Министерство образования Республики Беларусь
Учреждение образования
Белорусский государственный технологический университет
Пояснительная записка
к Курсовому проекту
по дисциплине: Основы конструирования и проектирования
на тему: Привод ковшового элеватора
Выполнила
студентка 2 курса
Мороз О.С.
Минск 2005
Введение
Зубчатая передача (редуктор), выполненный в виде отдельного агрегата, служит для передачи мощности от двигателя к рабочей части машины.
Назначение редуктора – понижение угловой скорости и повышение враща-ющего момента ведомого вала по сравнению с валом ведущим.
Рассматриваемый редуктор состоит из корпуса (литого чугунного), в котором помещены элементы передачи – вал-шестерня, зубчатое колесо, подшипники и т.п.
Узлы соединяются между собой валами, через которые передаётся крутящий момент.
Вал, передающий крутящий момент, называется ведущим и мощность передаваемая этим валом является выходной. Вал, принимающий крутящий момент, называется ведомым.
Задача 1. Разработка кинематической схемы машинного агрегата
1.1 Условия эксплуатации машинного агрегата
Устанавливаем привод к ковшовому элеватору на стройплощадку. Агрегат работает на протяжении 3 лет в две смены. Продолжительность смены 8 часов, нагрузка мало меняющаяся с малыми колебаниями, режим работы реверсивный.
1.2 Срок службы приводного устройства
Срок службы Lh, ч,
Lh = 365· LrtcLc. (1.1)
где Lr - срок службы привода, лет; tc - продолжительность смены, ч; Lc - число смен.
Lh = 365· 3 · 8 · 2 = 17520 ч.
Принимаем время простоя машинного агрегата 15% ресурса. Тогда
Lh = 17520 · 85 / 100% = 14892 ч.
Рабочий ресурс привода принимаем Lh = 15000 ч.
Табличный ответ к задаче:
Таблица 1.1. Эксплуатационные характеристики машинного агрегата
| Место установки | Lr | Lc | tc | Lh, ч | Характер нагрузки | Режим работы |
| Стройплощадку | 3 | 2 | 8 | 15000 | С малыми колебаниями | реверсивный |
Задача 2. Выбор двигателя. Кинематический расчет привода
2.1 Определение номинальной мощности и номинальной частоты вращения двигателя
1. Определим мощность рабочей машины Pрм, кВт:
Ррм = F · v, (2.1)
где F — тяговая сила ленты, кН; v, — скорость ленты, м/с.
Подставляя значения в (2.1) получаем:
Ррм = 2,72 · 1000 · 0,9 = 2,45 · 1000Вт=2,45 кВт
2. Определим общий коэффициент полезного действия привода:
= пк2 · пс · м · зп · ц
где пк, пс ,м ,зп ,ц — коэффициенты полезного действия подшипников качения (две пары), подшипников скольжения (одна пара), муфты , закрытой зубчатой передачи , цепной передачи
=0,995 2 · 0,99 · 0,98 · 0,97 · 0,93 = 0,87 .
3. Определим требуемую мощность двигателя Рдв, кВт:
Рдв = Ррм / (2.2)
Рдв = 2,45 / 0,87 = 2,8 кВт.
4. Определим номинальную мощность двигателя Рном, кВт:
Значение номинальной мощности выбираем по величине, большей, но ближайшей к требуемой мощности :
Рном Рдв
Принимаем номинальную мощность двигателя Рном = 3,0 кВт, применив для расчета четыре варианта типа двигателя, представленных в табл.2.1:
Таблица 2.1. Технические данные различных типов двигателей
| Вариант | Тип двигателя | Номинальная мощность Рном, кВт | Частота вращения, об / мин | |
| синхронная | номинальная nном | |||
| 1 | 4АМ112MВ8УЗ | 3,0 | 750 | 700 |
| 2 | 4АM112MA6УЗ | 3,0 | 1000 | 955 |
| 3 | 4АМ100S4У3 | 3,0 | 1500 | 1435 |
| 4 | 4АМ90L2УЗ | 3,0 | 3000 | 2840 |
Каждому значению номинальной мощности Рном соответствует в большинстве не одно, а несколько типов двигателей с различными частотами вращения, синхронными 3000, 1500, 1000, 750 об/мин. Выбор типа двигателя зависит от типов передач, которые входят в привод, кинематических характеристик рабочей машины и производится после определения передаточного числа привода и его ступеней. При этом следует отметить, что двигатели с большой частотой вращения (синхронной 3000 об/мин) имеют невысокий рабочий ресурс, а двигатели с низкими частотами (синхронной 750 об/мин) металлоемки, поэтому их нежелательно применять без особой необходимости в приводах общего назначения малой мощности.
2.2 Определение передаточного числа привода и его ступеней
1. Определим частоту вращения приводного вала рабочей машины:
nрм =60 · 1000 · v / ( ¶·D)(2.3)
где v — скорость тягового органа, м/с; D — диаметр барабана, мм.
Подставляя значения в (2.3) имеем:
nрм = 60 · 1000 · 0,9 / ( 3,14·250 ) = 69,0 об / мин.
2. Определим передаточное число привода для всех приемлемых вариантов типа двигателя:
U = nном / nрм(2.4)
U1 = 700 / 69 =10,14
U2 = 955 / 69 =13,84
U3= 1435/69 =20,79
U 4= 2840/69 =41,16
3. Производим разбивку общего передаточного числа, принимая для всех вариантов передаточное число редуктора постоянным Uзп = 4:
Uоп = U/ Uзп (2.5)
В табл. 2.2 сведены все варианты разбивки общего передаточного числа.
Таблица 2.2 Варианты разбивки передаточного числа
| Передаточное число | Варианты | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | |
| Общее для привода, U | 10,14 | 13,84 | 20,79 | 41,16 |
| Цепной передачи, Uоп | 2,53 | 3,46 | 5,20 | 10,29 |
| Цилиндрического редуктора, Uзп | 4 | 4 | 4 | 4 |
Из рассмотренных четырех вариантов предпочтительнее 2-й тип двигателя: 4АМ112MАУ6З (Рном = 3,0 кВт, nном = 955 об / мин).
Итак, передаточные числа для выбранного двигателя будут иметь следующие значения: U = 13,84; Uоп = 3,46 ;Uзп = 5,20 .
4. Определим максимально допустимое отклонение частоты вращения приводного вала механизма:
∆nрм = nрм · δ / 100 = 69,0 · 5 /100 = 3,45 об / мин.
5. Определим допускаемую частоту движения приводного вала элеватора, приняв ∆nрм = 1,05 об / мин:
[nрм] = nрм + ∆nрм = 69+1,05=70,05 об / мин;
отсюда фактическое передаточное число привода
Uф = nном / [nрм] = 955 / 70,05 = 13,6.
Передаточное число открытой передачи
U оп = Uф / U зп = 13,6 / 4 =3,4.
Таким образом, выбираем двигатель 4АМ112MА6УЗ c Рном = 3,0 кВт, nном = 955 об / мин); передаточные числа: привода U = 13,6, редуктора Uзп = 4, цепной передачи Uоп = 3,4.
2.3 Определение силовых и кинематических параметров привода
Силовые (мощность и вращающий момент) и кинематические (частота вращения и угловая скорость) параметры привода рассчитывают на валах привода из требуемой (расчетной) мощности двигателя Рдв и его номинальной частоты вращения nном при установившемся режиме. Расчеты проводятся в таблице 2.3.
Таблица 2.3. Определение силовых и кинематических параметров привода.
| Параметр | Вал | Последовательность соединения элементов привода по кинематической схеме | ||
| дв - м - зп - оп - рм | ||||
| Мощность Р, кВт | дв | Рдв = 2,8 кВт | ||
| Б | Р1 = Рдвмпк = 2,8 · 0,98 · 0,995 = 2,73 кВт | |||
| Т | Р2 = Р1зппк = 2,73 · 0,97 · 0,995 = 2,63 кВт | |||
| рм | Ррм = Р2цпc = 2,63 · 0,93 · 0,99 = 2,42 кВт | |||
| Частота вращения n, об / мин | Угловая скорость ω, 1/ с | дв | nном = 955 об/мин | ωном =100 с-1 |
| Б | n1 = nном = 955 об/мин | ω1 = ωном = 100 с-1 | ||
| Т | n2 = n1/Uзп = 239 об/мин | ω2 = ω1/Uзп = 25 c-1 | ||
| рм | nрм = n2/Uоп = 70 об/мин | ωрм = ω2/Uоп = 7,35 c-1 | ||
| Вращающий момент Т, Нм | дв | Тдв = Рдв · 1000 / ωном = 2800/100 = 28 Н· м | ||
| Б | Т1 = Тдвмпк = 28 · 0,98 · 0,995 = 27,3 Н· м | |||
| Т | Т2 = Т1Uзпзппк = =27,3 · 4 · 0,97 · 0,995 = 105,4 Н·м | |||
| рм | Трм = Т2Uццпc = =105,4 · 3,4 · 0,93 · 0,99 = 330Н·м | |||
Табличный ответ к задаче представлен в табл. 2.4:
Таблица 2.4. Силовые и кинематические параметры привода.
| Тип двигателя 4АМ112MА6УЗ Рном = 3 кВт nном = 955 об/мин | |||||||
| Параметр | Передача | Вал | |||||
| Закры-тая | Цеп-ная пере-дача | Параметр | Дв. | Редуктора | Приводной рабочей машины | ||
| Б | Т | ||||||
| Передаточное число, U | 4 | 3,4 | Расчет мощности Р, кВт | 2,8 | 2,73 | 2,63 | 2,42 |
| Угловая скорость ω, с-1 | 100 | 100 | 25 | 7,35 | |||
| КПД, η | 0,97 | 0,93 | Частота вращения n, об/мин | 955 | 955 | 239 | 70 |
| Вращающий момент Т, Н· м | 28 | 27,3 | 105,4 | 330 | |||
Задача 3. Выбор материала зубчатой передачи
3.1 Выбираем материал зубчатой передачи
а) По таблицам определяем марку стали: для шестерни — 40Х, твердость ≥ 45HRCэ; для колеса — 40Х, твердость ≤ 350 HB.
б) Также определяем механические характеристики стали 40Х: для шестерни твердость 45…50 HRC, термообработка — улучшение, Dпред = 125 мм; для колеса твердость 269…302 HB, термообработка — улучшение, Sпред = 80 мм.