Определяем коэффициент запаса усталостной прочности по каждому из опасных сечений:
(5.9)
Проводим сравнения , где [S] = 2,5 для валов редуктора [S] = 1,7 для прочих валов.
6 Расчет муфты
6.1 Алгоритм расчета муфты
Алгоритм расчета муфты приведен на рисунке 7.
Рисунок 7 Схема алгоритма выбора и проверки на прочность муфты
- типоразмер муфты: МЗ-6.
- максимальный крутящий момент. 11576 Н*м:
- минимальный диаметр вала, 85 мм
- маховый момент инерции 2,8 кг*м2
Муфта зубчатая состоит из двух полумуфт выполненных в виде двух закрепленных на валах втулок с наружными зубьями эвольвентного профиля и охватывающей их обоймы с внутренними зубьями.
Эти муфты выбирают по ГОСТ 5006 для валов с небольшой частотой вращения (). Эта муфта компенсирует радиальное биение (в пределах) и небольшое угловое (не более 1°) смещения валов. Для компенсации смещений валов в муфтах предусмотрены торцевые зазоры S, вершины зубьев втулок обрабатываются по сферической поверхности, зубчатое зацепление выполняют с увеличенными боковыми поверхностями, а боковым поверхностям зубьев придают бочкообразную форму.
Детали муфты изготовляют из сталей 45 (поковка) или 25Л (литье). Для тяжело нагруженных муфт применяют легированные стали типа 15Х. 20X с цементацией рабочих поверхностей и закалкой до твердости 42HRC
По номинальному крутящему моменту , определяем вращающий момент , где выбираем в зависимости от условий работы.
По ГОСТ 5006 - 83 выбираем муфту с размерами:
; ;;
Материал муфты: Сталь 35.
Размеры выбранной муфты проверяем по допускаемому давлению на поверхности выступов
, (6.1)
при для стальной термически обработанной муфты, работающей со смазочным материалом.
Условие прочности выполняется, выбранная муфта работоспособна.
Рисунок 8 Внешний вид зубчатой муфты
7 Шпоночные соединения
7.1 Расчет шпоночных соединений
Шпоночные соединения предназначаются для передачи крутящего момента от вала к ступице и наоборот. В зависимости от конструкции шпонки делятся на призматические, сегментные, клиновые, тангенциальные, специальные. Наибольшее применение находят призматические шпонки (ГОСТ'23360-78)
Призматические шпонки подбирают в зависимости от диаметра вала и проверяют на прочность по напряжению смятия
(7.1)
где , - наибольший крутящий момент с учетом динамических нагрузок при пуске;
- диаметр вала;
- высота шпонки;
- заглубление шпонки в вал;
- длина шпонки;
- допустимое напряжение смятия.
Длина шпонки выбирается на короче ступицы, из предлагаемого ряда на длину шпонки, если по результату расчета длина ступицы получается , то шпоночное соединение рекомендуется заменить шлицевым.
Вал цепной передачи фиксация муфты: ; ; ; ; ; ;
, (7.2)
Выбираем следующую шпонку (по ГОСТ 23360-78).
Таблица 2 Параметры шпоночных соединений муфты
№ вала
1
85
100
26
16
6,4
135
Тихоходный вал фиксация звездочек: ; ; ; ; ; ;
Выбираем следующую шпонку (по ГОСТ 23360-78).
Таблица 3 Параметры шпоночных соединений звездочек
№ вала
1
100
85
28
16
6,4
144
Рисунок 9 Физические размеры шпонки
Соответсвующие размеры шпонки указаны на рисунке 9.
8 Расчет подшипников качения
8.1 Подбор подшипников качения
Подшипники качения выбираются исходя из диаметра вала и направления действующих нагрузок, а проверяются по статической и динамической грузоподъемности.
Исходные данные:
Радиальная нагрузка на подшипники Н;
Осевая нагрузка на подшипники Н;
Диаметр шейки вала d=90мм.
При выборе типоразмера подшипника для заданных условий работы необходима учитывать:
- величину и направления нагрузки;
- частоту вращения вала;
- потребный ресурс в часах;
- желательный размер подшипников (посадочный диаметр вала или диаметр отверстия в корпусе);
- особые требования к подшипнику, вытекают из условия его эксплуатации (самоустанавливаемость, способность обеспечивать осевое перемещение вала, условие монтажа);
- стоимость подшипника.
Выбрать типоразмер подшипника качения в зависимости от характера нагрузок и диаметр вала. В нашем случае , выбираем радиально-упорный шариковый подшипник типа (ГОСТ 28428-90) 1000 (), с характеристиками : d=90мм, D=160мм, В= 24мм, динамическая грузоподъемность =56кН, предельная частота вращения 7500 об/мин (в масленой ванне).
Определяем приведенную нагрузку Q , для чего необходимо:
- определить отношение , ;
- определяем отношение , где - статическая грузоподъемность подшипника, =35000;
- определяем коэффициент осевого нагружения , в зависимости от отношения ; =0,19;
- определяем приведенную нагрузку:
, (8.1)
где - коэффициент вращения кольца (=1), - коэффициент безопасности (=1,2 умеренные толчки), - температурный коэффициент (=1,15)
(8.2)
Приведенная (эквивалентная) нагрузка для радиальных и радиально-упорных подшипников – это условная постоянная радиальная нагрузка, при приложении которой к подшипнику с вращающимся внутренним кольцом и не подвижным наружным подшипник будет иметь такую же долговечность, что и при действительных условиях нагружения.
Осевая сила не оказывает влияния на величину эквивалентной нагрузки Q , пока отношения не превысит значения.
Определяем потребную динамическую грузоподъемность подшипника.
, (8.3)
где L- требуемая долговечность подшипника в миллионах оборотов,
Проведем сравнения: , частота вращения рабочего вала меньше максимально допустимой частоты вращения подшипника. Выбранный подшипник подходит по эксплутационным характеристикам.
9 Динамические характеристики привода
9.1 Крутящий моменты на валу двигателя
Момент статический, приведенный к валу двигателя совпадает с крутящим моментом от заданной нагрузки на валу двигателя:
, (9.1)
, (Н*м)
Момент разгона двигателя средний интегральный:
, (9.2)
где , Н*м.
Н*м
9.2 Моменты инерции масс рабочих органов
Цепного конвейера в месте с литейными формами:
, (9.3)
где u – общее передаточное число.
,( )
Момент инерции якоря электродвигателя:
Момент инерции клиноременной передачи
Шкива:
, (9.4)
где j = 7860 - удельная масса стали; = 115 (мм) – ширина шкива; диаметр шкива, =500(мм).
,()
Ремня:
, (9.5)
где ,=2,385(кг); - 0,18(кг/м);
()
Клиноременной передачи:
, (9.6)
,()
Момент инерции муфты:
, (9.7)
где = 2,8() – маховый момент муфты .
,()
Момент инерции общий:
, (9.8)
,()
9.3 Характеристики рабочего цикла
9.3.1 Расчет времени разгона
Время разгона:
, (9.10)
,(с)
Анализ времени разгона: , где = 5(с), выбранный двигатель удовлетворяет условиям нагрева.
Время остановки двигателя без тормоза после выключения двигателя:
(9.11)
, (с)
9.3.2 Расчет ускорений
Ускорения линейные рабочего органа.
- при разгоне:
, (9.12)
,
- при остановки:
, (9.13)
Анализ ускорений: допустимый предел ускорений лилейных при разгоне по условию безопасности персонала 1. Так как у нас ускорения не превышают безопасной скорости нет необходимости устанавливать защитные средства.
9.3.3 Расчет путей органов
Пути рабочих органов.
- при разгоне:
, (9.14)
, (м)
- при остановке:
, (9.15)
(м)
- установившегося движения:
, (9.16)
, (м)
Анализ путей: в заданном шаге (1,5м) размещается разгон, установившееся движения и остановка. При этом установившееся движение занимает допустимую норму менее 5%.
9.4 Временные характеристики рабочего цикла
Время установившегося движения конвейера:
, (9.17)
(с)
Время движения конвейера на 1 шаг:
, (9.18)
,(с)
Время одного рабочего цикла конвейера:
, (9.19)
,(с)
Часовая производительности технологической системы:
(9.20)
,(изделий/час)
9.5 Характеристика нагрузок рабочего цикла
Максимальное тяговое сопротивление в период разгона конвейера:
, (9.21)
, (Н)
Максимальное натяжение цепей в точке набегания на тяговые звездочки в период разгона:
, (9.22)
,(Н)
Нагрузки рабочего цикла вала тяговых звездочек.
Максимальный крутящий момент рабочего цикла на валу при разгоне:
, (9.23)
, (Н*м)
Минимальный крутящий момент рабочего цикла на валу при остановки:
Крутящие моменты рабочего цикла на приводном валу конвейера изображены на рисунке 10.
Рисунок 10 Крутящие моменты рабочего цикла на приводном валу конвейера
Максимальная радиальная нагрузка рабочего цикла на валу при разгоне:
, (9.24)
,(Н)
Минимальная радиальная нагрузка рабочего цикла на валу при остановке:
, (9.25)
,(Н)
Заключение
В ходе проведенной работы была рассчитана и спроектирована автоматический литейный конвейер для заливки литейных форм расплавленным металлом с целью получения отливки. По рассчитанным массовым и геометрическим характеристикам был рассчитан вал тяговых звездочек, подобран асинхронный двигатель, рассчитана клиноременная передача. Рассчитав передаточное число редуктора теоретического и крутящие моменты, был подобран реальный редуктор с близким теоретическими показателями. Также была рассчитаны динамические характеристики привода, построен график крутящего момента рабочего цикла на приводном валу конвейера.
Данная автоматическая линия может применятся на металлолитейном производстве, предварительно оснастив ее автоматическим регулятором включения и выключения электродвигателя.
Список использованной литературы
1. А.А. Андросов, и др. «Расчет и проектирование деталей машин», Учебное пособие. Ростов-на-Дону,2002.
2. Маньшин Ю.П. Методические указания к курсовой работе по основам конструирования механизмов. «Массовые силовые и геометрические характеристики устройств межоперационного транспорта». ч.1 Ростов-на-Дону, 1997.
3. Маньшин Ю.П. Методические указания к курсовой работе по основам конструирования механизмов. «Энергетические, кинематические и динамические характеристики привода». ч.2 Ростов-на-Дону, 1998.
4. Маньшин Ю.П., ДьяченкоА.Г. Методические указания к курсовой работе кинематическая, энергетическая и габаритная разработка оптимального варианта заданной механической системы. «Основы конструирования и САПР». Ростов-на-Дону, 1996.
5. Кушнарев В.И, Андрющенко Ю.Е. Методические указания к курсовому проектированию по основам конструирования машин «Проектирование зубчатых и червячных передач с применением ЭВМ», Ростов-на-Дону, 1991.
6. Кушнарев В.И, Андрющенко Ю.Е. Методические указания к курсовому проектированию по основам конструирования машин «Проектирование валов с применением ЭВМ». Ростов-на-Дону, 1995.
7. Кушнарев В.И., Андрющенко Ю.Е. Методические указания к курсовому проектированию по основам конструирования машин «Компоновка редуктора с применением ЭВМ». Ростов-на-Дону, 1995.
