Курсовая работа (т): Спроектировать привод к вертикальному валу цепного конвейера

поэтому стр. 89 лимитирует колесо.

Наработка колеса N=t∑·60·n6·c=7008∙60∙7,5∙1=3,15∙106 циклов

База контактных напряжений по рис. 4.6. при =315→NHG=20·106 циклов.

Коэффициент долговечности ф.4.7.

кНД=кНE·=0,6775∙3√3,15∙106/20∙106=0,366                   (5.3)

Коэффициент нагрузки ф.4.25.:

к´Н=к´Нα·кНβ·к´НV                                                                      (5.4)

Предварительная окружная скорость ф. 4.37

V´m==26,62/(103∙10)∙3√6329,11∙103/3,552=0,21 м/сек

где CV=10 (коническая, ТВЧ1+У2), табл. 4.9.

по т. 4.10 для V´m=0,21 степень точности будет 9.

Коэффициент распределения нагрузки по рис. 4.7.: к´Нα=1,1.

Отношение ширины колеса к среднему диаметру шестерни т.4.7

=0,166∙√3,55²+1=0,612                                  (5.5)

Коэффициент концентрации ф.4.28:

к'Нβ=                                                          (5.6)

где начальный коэффициент концентрации по т.4.7. для схемы 2 (по рис 2), интерполяцией, твердость а:

к'Нβ=2,4

Коэффициент режима x=0,475(раньше определили).

к'Нβ=√2,4∙(1-0,475)+0,475=1,317                                                 (5.7)

Коэффициент динамичности по т. 4.11.:

к'НV=1,01 (9-я, ф, знам, V=1)

Коэффициент нагрузки поэтому

к'Н=1,1∙1,317∙1,01=1,463

а расчетный момент:

T'p=6329,11∙103∙0,366∙1,463=3389,0∙103 Н∙мм

Допускаемое контактное напряжение по ф. 4.23. и табл. 4.6 (высокий перепад твердостей)

[σ]Н==((2∙285,5+70)/1,1)∙(1,27/√3,55)=652,00     (5.8)

SH=1,1-коэффициент безопасности т.4.6.

по т. 4.18. при ТВЧ1+У2: θН=1,13+0,13U=1,13+0,13∙3,55=1,5915

И так d'e2=165·=165∙³√3,55∙3389∙103/(6522∙1,5915)=430,7 мм

По ряду с.51 принимаем dе2=450

.2 Проверка фактического контактного напряжения

Vm==факт.скорость=0,857∙0,45∙3,1416∙7,5/60=0,151 м/сек

Различие незначительно, поэтому коэффициенты кНα, кНβ, кНV берем прежними и кН тогда тоже останется прежним.

Фактическое контактное напряжение ф. 4.89:

σH=                                                     (5.9)

σН=2120/450∙√3,55∙6329,11∙103∙0,366∙1,463/(450∙1,5915)=610,61

Превышение <3% стр. 127

Если недогруз, то отношение  не должно быть меньше 0,85 у нас

=610,61/652=0,94                                                                           (5.10)

5.3 Проверка по максимальному контактному напряжению

σНmax=σН·≤[σН]max                                            (5.11)

[σН]max=2,8·σТ=2,8·750=2100 т.4.6.

σНmax=610,61∙√1,4/0,366=1194,23

1194,23<2100. Проходит.

5.4 Определение модуля

Число зубьев колеса ф.4.92

Z"2=к·=14∙√3,55²∙√450=64,3312                                     (5.12)

к=14 т.4.18

Число зубьев шестерни ф.4.93.

Z'1==64,3312/3,55=18,12                                                                (5.13)

Принимаем ближайшее Z1=18

Z'2=U·Z1=3,55∙18=63,9                                                                          (5.14)

Принимаем Z2=64

Фактическое передаточное

Uф==64/18=3,556                                                                    (5.15)

Отклонение

ΔU=·100%=(3,556-3,55)/3,55∙100%=0,17%<4%

Торцовый модуль по ф.4.91.

mte==450/64=7,03                                                                  (5.16)

5.5 Проверка прочности зубьев колеса на изгиб

Напряжение изгиба ф.4.95

σF=·Ft·KFD·KF                                                           (5.17)

Угол делительного конуса ф.4.98

δ2=arctg U=arctg 3,556=74˚18´

Биэквивалентное число зубьев колеса, при угле наклона линии зуба в середине колеса ф. 4.97 βm=35º

ZVn2==64/0,55∙cos(74˚18´)=429,84=430                           (5.18)

относительное смещение по т.4.19 для Z1=18 и передаточному U=3,56 интерполяцией (для шестерни)

Принимаем для колеса xh1=-0,31; xh2=+0,31-для шестерни

Коэффициент формы зуба колеса по т.4.13:YF2=3,63 (x=-0,31 ZVn=430)

Ширина венца ф.4.88 : b'=0,285·Re

Внешнее конусное расстояние ф.4.87

Re==450/2∙√1+(1/3,55²)=233,76 мм                                      (5.19)

b'=0,285∙233,76=66,6 мм

Принимаем b=71 стр. 51

По т. 4.18 коэффициент θF=0,85+0,043·Uкон=0,85+0,043·3,556=1,003

Окружная сила по ф.4.94

Ft==2∙6329,11∙103/0,857∙450=32823,1 Н                   (5.20)

Коэффициент долговечности ф. 4.14 для зубьев улучшенных.

                                                                       (5.21)

KFE=0,818 (для 6-й степени считали раньше)=3,15∙106 (считали раньше)

NFG=4∙106 база стр.83

KFD =0,818∙√3,15∙106/4∙106=0,7861

Коэффициент нагрузки ф. 4.26:

KFE=KFα·KFβ·KFv                                                                      (5.22)

KFα=1 при 9-й степени точности стр.92

Коэффициент концентрации ф. 4.33

KFβ=≥1,08                                                             (5.23)

Начальный коэффициент по т.4.8 (схема 2; а;) =0,612 раньше считали;

K0Fβ=2,01

KFβ=√2,01∙(1-0,475)+0,475=1,2370

Коэффициент динамичности т.4.12 (для Vm=0,151 м/сек 9-я степень; а; знаменатель) KFv=1,04, тогда

KF=1∙1,237∙1,04=1,2865

Напряжение:

σF2=3,63∙1,17∙32823,1∙0,7861∙1,2865/7,03∙71∙1,003=281,61 МПа

Допускаемое напряжение по т.4.6 и ф.4.24

=293,6 МПа                                     (5.24)

Превышение до 5 %:

=(293,6-281,61)/293,6∙100%=4,08% проходит.

5.5.1 Проверка статической прочности колеса

Наибольшее допускаемое напряжение т.4.6

[σ]F2max=2,7·HB2=2,7·285,5=770,85                                          (5.25)

Действительное максимальное напряжение ф. 4.57

σF2max=σF2·=281,61∙1,4/0,7861=501,53 т.е. проходит<770

5.6 Проверка прочности зубьев шестерни на изгиб

ф. 4.99: δ1=90º-δ2=90º-74˚18´=15°42´

Биэквивалентное число зубьев:

ZVn1==18/(0,55∙cos 15°42´)=34                                  (5.26)

коэффициент формы зуба по т.4.13

(ZVn1=34, xn1=+0,22) YF1=3,595 интерполяцией.

Напряжение изгиба в шестерне:

σF1=                                                            (5.27)

σF1=3,595∙1,17∙32823,1∙1,1526∙1,2865/7,03∙71∙1,003=408,92 МПа

KFD=KFE·≤1                                                                      (5.28)

KFD=0,875∙³√11,19∙106/4∙106=1,1526                                         (5.29)

KFE=0,818 (для 6-й степени считали).

N=tΣ·60·n5·c=7008·60·26,62∙1=11,19∙106

(для 9-й степени считали).

Допускаемое напряжение по т.4.6 и ф.4.24 для HRC=48÷53.

[σ]F1=σFlim10=420 МПа                                                              (5.30)

Проходит>408,92

5.6.1 Проверка статической прочности

Наибольшее допускаемое напряжение т.4.6:

[σ]F1max=1400

Действительное:

[σ]F1max=σF1·=408,92∙1,4/1,1526=496,69ё                         (5.31)

Проходит.

5.7 Геометрический расчет

Z1=18; Z2=64; dе2=450; U=3,556; Re=233,76; в=71; βm=35º; xn1=0,31; δ1=15°42', δ2=74˚18'

Число зубьев плоского колеса ф.4.101.

Zc==√182+642=66,48                                                   (5.32)

Среднее конусное расстояние ф.4.103.

R=Re-0,5в=233,76-0,5∙71=198,26                                                 (5.33)

Расчетный модуль в среднем сечении ф.4.104.

mnm==2∙198,26∙0,81915/66,48=4,89                                   (5.34)

Высота головки зуба в расчетном сечении ф.4.105:

hа1=(1+хh1)·mnm=(1+0,31)∙4,89=6,4059 мм

hа2=(1+хh1)·mnm=(1-0,31)∙4,89=3,3741 мм

Высота ножки зуба в расчетном сечении ф.4.106:

hf1=(1,25-хh1)·mnm=(1,25-0,31)∙4,89=4,5966 мм

hf2=(1,25+хh1)·mnm=(1,25+0,31)∙4,89=7,6284 мм

Угол ножки зуба ф.4.107:

θF1=arctg =arctg (4,5966/198,26)=arctg (0,0232)=1°20'

θF2=arctg =arctg (7,6284/198,26)=arctg (0,0385)=2°12'

Угол головки зуба ф.4.108:

θa1=θf2=2°12'

θa2=θf1=1°20'

Угол конуса вершин ф.4.109:

δa1=δ1+θa1=15°42'+2°12'=17°54'

δa2=δ2+θa2=74°18'+1°20'=75°38'

Угол конуса впадин ф. 4.110

δf1=δ1+θf1=15°42'-1°20'=17°02'

δf2=δ2+θf2=74°18'-2°12'=76°30'

Увеличение высоты головки зуба при переходе от расчетного сечения на внешний торец ф.4.112.

Δhae1=0,5·b·tg θa1=0,5∙71∙tg2°12'=1,3632 мм

Δhae2=0,5·b·tg θa2=0,5∙71∙tg1°20'=0,93482 мм

Внешняя высота головки зуба ф.4.111:

hae1=ha1+Δhal1=6,4059+1,3632=7,7691 мм

hae2=ha2+Δhal2=3,3741+0,93482=4,3089 мм

Увеличение высоты ножки зуба при переходе от расчетного сечения на внешний торец ф.4.114:

Δhfe1=Δhae1=0,93482 мм

Δhfe2=Δhae2=1,3632 мм

Внешняя высота ножки зуба ф.4.113:

hfe1=hf1+Δhfe1=4,5966+0,93482=5,5314 мм

hfe2=hf2+Δhfe2=7,6284+1,3632=8,9916 мм

Внешняя высота зуба ф.4.115:

hE=hae1+hfe1=hae2+hfe2=13,3005 мм

Диаметр основания конуса шестерни ф.4.116:

de1=de2·=450∙18/64=126,56 мм

Можем выполнить вал шестерню, т.к. предельный диаметр заготовки у нас 200 мм, стр.87, а диаметр вершин зубьев ф.4.117:

de1=de+2·hae1·cos δ1=126,56+2∙7,7691∙cos15˚42'=141,519 ммуа2=de2+2·hae2·cos δ2=450+2∙4,3089∙cos74˚18'=452,332 мм

Диаметр впадин зубьев ф.4.118:=de1-2·hfe1·cos δ1=126,56-2∙5,5314∙cos15˚42'=118,264 мм=de2-2·hfe1·cos δ2=450-2∙8,9916∙cos74˚18'=445,134 мм

5.8 Силы в зацеплении конических передач

Окружная сила ф.4.94: Ft=32823,1 Н - ранее. Примем правый наклон зуба шестерни и направление ее вращения по часовой стрелке (табл.4.20).

Осевая сила на шестерне ф.4.119:

Fa1=Ft·γa,                                                                                      (5.35)

где γа по т.4.20

γа=0,444·sin δ1+0,7·cos δ1=0,444∙sin15˚42'+0,7∙cos15˚42'=0,79404

Fa1=32823,1∙0,79404=26062,9 Н

Радиальная сила на шестерне ф.4.120:

Fr1=Ft·γr, где γr по т.4.20

γr=0,444·cos δ1-0,7·sin δ1=0,444∙cos 15˚42'-0,7∙sin15˚42'=0,23802

Fr1=32823,1∙0,23802=7812,6 Н

Осевая сила на колесе:

Fa2=-Fr1=-7812,6 Н                                                                      (5.36)

Радиальная сила на колесе:

Fr2=-Fa1=-26062,9 Н                                                                    (5.37)

6. Ориентировочный расчет вала червяка

В соответствии с рекомендациями разрабатываем следующую конструктивную схему (Рис. 4).

Рисунок 4. Конструктивная схема вала червяка

Диаметр выходного конца вала:

d≥≥³√16∙87640/(3,14∙20)=28,16 мм                                  (6.1)

Принимаем d=30 мм. Диаметр под манжету dм=35 мм, Д=55 мм, В=10 мм.

Диаметр резьбы под гайку стопорную стр.328: М39×1,5, Д=60 мм, Н=10 мм.

Размеры шайбы стопорной стр.329: толщина S=1,6 мм.

Диаметр вала под подшипник: dп=45 мм.

Принимаем подшипник средней серии № 7309 Д=100 мм, Т=27,5, В=26, С=83 кН, С0=60 стр.539.

Переходной диаметр d2=55.

Диаметр вала под радиальный подшипник № 409: dп=45, Д=120, В=29, С=76,1, С0=45,5.

Выбираем размеры шпонки стр.302, для диаметра d=30:

в=10, h=8, t1=5, t2=3,3.

Рассчитываем рабочую длину шпонки стр.304:

lp>=2∙87640/(30∙(8-5)∙80,0)=22,82=23 мм                  (6.2)

где [σ]см- допускаемое напряжение смятия, при стальной ступицы и спокойной нагрузке 80…120 МПа; при чугунной вдвое меньше.

Общая длина:

lш=lp+в=23+10=33 мм                                                                           (6.3)

принимаем общую длину lш=36 из ряда.

Длина вала под шкив будет: L+10 мм=36+10=46 мм.

По полученным размерам на миллиметровке прочерчиваем эскизную проработку узла червяка (конструируем).

7. Ориентировочный расчет промежуточного и тихоходного вала редуктора

В соответствии с рекомендациями разрабатываем следующую конструктивную схему (Рис. 5).

Рисунок 5. Конструктивная схема промежуточного и тихоходного вала редуктора

Схема уточняется в процессе расчета и конструирования.

7.1 Тихоходный вал

Диаметр выходного конца:

d≥≥³√16∙1905380/(3,14∙18)≥81,39 мм

T4=1905,38 Н·м=1905380 Н·мм, [τ]=18 для вала из стали 45. Принимаем d=85 мм.

Диаметр под сальник dс=90 с учетом того, что на выходной конец насаживается полумуфта.

Диаметр под подшипник dп=95. Принимаем радиальный шарикоподшипник № 319 средней серии Д=200, В=45, Сдин=153 кН,

Сстат=110 кН. стр. 531.

Диаметр под зубчатое колесо dк=100.

Диаметр буртика колеса dб=105.

Зазор между шестерней и корпусом: Δ2=0,8·δ стр.418, где

толщина стенки корпуса δ=2·≥6 ф.14.3, где

максимальный момент на тихоходном валу:

=TH·m·i·η=·m·i·η, ф.14.1

где Pн- номинальная мощность двигателя, Pн=7,5 кВт=7500 Вт; ω=152,29 рад/сек

m=2 кратность пускового момента к номинальному т.2.2;

i=Uрем·Uзуб·Uчерв=2,169∙4∙6,3=54,659

η=ηмуф·ηзуб·ηчерв·ηкон·ηрем=0,99∙0,96∙0,9∙0,95=0,81

Тmax=7500/152,29∙2∙54,659∙0,81=4360,804 Н·м

δ=2∙4√0,1∙4360,804=9,14 мм, принимаем δ=10

Δ2=0,8·δ=0,8·10=8 мм

Зазор между вершинами зубьев колеса и корпусом

Δ3=1,25·δ=1,25∙10=12,5=13 мм

Размер шпонки выходного конца вала ф.90: d=85, в=25, h=14, t1=9, t2=5,4.