ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………………………………3                                                                                                                                          

1. ЗАДАНИЕ НА  КУРСОВОЙ ПРОЕКТ  …………………………………………………..4                                

2. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ  РАСЧЁТ ПРИВОДА………………………………………….....6 

2.1. Расчёт срока  службы привода………………………………………………………….....6

2.2. Определение  недостающих геометрических размеров  исполнительного механизма….....6

2.3. Выбор электродвигателя………………………………………………………………....7

2.3.1. Определение  требуемой мощности………………………………………………….....7

2.3.2. Определение  требуемой частоты вращения вала электродвигателя…………………....8

2.4. Кинематические  расчёты………………………………………………………………...9

2.4.1. Определение  общего передаточного числа привода…………………………………...9

2.4.2. Распределение  общего передаточного числа привода по ступеням передач……… .......9

2.4.3. Проверка  точности разбивки общего передаточного отношения…………………….10

2.4.4. Проверка  двигателя на перегрузку…………………………………………………....11

2.5. Составление  таблиц исходных данных………………………………………………....12 

3. РАСЧЁТ ОТКРЫТОЙ  ПЕРЕДАЧИ……………………………………………………..14 

3.1. Конструирование  ремённой передачи………………………………………………….14

3.1.1. Порядок  расчёта ремённой передачи…………………………………………………14

3.1.2.  Конструирование  шкивов ремённой передачи……………………………………….17 

4. КОНСТРУИРОВАНИЕ  ВАЛА ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА……………...19 

5. ВЫБОР МУФТЫ………………………………………………………………………...27 

6. РАСЧЁТ ВАЛА  НА СТАТИЧЕСКУЮ ПРОЧНОСТЬ…………………………………29 

7. РАСЧЁТ ПОДШИПНИКОВ ПО ДИНАМИЧЕСКОЙ ГРУЗОПОДЪЁМНОСТИ…….32 

8. РАСЧЁТ  ШПОНКИ……………………………………………………………...34

ЛИТЕРАТУРА……………………………………………………………………...35

  КП.2069889.15.Д5.14.12.00.000ПЗ

  2

ВВЕДЕНИЕ 

      В данном курсовом проекте разработан привод ленточного конвейера: разработан сборочный чертеж ведущего вала, подобран двигатель, редуктор и муфта. Редуктор состоит из стального корпуса, в  котором помещены элементы передачи. Входной вал посредством муфты соединяется с двигателем, выходной посредством цепной передачи с конвейером.

      В данном проекте разработке подлежат второй и третий узлы машины. Редуктором называют механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненный в виде отдельного агрегата и служащий для передачи мощности от двигателя к рабочей машине. Назначение редуктора – понижение угловой скорости и повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с валом ведущим.

      В качестве двигателя у большинства  конвейеров используется стандартный электромотор трехфазного тока. Передаточный механизм в зависимости от задания на курсовой проект может содержать открытую передачу и редуктор или один редуктор. 

Исполнительным  механизмом (ИМ) в данном проекте  является приводной вал конвейера. Для ленточного конвейера - это вал приводного барабана, а для цепного конвейера - вал с одной или двумя приводными звездочками. Согласно полученному заданию спроектирован привод конвейера, т.е. произведены расчеты и разработаны чертежи в объеме, установленном заданием на курсовой проект. Все необходимые расчеты и пояснения особенностей конструкции и эксплуатации привода оформлены в виде пояснительной записки. 

            КП.2069889.15.Д5.14.12.00.000ПЗ

    3

                                   1. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ. 

 КП.2069889.15.Д5.14.12.00.000ПЗ

    4

                        2. ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА.

      Цель  предварительного расчета заключается  в составлении и уточнении  кинематической схемы установки, выборе основных элементов привода и проведении его кинематического и силового анализа. Этот этап заканчивается составлением таблицы исходных данных, необходимой для дальнейшего расчета отдельных узлов и деталей привода. 

                                          2.1. Расчёт срока службы привода. 

                             Срок службы ( ресурс ) Lh,,ч, определяется формулой:

                                                        Lh,=365·24·t·Kгод·Ксут,

                                          где t = 5  лет - срок службы привода.

                                             Lh,=365·24·5·0.228·0.8=7989.12 ч. 

                                                 Принимаем Lh,=8000 часов. 
 

       2.2. Определение недостающих геометрических размеров исполнительного механизма.

На этапе  предварительного расчета определяются недостающие размеры (не указанные в исходных данных), необходимые для выполнения чертежа вала ИМ.

Если  в качестве ИМ задан вал приводного барабана ленточного конвейера, то дополнительно определяется длина барабана в миллиметрах. 

                                                           Вб = В - (50. ..100)мм,

              где В - ширина ленты транспортера, мм (задана в исходных данных). 

                                                           Вб = 350 – 50 = 300 мм. 

        Расчетные формулы взяты из  методических указаний к курсовому  проектированию по деталям машин.

            КП.2069889.15.Д5.14.12.00.000ПЗ

                                           2.3.Выбор электродвигателя.

                               2.3.1. Определение требуемой мощности.

  Электродвигатель  выбирается по расчетной мощности (Р, кВт), и по расчетной частоте вращения вала (n, об/мин).

  Выбираем  двигатель закрытый обдуваемый, асинхронный, единой серии АИР.

  Расчетная мощность электродвигателя в киловаттах определяется по зависимости 

                                                           Рр = (Те*w)/n_o,

  где Те - постоянный вращающий момент на валу ИМ, эквивалентный переменному моменту, заданному графиком нагрузки, кНм; w - угловая скорость вращения вала ИМ конвейера, рад/с; n_o - общий КПД привода. 

                                Рр = (0.694·0,39375·17,7(7)) / 0.885 = 5.5 кВт.

     Эквивалентный вращающий момент .рассчитывается следующим образом:

                                                         ,

  где-Тi,ti - ступени нагрузки (момента) и соответствующее ей время работы по графику нагрузки; t - общее время работы под нагрузкой; Т - номинальный вращающий момент на ИМ, кНм.

                                                         Те =0,694·T кНм.

  Номинальный момент находится по формуле:

                                                           T = (Ft*D) / 2000,

  где Ft-окружное усилие на рабочем элементе ИМ, кН; D - диаметр барабана, мм.

                                          Т = (3.5·225) / 2000=0.39375 кНм.

  Угловая скорость вращения вала ИМ определяется по формуле:

  w = (2000V) / D ,

    где V - скорость тягового элемента конвейера, м/с.

                                           w = (2000·2) / 225 = 17.7(7) рад/с

  Общий КПД привода находится как  произведение КПД отдельных звеньев кинематической цепи:

  nо=nрем·nцп ·nпп  ·nпп ·nпп ·nм,

                                              nо=0.95·0.98·(0,99)³·0,98=0,885.

        Значения КПД отдельных звеньев  кинематической цепи можно принимать  по  таблице. КПД планетарных и волновых редукторов принимаются по рекомендациям специальной литературы. Коэффициент полезного действия (КПД) отдельных звеньев кинематической цепи.

            КП.2069889.15.Д5.14.12.00.000ПЗ

   7

           2.3.2. Определение требуемой частоты вращения вала электродвигателя. 

  Для однозначного выбора электродвигателя одной расчетной мощности недостаточно. Необходимо также знать расчетную частоту вращения вала электродвигателя или возможный диапазон ее изменения: 

  nэ max=nим ·Uо max об/мин,

                                                     nэ min=nим ·Uо min об/мин,

    где nз mах , nэ min - соответственно максимальная и минимальная (для заданной кинематической схемы привода) расчетная частота вращения вала электродвигателя, об/мин; nим - частота вращения вала ИМ, об/мин;  

                                           nэ max = 169.777·20 = 3395.54 об/мин,

                                             nэ min = 169.777·5 = 848.885 об/мин.

  Uоmах, Uоmin - максимальное и минимальное общее передаточное число кинематической схемы привода.

  nим = (30w) / π

  где w - угловая скорость вала ИМ, рассчитывается по формуле, π =3,14. 

                                     nим = (30·17.7(7)) / 3,14 = 169.777 об/мин.

  Общее передаточное число привода определяется как произведение передаточных чисел отдельных ступеней передач, входящих в кинематическую схему: 

  Uо max = Uрем max·Uц max;

                                                       Uо min = Uрем min·Uц min;

 где Uimах, Uimin - соответственно максимальное и минимальное передаточное число i-ой ступени передач, определяется по таблице.

                                                      Uо max = 4·5=20;

                                                        Uо min = 2·2.5=5.

    Из таблиц характеристик стандартных электродвигателей единой серии АИР выбираем электродвигатель по условиям:

                                                              Рр < Р таб,

                                                              nэmin < nтаб < nэmах,

  где Ртаб, nтаб - табличные значения соответственно мощности, кВт и частоты вращения вала, об/мин.

                     Принимаем двигатель 132 S 4, Р = 7.5 кВт, nдв = 1440.

          КП.2069889.15.Д5.14.12.00.000ПЗ

    8

      Если скоростной диапазон достаточно  большой, то есть по скоростной характеристике можно выбрать несколько двигателей, окончательное решение принимается с учетом следующих соображений. Быстроходные двигатели легче и дешевле тихоходных, поэтому предпочтительнее. Однако выбор быстроходного двигателя приводит к увеличению общего передаточного числа редуктора и, как правило, к увеличению его габаритов, массы и стоимости. Если позволяет скоростной диапазон, рекомендуется выбирать два двигателя с различной скоростной характеристикой и последующий расчет вести параллельно. В конце расчета производится анализ вариантов по кинематическим, технико-экономическим и другим признакам и выбирается окончательный вариант.

    Далее производится проверка выбранного двигателя на перегрузку. Она преследует цель предотвратить “опрокидывание” (остановку двигателя под нагрузкой) при резком увеличении нагрузки.  
 

                                               2.4. Кинематические расчёты.

                       2.4.1. Определение общего передаточного числа привода. 

                                                                      Uобщ = nэ / nвых, 

где nвых, мин^-1 – частота вращения приводного вала; nэ, мин^-1 – асинхронная частота вращения вала выбранного электродвигателя. 

                                                 Uобщ = 1440 / 169,777 = 8,482. 

2.4.2. Распределение общего  передаточного числа  привода по ступеням  передач. 

          Полученное Uобщ распределяют по ступеням передач. В общем случае: 

                                                        Uобщ = Uрем·Uред..,

где Uред - передаточное число редуктора ( коробки передач), Uрем – передаточное число ремённой передачи.

                                                      Принимаем Uрем=3.

                                                         Uред = Uобщ/Uрем,

             КП.2069889.15.Д5.14.12.00.000ПЗ

    9

                                                  Uред = 8,482/3 = 2.8274,

    т.к. исходя из табличных данных  Uред не должно превышать 5, условие выполняется, принимаем двигатель 132 S 4, и дальнейший расчёт ведём для этого двигателя.

    Из стандартного ряда принимаем:

                                                                  Uред = 2,8.

                                                               Uобщ=3·2,8=8,4. 

         2.4.3. Проверка точности разбивки общего передаточного отношения. 

             Точность разбивки общего передаточного числа проверяем условием: 

                                                  .                           

                           -  условие выполняется.

             КП.2069889.15.Д5.14.12.00.000ПЗ

    10

                                   2.4.4. Проверка двигателя на перегрузку. 

  Проверку  производят при возможных неблагоприятных  условиях эксплуатации, когда напряжение в электросети понижено на 10 % (что соответствует уменьшению движущего момента на 19 %), а нагрузка достигает максимального значения:

  Ртаб

где Ртаб - номинальная мощность двигателя  по каталогу, кВт; Тmах - максимальный момент при эксплуатации (по графику нагрузки), кНм; nтаб - асинхронная частота вращения вала электродвигателя по каталогу, об/мин; yn - кратность пускового момента по каталогу на электродвигатель. Если условие не выполняется, то следует выбрать двигатель большей мощности. 

   Tmax = 1.5Т;  Tmax = 0,59 кНм; yn = 2.2; nтаб = 1440 об/мин.; Uo = 8.482; no = 0.885. 

                Ртаб 0,13·((0.59·1440) / (2.2 · 8,482 · 0.885)) = 6,688 < 7,5 кВт. 

               Исходя из расчётов на перегрузку выбираем двигатель 132 S 4. 

                          Исполнение  ИМ 1081 

                                Рис. 1. Эскиз электродвигателя серии АИР. 

Расчетные формулы взяты из методических указаний к курсовому проектированию по деталям  машин.

           КП.2069889.15.Д5.14.12.00.000ПЗ

    11

                                2.5. Составление таблицы исходных данных. 

    Предварительно  на кинематической схеме привода  нумеруются валы по порядку, начиная  с вала, который непосредственно (через упругую муфту) связан с  валом электродвигателя. Далее наносятся обозначения передаточных чисел отдельных ступеней передач и КПД элементов кинематической цепи. Подстрочный индекс передаточного числа состоит из двух цифр. Первая цифра 
соответствует номеру вала ведущего элемента, а вторая – номеру вала ведомого элемента. Затем производится расчет кинематических и силовых характеристик каждого вала. Расчет этот оформляется в виде таблицы исходных данных.

    При расчете мощности на каждом валу учитываются потери (КПД) на участке кинематической цепи от электродвигателя до рассматриваемого вала (если считается Р1) и от предыдущего вала до рассматриваемого вала (если считается Р2, Р3 … и т.д.). Кроме того, при расчете Р1 за мощность электродвигателя принимается номинальная расчетная (Р_рн), полученная по формуле: 

                              Ррн = (0,39375 · 17,7(7)) / 0.885 = 7,5 кВт.

                         Тогда таблица исходных данных  будет выглядеть так:

            КП.2069889.15.Д5.14.12.00.000ПЗ

    12

       Таблица исходных данных позволяет начать проектирование с любого элемента кинематической схемы привода. Так, для рассматриваемого примера по данным первой строки (вал N1) производится подбор упругой муфты и расчет первой (быстроходной) ступени передач редуктора. По данным второй строки (вал N2) – ремённая передача. По данным третьей строки производится проектирование ИМ. 

Расчетные формулы  взяты из методических указаний к  курсовому проектированию по деталям  машин. 

            КП.2069889.15.Д5.14.12.00.000ПЗ

    13

                                   3. РАСЧЁТ ОТКРЫТОЙ ПЕРЕДАЧИ. 

                               3.1. Конструирование  ремённой передачи. 

                               3.1.1. Порядок расчёта ременной передачи. 

 Исходные  данные (полученные из кинематического расчёта привода):

 Мощность  на ведущем валу: N1 = 7.5 кВт;

 Частота вращения  ведущего вала: n1 = 1440 об/мин.;

 Передаточное  число ремённой передачи: U = 3.

1. Рассчитываем крутящий момент на ведущем валу, затем выбираем по таблице сечение ремня и диаметр меньшего шкива:                                                                     

    ;

   Н·мм.

   Принимаем: d1=100 мм; Сечение ремня S = 81 мм², типа А. (ГОСТ 1284.1-80)

2. Определяем диаметр большого шкива:

   ;

   мм.

 3) Уточняем передаточное число с учётом относительного скольжения: ξ ≈ 0.01:

           ; 

         .

    Определяем  расхождение от заданного U: 

    (∆U / U) · 100% = ((|Uст – U|) / Uст) · 100% = ((|3-3.03|) / 3) · 100% = 1% 

            КП.2069889.15.Д5.14.12.00.000ПЗ

    14

   4) Проводим сравнение ;

         -  условие выполняется.

  5) Определяем ориентировочное значение межосевого расстояния:  

        ; т.к. U=3, то с=1;  мм.

  6) Определяем ориентировочное значение длины ремня:

        ;

         . 

         Из стандартного ряда длину ремня L принимаем: L=1250 мм.

  7) Уточняем межосевое расстояние:

       ;

       мм.

   8) Определяем скорость ремня:

        м/с. 

   9) Определяем число пробегов ремня в секунду:

          с^-1

   10) Определяем угол обхвата ремней малого шкива:

             .

   11) Проводим проверку ;  - условие выполняется.

   12) Определяем окружную силу на шкивах:

       Н. 
 
 

              КП.2069889.15.Д5.14.12.00.000ПЗ

    15

    13) Определяем ориентировочное значение числа устанавливаемых ремней:

          ;

где - допустимое полезное напряжение; А1 – площадь поперечного сечения ремня; k0 – полезное напряжение ремня, МПа;

    ,

где V – скорость ремня, м/с; ν – частота пробегов ремня; bh – ширина ремня по нейтральному слою; ku – коэффициент влияния передаточного числа; ca – коэффициент, учитывающий влияние угла обхвата на тяговую способность; cp – коэффициент режима работы.

   .

    14) Определяем силы, действующие на валы:

          ,

      где А1 = 81 мм², z =2, k0 = 7,95 МПа; - угол между ветвями ремня.

      Н. 
 

          КП.2069889.15.Д5.14.12.00.000ПЗ

   16

    Шкивы  ремённых передач изготавливают  чаще всего литыми из чугуна. Для снижения инерциональных  нагрузок шкивы высокоскоростных  передач изготавливают из лёгких  сплавов. При небольшом выпуске их изготавливают также сварными из стали. Шкивы быстроходных передач подвергают балансировки. При диаметре D≤300 шкивы выполняют с дисками без спиц, шкивы больших диаметров – с 4…6 спицами. Для шкивов с DH ≥ 250 мм диск конструируют в виде конуса, что способствует лучшему отводу газов при заливке формы металлом. Для удобства установки ремней шкивы передач должны быть консольными, иначе для смены ремня потребуется разборка узла.

    Поскольку  в процессе работы ремень может  вытягиваться, то в конструкции с ременной передачей необходимо предусматривать устройства для изменения межосевого расстояния.

   Для увеличения  угла обхвата α1 рекомендуется ведомую ветвь передачи располагать вверху. Тогда за счет провисания ремня угол несколько увеличивается. В тех случаях, когда провисание ремней несущественно, для увеличения угла обхвата α1 рекомендуется применять дополнительный шкив, который может служить и натяжным устройством.

   Допуски  на форму и расположение поверхностей  можно назначать для шкивов ременной передачи, основываясь на рекомендациях, приведенных для колес зубчатых передач. 

    мм;

     мм;

     мм; 
 

           КП.2069889.15.Д5.14.12.00.000ПЗ

   17

     мм;

     ;

     r=4 мм;

     мм. 

      Расчетные формулы взяты из  методических указаний к курсовому  проектированию по деталям машин. 
 

              КП.2069889.15.Д5.14.12.00.000ПЗ

    18

     4. КОНСТРУИРОВАНИЕ ВАЛА ИСПОЛНИТЕЛЬНОГО МЕХАНИЗМА. 

  Валы  – детали, которые служат для  поддержания других вращающихся  деталей, а сами опираются на подшипники.

  На  этапе эскизного проектирования ориентировочно была намечена конструкция  валов, определены диаметры отдельных  участков. Теперь следует уточнить эти размеры, согласовать их с  деталями, устанавливаемыми на вал, учесть вид и расположение опор, конструкцию уплотнения, технологию изготовления. Перед отработкой конструкции вала должны быть решены такие важные вопросы, как способ передачи вращающего момента в соединении вал - ступица и способ крепления деталей на валу от осевого перемещения.

  1) Рассчитываем значение диаметра выходного конца вала:

       ;

где Mk = Т - крутящий момент, Н·мм; - допускаемое напряжение на кручение, ; =25…30 МПа; Т=394000 Нм – берём из предварительного расчёта привода.

        мм.

       Из стандартного ряда принимаем: d1=42 мм; L1=82 мм. 

   2) Далее по значению диаметра вала выбираем и устанавливаем шпонку. 

      Шпонка, выбранная по длине  и диаметру конца вала, имеет размеры, ГОСТ 23360-78:

 где b – ширина, h – высота шпонки, t – глубина паза в вале, t2 – глубина паза в ступице, Lш – длина шпонки.      

     Длина  шпонки: Lш=L1-10=82-10=72 мм.

     Из  стандартного ряда длину шпонки берём:  Lш=70 мм. 
 

              КП.2069889.15.Д5.14.12.00.000ПЗ

    19

  3) На этом этапе выбирается подшипник.

      Определение dп - диаметра участка вала ИМ, на котором находится подшипник:

  dп = dк+2(h-t1);

  dп = 42+2(8-3.3)=51,4 мм,

  Принимаем dп =55 мм.

  Обозначение  подшипника:

  1211 - шариковый радиальный сферический двухрядный, легкой серии.

                    Рис. 3. Эскиз подшипника, с обозначением  всех размеров. 
 

  Определение диаметра буртика подшипника dбур: 

  dбур

    dбур=55+3·2.5=62.5 мм.

   Принимаем  dбур=65 мм. 
 

            КП.2069889.15.Д5.14.12.00.000ПЗ

   20

3. На этом этапе подбирается корпус подшипника, крышки подшипника и манжетные уплотнения.

      Корпус подшипника выбирается  по диаметру наружного кольца  подшипника. 
 
 

                                                Рис.4. Корпус подшипника. 
 

                           Корпус подшипника УМ 100. ГОСТ 13218.3-80, размеры, мм  

  Крышки подшипника  выбирается по диаметру вала.

  Крышка подшипника торцевая с манжетным уплотнением

  МН 100*65 ГОСТ 13219.5-81 

             КП.2069889.15.Д5.14.12.00.000ПЗ

   21

                Рис.5. Крышка подшипника торцевая с манжетным уплотнением. 

           Крышка подшипника торцевая глухая низкая ГН 100  ГОСТ 13219.2-81 

                         Рис.6. Крышка подшипника торцевая глухая низкая. 
 

           КП.2069889.15.Д5.14.12.00.000ПЗ

    22