l=90 мм.

     5 ВЫБОР СОЕДИНИТЕЛЬНОЙ МУФТЫ

     В проектируемых приводах применены муфты с торообразной оболочкой в стандартном исполнении. Для соединения выходных концов двигателя и быстроходного вала редуктора, установленных, как правило, на общей раме, применены втулочно-пальцевые муфты и муфты со звездочкой. Эти муфты обладают достаточными упругими свойствами и малым моментом инерции для уменьшения пусковых нагрузок на соединяемые валы. Муфты упругие с торообразной оболочкой обладают небольшими компенсирующими способностями. При соединении несоосных валов муфта оказывает на них значительное силовое воздействие. Они обладают большой радиальной, угловой и осевой жесткостью и требуют точного монтажа узлов.

Момент   Т=800

Угловая скорость

Отверстие d = 60мм;       l = 44 мм

Габаритные размеры

D=320

=60

Смещение осей

Радиальное

Угловое  

Проверяем по величине расчетного крутящего момента

                                           (5.1)

 

Нм

98,6  < 125

Удовлетворяет заданным требованиям

Муфта с упругая с торообразной оболочкой 800-1-60-1-У2 ГОСТ 20884-82

6 ПОДБОР ШПОНОЧНЫХ (ШЛИЦЕВЫХ) СОЕДИНЕНИЙ

Шпоночное соединение трудоемко в изготовлении. При передаче вращающего момента оно характеризуется значительными местными деформациями вала и ступицы колеса в районе шпоночного паза, что снижает усталостную прочность вала. Его применяют в случаях, когда для заданного момента не удается подобрать посадку с натягом из-за недостаточной прочности материала колеса или по технологическим возможностям.

Определяем шпонку для установки полумуфты на концевом участке быстроходного вала.

d = 30 мм

l = 90 мм

Нм

Сечение шпонки:

b = 8 мм

h = 7 мм

l = 80 мм

Фаска 0,5

Глубина паза:

Вала - t= 4 мм

Ступицы - t= 3,3 мм

Шпонка 80780 ГОСТ 23360-78

Условия прочности:

                                                     (6.1)

где:

      - окружная сила на шестерне или колесе, Н

       А= - площадь смятия, мм

                                                         (6.2)

А=  мм

                                                   (6.3)

Н

МПа

20110…190

Условия смятия выполняются

Определяем шпонку под участок установки зубчатого колеса на тихоходном валу:

d = 58 мм

l = 108 мм

Т= 568 Нм

Сечение шпонки

b = 18  мм

h = 11 мм

l =  100 мм

Фаска 0,5

Глубина паза

Вала - = 7 мм

Ступицы - = 4,4 мм

Шпонка 18011100 ГОСТ 23360-78

Условия прочности:

                                             (6.4)

где:

     - окружная сила на шестерне или колесе, Н

      А= - площадь смятия, мм

                                                        (6.5)

А=  мм

                                                    (6.6)

Н

81.44110…190

Условия смятия выполняются

d = 80 мм

l = 58 мм

Т= 586,33 Нм

Сечение шпонки

b = 22  мм

h = 14 мм

l =  56 мм

Фаска 0,5

Глубина паза

Вала - = 9 мм

Ступицы - = 5,4 мм

Шпонка 2201456 ГОСТ 23360-78

Условия прочности:

                                               (6.7)

где:

     - окружная сила на шестерне или колесе, Н

     А= - площадь смятия, мм

                                                           (6.8)

А=  мм

                                                   (6.8)

143.17110…190

Условия смятия выполняются

7 ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЁТ ПОДШИПНИКОВ БЫСТРОХОДНОГО ВАЛА

Ft1=1090 (Н),

Fr1=252 (Н),

Fa1=700 (Н),

FM=450 (Н),

d1=0,030 (м),

LБ=0,056 (м),

LМ=0,075 (м).

Вертикальная плоскость.

Определяем опорные реакции:

,

,

,                                               (7.1)

 (Н),

,

,                                                 (7.2)

(Н),

Проверка:

,

,

313,5-252-(-61,5)=0,

Строим эпюру изгибающих моментов относительно оси Х:

МХ1=0,

МХ2=-RAYLБ/2,

МХ3=0,

МХ2=RBYLБ/2,

МХ2=313,5*0,056/2=8,7 (Н*м),

Горизонтальная плоскость

Определяем опорные реакции:

,

,                                              (7.3)

(Н),

,

,                                                             (7.4)

(Н),

Проверка:

,

,

1147.67-507.67-1090+450=0,

Строим эпюру изгибающих моментов относительно оси Y:

MY1=0,

MY2=-RaxLБ/2,                                                             (7.5)

MY4=0,

МY3=FMLM,                                                              (7.6)

MY2=-1147.67*0,056/2=-32,13,

MY3=450*0,075=33,75,

Строим эпюру крутящих моментов:

МК=М2=Ft1d1/2,                                                (7.7)

МК=М2=1090*0,03/2=16,35(Н*м),

Определяем суммарные радиальные реакции:

,                                                 (7.8)

(Н),

,                                                 (7.9)

(Н),

Определяем суммарные изгибающие моменты:

,                                               (7.10)

(Н),

M3=MY3=33,28 (Н).

Проверочный расчет подшипников

              Проверяем пригодность подшипников быстроходного вала сопоставлением расчетной динамической грузоподъемности с базовой по условиям:

Сrp≤Cr,                                                                  (7.11)

При установке радиально-упорных подшипников точки приложений радиальных реакций смещаются, это смещение составляет:

,                                         (7.12)

(мм),

              Определяем коэффициент влияния осевого нагружения:

,                                            (7.13)

Интерполированием находим:

е=0,54,

Y=1,01.

Определяем осевые составляющие радиальных нагрузок:

RS1=eRr1,                                                          (7.14)

RS1=0,54*252=136,08 (Н),

RS2=eRr2,                                                          (7.15)

RS2=0,54*700=378(Н),

Определение осевых нагрузок подшипников:

Так как RS2>RS1, то:

Осевая нагрузка подшипника

Ra1=RS1=136,08(Н),

Ra2=Ra1+Fa,                                                     (7.16)

Ra2=136.08+4580,7=4716.78 (Н),

Радиальная нагрузка подшипника

Rr1  = Ra

Rr1 =1090 (H)

Rr2  = Rb =1189.3 (H)

Осевая сила в зацеплении

Fа= 4580.7 (H)

Статическая грузоподъемность

Соr  =16.6

Коэффициент безопасности

Кб= 1,1

Температурный коэффициент

Кt=1

Коэффициент вращения

V=1

,

Расчетная динамическая грузоподъемность

Определяем эквивалентную нагрузку RE:

,                                          (7.17)

где х-коэффициент радиальной нагрузки,

 V- коэффициент вращения,

 Y-коэффициент осевой нагрузки,

Кб-коэффициент безопасности,

КТ-температурный коэффициент.

RE=(0,41*1*710,9+0,87*483,4)*1,1*1=783 (Н),

Определим расчетную динамическую грузоподъемность:

,                                      (7.18)

где: m-показательстепени, m=3 для шариковых подшипников,

              а1-коэффициент надежности, а1=1 при безотказной работе подшипников,

а23-коэффициент, учитывающий влияние качества подшипника и качества его              эксплуотации,

              n-частота вращения внутреннего кольца подшипника,  

              Lh-требуемая долговечность подшипников,

(Н),

Расчетная динамическая грузоподъемность меньше базовой, 7,9<54,4 (кН) , следовательно подшипник  пригоден.

8 ПРОВЕРОЧНЫЙ РАСЧЕТ ВАЛОВ РЕДУКТОРА

   

8.1 Проверочный расчет быстроходного вала в сечении А-А

              Определение напряжений в опасном сечении вала.

Определение амплитуды напряжений:

,                                             (8.1)

где: -расчетные напряжения изгиба,

              Wнетто-осевой момент сопротивления сечения вала:

,

(мм2),

(Н/мм2),

Определение амплитуды цикла:

,                                                   (8.2)

где: Wрнетто-полярный момент инерции сопротивления сечения вала:

,

(мм3),

,

Определение коэффициента концентраций нормальных и касательных напряжений для   расчетного сечения вала:

,                                        (8.3)

где:  и -эффективные коэффициенты концентрации напряжений:

=1,6,

=1,4,

Кd- коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения:

Кd=0,77,

КF- коэффициент влияния шероховатости:

КF=1,05,

КY- коэффициент влияния поверхностного упрочнения:

КY=1,6,

()D=(1,6/0,77+1,05-1)1/1,6=1,32,

,                                        (8.4)

,

Определение пределов выносливости в расчетном сечении вала:

,                                                (8.5)

где:  и   -пределы выносливости гладких образцов при симметричном цикле изгиба и кручения,

()D=315/1,32=284 (Н/мм2),

,                                                (8.6)

(Н/мм2),

Определение коэффициентов запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям:

,                                                   (8.7)

,

,                                                     (8.8)

,

Определение общего коэффициента запаса прочности в опасном сечении:

,                                               (8.9)

[S]=1,3…1,5,

,

Принимаем [S]=1,4.

Быстроходный вал в сечении А-А имеет запас прочности больше допускаемого так как S>[S], следовательно в этом сечении вал пригоден.

8.2 Проверочный расчет быстроходного вала в сечении В-В

Определение напряжений в опасном сечении вала.

Определение амплитуды напряжений:

,                                                      (8.10)

где: -расчетные напряжения изгиба,

Wнетто-осевой момент сопротивления сечения вала:

                                                ,                                                                  (8.11)

(мм2),

(Н/мм2),

Определение амплитуды цикла:

,                                                 (8.12)

где Wрнетто- полярный момент инерции сопротивления сечения вала:

,

(мм3),

,

Определение коэффициента концентраций нормальных икасательных напряжений для расчетного сечения вала:

,                                        (8.13)

где:  и -эффективные коэффициенты концентрации напряжений:

=1,45,

=1,4,

Кd- коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения:

Кd=0,77,

КF- коэффициент влияния шероховатости:

КF=1,05,

КY- коэффициент влияния поверхностного упрочнения:

КY=1,6,

()D=(1,45/0,77+1,05-1)1/1,6=1,2,

,                                        (8.14)

,

 

Определение пределов выносливости в расчетном сечении вала:

                                                    ,                                                           (8.15)

где:  и -пределы выносливости гладких образцов при симметричном цикле изгиба и кручения,

()D=375/1,2=312,5 (Н/мм2),

(Н/мм2),

,                                                (8.6)

(Н/мм2),

Определение коэффициентов запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям:

,                                                   (8.7)

,

,                                                     (8.8)

,

Определение общего коэффициента запаса прочности в опасном сечении:

,                                               (8.9)

[S]=1,3…1,5,

Принимаем [S]=1,4.

,

Быстроходный вал в сечении В-В имеет запас прочности больше допускаемого так как S>[S], следовательно в этом сечении вал пригоден.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе я рассчитал по всем предложенным параметрам механизм шнека-смесителя. Изучил методы расчёта и конструирования деталей и узлов машин общего назначения. Приобрёл представление о существующих классификациях, о порядке проектирования машин и узлов деталей, узнал общие и специальные методы расчётов. Определил, что данный механизм является:

-надёжным

-работоспособным

-производительным

-экономичным

-металлоемким

-прост и безопасен в обслуживании

-удобен в сборке и разборке.

Детали в механизме соответствуют главному критерию работоспособности – прочность, то есть способность детали сопротивляться разрушению или возникновению не допустимых пластических деформаций.