Проектирование привода к аппарату с мешалкой

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное  образовательное 

Учреждение высшего профессионального  образования

ИВАНОВСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ

 

Кафедра «Механики и компьютерной графики»

 

 

Расчётно-пояснительная записка 

к курсовому проекту 

по дисциплине «Механика»

 

 

 

Тема: «Проектирование привода  к аппарату с мешалкой»

 

 

Выполнил: студент факультета №2

Гр. 3/23, спец. ТХВ и КМ Тихомиров П. Л.

Проверила: Степанова Т. Ю.

 

 

Иваново 2012

 

Содержание

 

 

Задание........................................................................................... 2

Введение......................................................................................... 3

Кинематический расчет привода..................................................4

Расчет закрытой цилиндрической передачи................................8

Расчет открытой цилиндрической передачи.............................10

Проектный расчет вала............................................................... 13

Проверочный расчет подшипников........................................... 17

Выбор муфты............................................................................... 17

Расчет шпонок............................................................................. 18

Проектирование рамы................................................................. 19

Смазка редуктора........................................................................ 20

 

Задание

Спроектировать  привод к аппарату с мешалкой по следующим исходным данным:

мощность на рабочем валу N_рв=14,8 КВт,

частота вращения рабочего вала n_рв=49 об/мин

синхронная частота вращения электродвигателя n_с=1000 об/мин

Кинематическая  схема привода 

1. Электродвигатель;
2. Муфта;
3. Подшипники качения;
4. Цилиндрический редуктор;
5. Открытая цилиндрическая передача;
6. Подшипники скольжения;
7. Рабочий вал.

 

Введение

Привод – устройство для приведения в действие машин от двигателя  через передаточные механизмы. Соединение вала машины с валом электродвигателя возможно лишь в редких случаях. В  основном для привода машины необходима установка понижающей или повышающей передачи. Оптимальный тип передачи определяют с учетом ряда факторов: эксплуатационных условий, характеристик нагрузки, срока службы, техники безопасности, удобства расположения, обслуживания, стоимости привода.

Данный привод состоит из электродвигателя, одноступенчатого цилиндрического  редуктора и открытой зубчатой передачи. Соединение вала электродвигателя с  ведущим валом редуктора осуществляется с помощью муфты. Привод смонтирован  на сварной раме выполненной из стандартного профиля.

Наибольшее распространение в  промышленности получили трехфазные Двигатели  серии 4А ГОСТ 19523-81.

Достоинством закрытой цилиндрической передачи является простота изготовления и соответственно дешевизна и  надежность передачи. Использование  косозубых колес позволяет значительно  увеличить нагрузочную способность  передачи. Недостатком является небольшое  передаточное число (не более 6,3). Однако, двухступенчатые редукторы позволяют реализовать передаточные числа до 50.

Открытая зубчатая передача может  обладать значительными геометрическими  размерами, что особенно важно в  приводах машин барабанного типа. В этом случае ведомое зубчатое колесо является бандажным и закрепляется непосредственно на цилиндрической поверхности барабана. 

1. Кинематический расчет привода и выбор электродвигателя

 

1.1.Определим  общее передаточное число привода,  об/мин

где - синхронная частота вращения вала электродвигателя, об/мин:

 об/мин

- частота вращения рабочего  вала элеватора, об/мин

 

 

1.2. Определим  общий КПД привода

 

- КПД подшипников качения;

 - КПД закрытой зубчатой передачи с цилиндрическими колёсами;

 - КПД открытой передачи;

  _{- КПД подшипников скольжения;}

 - КПД муфты.

 

1.3.Определим  расчётную мощность электродвигателя, КВт

где КВт - мощность на рабочем валу

 

 КВт

 

1.4.Выбираем  электродвигатель

 

Выбираем  трёхфазный асинхронный короткозамкнутый электродвигатель     4А180М6У3 ГОСТ 19523-81 [4, стр. 120] с параметрами:

мощность  КВт,

синхронная частота вращения  об/мин

номинальное скольжение %

Двигатель работает с недогрузкой равной 6,76 %, которая меньше допускаемой недогрузки составляющей 15%.

 

1.5.Определим  асинхронную частоту вращения  вала электродвигателя, об/мин

 об/мин

 

1.6.Уточним  общее передаточное число привода

Разбивка  передаточных чисел

№
1	4	4,98
2	5	3,98
3	6,3	3,16

Так как передаточное число редуктора желательно выбрать  максимальное, то выбираем вариант 3. При таком передаточном отношении принимаем одноступенчатый цилиндрический редуктор типа 1ЦУ.

 

1.7.Определим  моменты на валах, Н×м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подходит  редуктор 1ЦУ-160-6,3-12У2

 

1.8.Определим  частоту вращения на валах, об/мин

 

  об/мин

об/мин

 об/мин

1.9. Определим мощности на валах, кВт

 кВт

 кВт

 кВт

 

 

1.11.Выбирем стандартный редуктор

Судя по U_ред мы можем выбрать одноступенчатый цилиндрический редуктор:

1ЦУ-100, 1ЦУ-160, 1ЦУ-200, 1ЦУ-250.

Учитывая Т_т выбираем 1ЦУ-160 [1, стр.108].

 Основные параметры редуктора:

Типоразмер  редуктора: 1ЦУ-160-6,3-12-У2

Межосевое расстояние: 160 мм

Номинальное передаточное число: 6,3

Номинальный крутящий момент: 1000Нм

Номинальная радиальная нагрузка на валу:

                                                            входном: 1000 Н

                                                            выходном: 4000 Н

КПД: 98%

Масса, не более: 77,5 кг

 

2. Расчет закрытой цилиндрической передачи

Принят  стандартный редуктор 1ЦУ-160-6,3-12.У2

Межосевое расстояние а_w=160 мм

2.1. Определим модуль, мм

мм

Принимаем по ГОСТ 9563-60

 

2.2. Определим угол наклона линии зуба

 

 

2.3.Определим  суммарное число зубьев

2.4 Уточним угол наклона зуба

 

 

 

2.5.Определим число зубьев шестерни и колеса

 

 

2.6 Определим фактическое передаточное число

 

 

2.6. Определим геометрические параметры

Делительный диаметр, мм

 

 

 

Диаметр вершин зубьев, мм

 

 

 

 

Диаметр впадин зубьев, мм

 

 

 

 

2.7. Определим  силы в зацеплении

 

 

 

 

3. Расчет  открытой цилиндрической передачи

3.1. Выберем материал

Шестерня: Ст40Х (Закалка в масле, отпуск), HB₁=460 мПа

Колесо: Ст40Х (Закалка в масле, высокий  отпуск), HB₂=260 мПа

3.2. Определим допускаемые напряжения зубьев передачи

 

 

 об/мин

 

 

 

3.3. Определим число зубьев передачи

Принимаем

3.4. Определим модуль передачи

 

T=2997,4 Н*м     

 

 

3.5. Определим геометрические параметры

Делительный диаметр, мм

d=m*Z

 

 мм

 

 

 

 

Диаметр впадин зубьев, мм

 

 

 

Межосевое расстояние, мм

 

 

Высота зуба, мм

 

 

Высота головки зуба, мм

h=m=6 мм

 

Окружная толщина зубьев, ширина впадин зубьев, мм

S=e=m*п/2=9,42 мм

Радиальный зазор, мм

с=0,25*m=0,25*6=1,5 мм

Ширина венца, мм

 

 

3.6. Проведем проверочный расчет  на выносливость по напряжениям  изгиба

 

 

 

4. Проектный расчет вала

4.1. Определим геометрические параметры ступеней вала

l₁=1,5*d₁=82 мм   d₁=d_вх=55 мм

l₂=16+T=16+23=39 мм   d₂=d₁+2*t=55+2*3=61 мм

Выберем подшипник Роликовый конический однорядный

№ 7211 ГОСТ 333-79

T=16 мм      b=21 мм 

d₃=d₂+3,2*r=61+9,6=70,6 мм

 

 

 

4.2. Определим реакции в опорах подшипников

 

 

4.2.1. Вертикальная плоскость:

Определим опорные реакции, Н:

 

 

Определим изгибающие моменты относительно оси х, Н*м:

 

 

4.2.2. Горизонтальная плоскость:

Определим опорные реакции, Н:

 

 

Определим крутящие моменты относительно оси у, Н*м:

 

 

 

 

4.2.3. Определим крутящие моменты, Н*м:

 

4.2.4. Определим суммарные радиальные реакции, Н:

 

 

4.2.5. Определим суммарные изгибающие моменты в

 наиболее нагруженных сечениях, Н*м

 

 

 

4.3. Построим эпюры изгибающих  моментов

 

 

 

 

 

 

 

5. Проверочный расчет подшипников

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Выбор муфты

В приводе предусмотрена одна муфта. Она соединяет вал электродвигателя с валом редуктора.

 

Входной диаметр вала редуктора:

Увеличим его на 10 %    

 Выбираем муфту упругую втулочно-пальцевую 

710-48-I.У3 ГОСТ 21424-75[2, стр. 400]

 

7. Расчет шпонок

7.1. Рассчитаем шпонку для МУВП

d=45 мм     

b=14    h=9      

 

Шпонка 

7.2. Рассчитаем шпонку для первой  ступени быстроходного вала редуктора

d=70,6 мм     

b=20    h=12        

 

Шпонка 

7.3. Рассчитаем шпонку для третьей  ступени быстроходного вала редуктора

d=55 мм     

b=16    h=10        

 

Шпонка 16

 

8. Проектирование рамы

Для обеспечения точности положения  одной сборочной единицы относительно другой механизмы привода (редуктор, электродвигатель) устанавливаются  на сварной раме.

[b-s] > [D+6]        [68-5] > [40+6]        [63] > [46]

Базисный швеллер №16а ГОСТ 8240-72 будет представлять основную коробку  рамы. Разница уровней оснований двигателя и редуктора 10 мм, поэтому для компенсации это разницы под редуктор на раму в местах крепления будут припаяны сальные пластины.

Так как рама при сварке коробится, то все опорные поверхности на которые устанавливаются механизмы привода, обрабатываются после сварки.

Закрепление на раме электродвигателя производится болтами M14X50 ГОСТ 7898-70 с соответствующими шайбам М14 ГОСТ 11371-78 и гайками М14 ГОСТ 5915-70, редуктора болтами М24Х50 ГОСТ 9898-70.

Предусматриваем на раме закрепление  кожуха в месте установки муфты  с целью их ограждения.

Вся сварная рама закрепляется на производственной площадке фундаментными  болтами М30Х600 ГОСТ 24379-80 с соответствующими

шайбами и гайками.

 

 

9. Смазка редуктора

Смазывание зубчатых зацеплений применяют  в целях защиты от коррозии, снижения коэффициента трения, уменьшения износа, отвода тепла и продуктов износа от трущихся поверхностей, снижения шума и вибраций.