Рефетека.ру / Промышленность и пр-во

Курсовая работа: Расчет привода ленточного конвейера

Содержание


Введение

1. Кинематический и силовой расчет привода

1.1 Определение мощности на валу исполнительного органа

1.2 Определение расчетной мощности на валу двигателя

1.3 Определение частоты вращения вала исполнительного механизма и двигателя

1.4 Выбор электродвигателя

1.5 Определение передаточного отношения привода расчет силовых и кинематических параметров привода выбор редуктора

2. Выбор муфты

3. Проектирование открытой передачи

3.1 Результаты расчета клиноременной передачи на ЭВМ

4. Проектирование исполнительного органа

4.1 Проектный расчет вала

4.2 Подбор подшипников и шпонок

4.3 Проверочный расчет вала на статическую прочность по эквивалентному моменту

4.4 Проверочный расчет подшипников на долговечность

4.5 Проверочный расчет шпоночного соединения

4.5.1 Проверочный расчет шпонки вала под муфту

4.5.2 Проверочный расчет шпонки вала в месте соединения вала с барабаном

Список использованных источников


Расчет привода ленточного конвейераВведение


В данной курсовой работе выполнено проектирование привода ленточного конвейера по заданным параметрам: окружной скорости, окружного усилия и диаметра барабана исполнительного органа, а также параметров режима работы, срока службы и кратковременных пиковых перегрузок в приводе. В ходе курсовой работы по расчетным вращающим моментам, частотам вращения и мощностям на волах были выбраны стандартные: электродвигатель, редуктор и компенсирующая муфта. Так же были выполнены проектировочные расчеты исполнительного органа, и расчет на ЭВМ клиноременной передачи.

1. Кинематический и силовой расчет привода


Выбор электродвигателя и редуктора


1.1 Определение мощности на валу исполнительного органа


Мощность P4, кВт, на валу исполнительного органа определяется по формуле:


Расчет привода ленточного конвейера,


где Ft - окружное усилие, Н;

vt - окружная скорость, м/с (см. рис.1).


Расчет привода ленточного конвейера


1.2 Определение расчетной мощности на валу двигателя


Расчетная мощность на валу двигателя Р1, кВт, определяется с учетом потерь в приводе:


Расчет привода ленточного конвейера,


гдеη - общий КПД привода равный


Расчет привода ленточного конвейера


η1 - КПД открытой клиноременной передачи, η1 = 0,95 [1, табл.1] ;

η2 - КПД быстроходной ступени закрытой зубчатой конической передачи, η2 = 0,96;

η3 - КПД тихоходной ступени закрытой зубчатой цилиндрической передачи η3 = 0,97;


Расчет привода ленточного конвейера


При этом:


Расчет привода ленточного конвейера


1.3 Определение частоты вращения вала исполнительного механизма и двигателя


Частота n4, мин-1, вращения вала:


Расчет привода ленточного конвейера


гдеD - диаметр барабана ленточного конвейера, мм;


Расчет привода ленточного конвейера


Расчет привода ленточного конвейера

Рисунок 1 - Кинематическая схема привода ленточного конвейера: 1 - электродвигатель; 2 - ременная передача; 3 - двухступенчатый коническо-цилиндрический редуктор; 4 - компенсирующая муфта; 5 - узел барабана.


Частота n1, мин-1, вращения вала электродвигателя вычисляется по формуле:


Расчет привода ленточного конвейера,


гдеi - передаточное отношение привода,


Расчет привода ленточного конвейера

i1 - передаточное отношение открытой ременной передачи, i1=2…3 [1, табл.1] ;

i2 - передаточное отношение первой ступени закрытой зубчатой коническо-цилиндрической передачи, i2=2…3;

i3 - передаточное отношение второй ступени закрытой зубчатой цилиндрической передачи, i3=3…6;

По формуле (1.5) получим интервал оптимальных частот вращения вала двигателя:


Расчет привода ленточного конвейера

Расчет привода ленточного конвейера


1.4 Выбор электродвигателя


Исходя из необходимой мощности и интервала оптимальных частот вращения, выбираем электродвигатель - АИР100L2 (рис.2). Мощность РДВ = 5,5 кВт с синхронной частотой вращения равной 3000 мин-1. Номинальная асинхронная частота вращения n1 вала вычисляется по формуле:


Расчет привода ленточного конвейера


Где nc - синхронная частота вращения, мин-1, nc=3000 мин-1 [2] ; S - относительное скольжение вала,%, S=5%;


Расчет привода ленточного конвейера


Проверим условие работоспособности при пуске:


Расчет привода ленточного конвейера


где Расчет привода ленточного конвейера - кратность пускового момента двигателя Расчет привода ленточного конвейера;

Расчет привода ленточного конвейера - кратковременных пиковых перегрузок в приводе, Расчет привода ленточного конвейера=1,5;

2,31 > 1,5 - условие выполняется.


Рисунок 2 - Эскиз электродвигателя АИР100L2 IM1081

1.5 Определение передаточного отношения привода расчет силовых и кинематических параметров привода выбор редуктора


Передаточное отношение привода i вычисляется по формуле:


Расчет привода ленточного конвейера,

Расчет привода ленточного конвейера


Подставив, значения получим:


Расчет привода ленточного конвейера


Назначаем передаточное отношение i1 открытой передачи таким образом, чтобы оно делило табличное значение интервала передаточных отношений в том же соотношении, в каком частота вращения выбранного электродвигателя делит интервал оптимальных частот вращения. Для этого составим пропорцию:


Расчет привода ленточного конвейера


Подставив значения, находим i1: i1=2,65.

Таким образом, передаточное отношение редуктора ip вычисляем следующим образом:


Расчет привода ленточного конвейера


Округляем значение передаточного отношения редуктора до ближайшего значения в таблице стандартных коническо-цилиндрических редукторов по ГОСТ 27142-86 ip = 14. Тогда передаточное отношение клиноременной передачи равно:


Расчет привода ленточного конвейера


Связь между мощностью предыдущего и последующего валов выражаются зависимостью:

Расчет привода ленточного конвейера j = 1, 2…k-1,где k - порядковый номер исполнительного механизма на кинематической схеме привода (см. Рисунок 1);


Расчет привода ленточного конвейера

Расчет привода ленточного конвейера

Расчет привода ленточного конвейера


Связь между частотой вращения предыдущего и последующего валов выражаются зависимостью:


Расчет привода ленточного конвейера j = 1, 2…k-1,


Тогда частота вращения 2-го вала будет равна:


Расчет привода ленточного конвейера


Вращающие моменты вычислим по формуле:

Расчет привода ленточного конвейера j = 1,2…k,


Вычислим вращающие моменты на всех валах:


Расчет привода ленточного конвейера

Расчет привода ленточного конвейера

Расчет привода ленточного конвейера


Вычисленные параметры запишем в таблицу.


Таблица 1 - Силовые и кинематические параметры привода

Номер вала

Мощность

Р, кВт

Частота вращения n, мин-1

Вращающий момент

Т, Нм

1 5.5 2850 18.43
2 5.22 989.58 50.38
4 4.86 72.79 638.94

Исходя из рассчитанных вращающего момента на выходном валу и частоты вращения на входном валу, выбираем стандартный коническо-цилиндрический редуктор по ГОСТ 27142-86 типоразмера КЦ1-200 Твых = 750 Нм при nвх = 1000 мин-1.


Расчет привода ленточного конвейера

Рисунок 3 - Эскиз редуктора


2. Выбор муфты


Исходя из рассчитанных параметров вращающего момента на входном валу и технического задания, выбираем компенсирующую цепную однорядную муфту по ГОСТ 20742-81, рассчитанную на максимальный вращающий момент равный 1000 Нм, допускающая угловое смещение осей соединяемых валов до 1° и радиальное смещение от 0,5 до 1,2 мм.

Эти муфты отличает возможность использования серийно изготовленных цепей, небольшие габаритные размеры, простота монтажа без осевых смещений соединяемых валов, способность компенсировать радиальные и угловые смещения валов за счет взаимных перемещений деталей муфты и наличия зазоров. Из-за наличия в цепных муфтах значительных зазоров их не применяют в реверсивных приводах и приводах с большими динамическими нагрузками.


Расчет привода ленточного конвейера

Рисунок 4 - Эскиз муфты.

3. Проектирование открытой передачи


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.

4. Проектирование исполнительного органа


4.1 Проектный расчет вала


Принимаем минимальный диаметр вала равным диаметру выходного конца редуктора. d = 45 мм.

Диаметр цапф вала в местах установки подшипников dП, мм определяем по формуле:


Расчет привода ленточного конвейера


где t2- глубина паза в ступице, мм, t2 = 3,8 мм.


Расчет привода ленточного конвейера


для более лучшего торцевого фиксирования муфты примем: dП = 60 мм.

Диаметр буртика для подшипника № 1212 по ГОСТ 20226-82 (67,0 мм < dБП< 71,0 мм) примем dБП =70 мм:

Диаметр цапф вала в местах установки барабана примем: dВ = 65 мм.


4.2 Подбор подшипников и шпонок


Исходя из геометрических параметров муфты и вала под муфтой, определяем размеры шпонки вала под муфту:

Шпонка призматическая для диаметра вала d = 45 мм:

высота шпонкиh = 9 мм;

ширина шпонкиb = 14 мм;

длина шпонкиl = 70 мм;

глубина паза валаt1 = 6 мм;

глубина паза ступицыt2 = 3,8 мм.

Исходя из геометрических параметров вала, в месте соединения его с барабаном определяем размеры шпонки вала под барабаном.

Шпонка призматическая для диаметра вала d = 60 мм:

высота шпонкиh = 11 мм;

ширина шпонкиb = 18 мм;

длина шпонкиl = 100 мм;

глубина паза валаt1 = 7 мм;

глубина паза ступицыt2 = 4,4 мм.


Расчет привода ленточного конвейера

Рисунок 6 - Эскиз шпоночного соединения.


Для опор вала исполнительного органа применим шариковые радиальные сферические двухрядные подшипники (ГОСТ 28428 - 90), из-за возможных перекосов опор подшипников. Назначаем подшипники легкой серии № 1212.

диаметр отверстияdП = 60 мм;

диаметр внешнего кольцаD = 110 мм;

ширина подшипникаВ = 22 мм;

координата фаскиr = 2,5 мм;

динамическая радиальная грузоподъёмностьCr = 30,0 кН;

статическая радиальная грузоподъёмностьC0r = 16,0 кН.


Расчет привода ленточного конвейера

Рисунок 7 - Эскиз подшипника.


4.3 Проверочный расчет вала на статическую прочность по эквивалентному моменту


Окружная сила действующая на барабан со стороны ремня задана в техническом задании: Ft = 3500 Н

Сила натяжения ремня на ненагруженной стороне равна:


S2 = 0,25. Ft =0,25.3500 = 875 Н


Сила натяжения на нагруженной стороне равна:


S1 = Ft + S2 = 3500 + 875 = 4375 Н


Общая сила, действующая на барабан со стороны ремня:


Q = S1 + S2 = 875 + 4375 = 5250 Н


Из уравнения моментов найдем силы FA и FВ:


Расчет привода ленточного конвейера

Расчет привода ленточного конвейера


Так как схема нагружения симметричная то FA = FВ = 2625 Н.

В нашем случае на вал действуют сила натяжения ремня Q и крутящий момент Т, тогда формула для определения эквивалентного момента примет вид:


Расчет привода ленточного конвейера


Из расчетной схемы (Рисунок 8) видно, что опасным сечением является сечение D, так как в этом сечении одновременно приложены максимальные крутящий и изгибающие моменты.


ТD = 638,94 Нм

МD = 0,111.2625 = 291,38 Нм

Тогда:

Расчет привода ленточного конвейера

Расчет привода ленточного конвейера


Максимальное эквивалентное напряжение равно:


Расчет привода ленточного конвейера


где dD - Диаметр вала в сечении D, мм.

Тогда:


Расчет привода ленточного конвейера


Расчет привода ленточного конвейера

Рисунок 8 - Расчетная схема вала исполнительного органа


Допускаемое напряжение [σ], МПа:


Расчет привода ленточного конвейера


где Kр- коэффициент режима работы, Kр = 1,8;

[σи] - допускаемое напряжение изгиба, МПа.


Расчет привода ленточного конвейера


где σТ- предел текучести материала (Сталь 40Х), σТ = 640 МПа;

[n] - коэффициент запаса, [n] = 2.

Тогда:


Расчет привода ленточного конвейера

Расчет привода ленточного конвейера


25,57 МПа ≤ 177,78 МПа, - условие выполняется.


4.4 Проверочный расчет подшипников на долговечность


Fr = FA = FВ = 2625 Н;


Х- коэффициент радиальной нагрузки, Х = 1;

е- коэффициент осевого нагружения, е = 0, 19;

Определим эквивалентную динамическую нагрузку:


Pr = VXFrKБKТ,


гдеV- коэффициент внутреннего кольца, V = 1;

КТ- температурный коэффициент, КТ = 1;

КБ- коэффициент безопасности, КБ = 1,3.

Pr = 1.1.2625.1,3.1 = 3412,5 Н.

Определяем по уровню надёжности и условиям применения расчётный ресурс подшипника:


Расчет привода ленточного конвейера


гдеa1- коэффициент долговечности, a1 = 1;

a23- коэффициент, учитывающий влияние на долговечность особых свойств материала, a23 = 0,3;


Расчет привода ленточного конвейера


Сравниваем с требуемым ресурсомРасчет привода ленточного конвейера= 9500, ч:


Расчет привода ленточного конвейера


Условие выполняется, следовательно подшипник 1212 - годен.


4.5 Проверочный расчет шпоночного соединения


4.5.1 Проверочный расчет шпонки вала под муфту

Условие работоспособности шпонки вала:


Расчет привода ленточного конвейера


гдеТ- передаваемый момент, Т = 638.94Нм;

d- диаметр вала, d = 45 мм;

lр- рабочая длина шпонки, мм: lр = l - b = 70 - 14 = 56 мм;

k- глубина врезания шпонки, мм: k = h - t1 = 9 - 5,5 = 3,5 мм.

[σсм] -допускаемое напряжение смятия, [σсм] <180 МПа.


Расчет привода ленточного конвейера

144,5 МПа < 180 МПа


условие выполняется.


4.5.2 Проверочный расчет шпонки вала в месте соединения вала с барабаном

Условие работоспособности шпонки вала:


Расчет привода ленточного конвейера


гдеТ- передаваемый момент, Т = 638.94Нм;

d- диаметр вала, d = 60 мм;

lр- рабочая длина шпонки, мм: lр = l - b = 100 - 18 = 82 мм;

k- глубина врезания шпонки, мм: k = h - t1 = 11 - 7 = 4 мм.

[σсм] -допускаемое напряжение смятия, [σсм] <180 МПа.


Расчет привода ленточного конвейера


64,9 МПа < 180 МПа - условие выполняется.

Шпоночное соединение показано на рисунке 6.

Список использованных источников


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.

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

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.

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

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.

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

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

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


Рефетека ру refoteka@gmail.com