Автоматический литейный конвейер

Автоматический литейный конвейер

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Донской государственный технический университет

Кафедра "Основы конструирования машин"

Утверждаю

Зав. кафедрой   ОКМ

к.т.н.,   профессор

______________Андросов А. А.

«______»_____________2008 г.

Пояснительная записка

к курсовой работе по         «Детали машин и основы конструирования

( Наименование учебной дисциплины )

На тему      «Автоматический литейный конвейер» 

Автор проекта

(Ф. И.О.)

Специальность   220401 «Мехатроника»                                             .

( номер, название)

Обозначение курсового проекта   группа     .

Руководитель проекта   .( Ф. И. О.)                                       ( подпись )

Проект защищен                                                                      Оценка  

(Дата)

Члены комиссии______________________________

г. Ростов - на – Дону

2008 г.

Содержание

Введение …………………………………………………………………. ..…. 6

1 Массовые  силовые и геометрические характеристики

   устройств межоперационного транспорта…………………………………..7

  1.1 Массы изделий, технологического оборудования, подвижных

   элементов устройства…………………………………………………….…...7

  1.2  Расчет исполнительный механизм пластинчатого цепного

   конвейера……………………………………………...…………………….…7

2 Расчет электродвигателя………………………………………….…………11

  2.1 Подбор электродвигателя………………………………………………...11

  2.2 Кинематическая схема привода………………………………………….12

3 Расчет редуктора……………………………………………………………..15

  3.1 Основные характеристики механизмов привода……………………….15

  3.2  Подбор редуктора……………………....………………………………..17

4 Расчет ременной передача…………………………………………………...19

  4.1 Расчет ременной передачи……………………………………………….19

5 Конструирования вала тяговых звездочек………………………………….21

   5.1 Расчет тихоходного вала………………………………………………...21

  5.2 Определения опорных реакций………………………………………….22

  5.3 Определяем диаметр вала. ………………………………………………24

  5.4 Расчет коэффициент запаса прочности…………………………………25

6 Расчет муфты…………………………………………………………………28

  6.1 Алгоритм расчета муфты………………………………………………...28

7 Шпоночное соединение.... ... ....................……………………… ……….....31

  7.1 Расчет шпоночного соединения ...............................................................32

8 Расчет подшипников качения. .......................................................................33

  8.1 Подбор подшипников качения..................................................................33

9 Динамические характеристики привода........................................................36

  9.1 Крутящий моменты на валу двигателя.....................................................36

  9.2 Моменты инерции масс рабочих органов................................................36

  9.3 Характеристики рабочего цикла................................................................37

  9.4 Временные характеристики рабочего цикла............................................39

  9.5 Характеристика нагрузок рабочего цикла................................................40

Заключение..........................................................................................................43

Список использованной литературы.................................................................44

Приложение А.

Приложение Б.

Введение

Человеческое общество постоянно испытывает потребности в новых видах продукции, либо в сокращении затрат труда при производстве основной продукции. В общих случаях эти потребности могут быть удовлетворены только с помощью новых технологических процессов и новых машин, необходимых для их выполнения. Следовательно, стимулом к созданию новой машины всегда является новый технологический процесс, возможность которого зависит от уровня научного и технического развития человеческого общества.

В данной курсовой работе разрабатывается автоматическая линия конвейера для заливки литейных форм  расплавленным металлом с целью получения отливок. Рассматриваемый конвейер горизонтальный пластинчатый с цепным тяговым элементом.

 Основная цель курсовой работы разработать и рассчитать тихоходный вал конвейера. По ходу расчета подобрать асинхронный двигатель, рассчитать соответствующие элементы кинематической схемы, провести динамический расчет системы.

1 Массовые  силовые и геометрические характеристики устройств

межоперационного транспорта

1.1             Массы изделий, технологического оборудования, подвижных

элементов устройства

Массы изделий постоянны на дооперационном (М1, кг) и после операционном (М2, кг) отрезках L1,м и L2,м , то масса изделий на обоих отрезках:

                                   ,                                            (1.1)

где I- шаг установки изделий, м.

, (кг)

1.2            Расчет исполнительный механизм пластинчатого цепного

конвейера

Исполнительный механизм пластинчатого цепного конвейера является вал тяговых звездочек, который приводит в движение двухрядную втулочную-катковую цепь с грузонесущими устройствами, суммарная масса которых:

                                                ,                                                 (1.2)

, (кг)

Минимальное натяжения цепей в точке сбегания с тяговых звездочек принимается для выбирания люфтов в звеньях тяговой цепи:

                                              , (Н)                                          (1.3)

Максимальное натяжение цепей в точки набегания на тяговые звездочки:

                                      ,                         (1.4)

где g = 9,81 , w = 0,1 – коэффициент сопротивления перемещению тяговой цепи на катках по направляющим.

, (Н)

Разрушающая нагрузка одного радя цепи:

                                                 ,                                        (1.5)

=21150*6/2=63451, (Н)

Шаг  втулочно-катковой цепи  типа ВКГ, ГОСТ 588-64, принимаем в зависимости от  из ряда:

Таблица – 1 Зависимость от

Согласно таблицы 1  принимаем значения =125мм.

Число зубьев звездочки z принимаем 10.

Диаметр начальной окружности тяговой звездочки:

                                          ,                                            (1.6)

, (мм)

Расстояние между плоскостями тяговых звездочек выбираем по ориентировочному соотношению В=1,5*, ближайшее из ряда: 200, 250, 320, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250, 1500, (мм)

Расчетное значения В=607, поэтому принимаем В= 630.

Тяговое сопротивления цепей на звездочках:

                                                ,                                             (1.7)

, (Н)

Крутящий момент на валу звездочек с учетом КПД подшипников качения 0,99:

                                         ,                                        (1.8)

, (Н*м)

Мощность необходимая на валу тяговых звездочек (на выходе):

                                                ,                                       (1.9)

, (кВт)

Частота вращения вала тяговых звездочек (на выходе):

                                           ,                                                (1.10)

, (об/мин)

Ориентировочный диаметр вала звездочек цепного конвейера:

                                            ,                                             (1.11)

где - допускаемое напряжения, =20 мПа.

,(мм)

2 Расчет электродвигателя

  2.1 Подбор электродвигателя

Основной задачей на этапе конструирования привода является минимизация его стоимости и габаритных размеров  при обеспечении надежности и технологичности. Это достигается оптимальным соотношением параметров привода и электродвигателя по рекомендуемым значениям передаточных чисел всех его элементов, которые основаны на опыте инженерной практике.

Рисунок  1 Схема алгоритма подбора электродвигателя и разбивки передаточных чисел привода

Проектирования привода осуществляем по алгоритму приведенному на рисунке 1.

  2.2 Кинематическая схема привода

Составим кинематическую схему привода согласно заданию (рисунок 2). Вводим обозначения: n- частота вращения вала, N – передаваемая мощность на соответствующем валу,  U – передаточное число элементов привода, - к.п.д. элементов привода.

Рисунок 2 Кинематическая схема привода

Общий коэффициент полезного действия привода находим как произведение к.п.д. входящих узлов трения:

                              = ,                                          (2.1)

где - к.п.д ременной передачи,  - зубчатой передачи, - подшипников качения,  - муфты.

= 0,95*0,96*0,96*0,98=0,85 ,

Рассчитываем мощность необходимую на валу двигателя:

                                                ,                                              (2.2)

, (кВт)

Выбираем асинхронный двигатель марки RA132MB6 с характеристиками:

- мощность двигателя N = 5,2 кВт.

- обороты двигателя  n = 820 об/мин.

- момент инерции на валу J = 0.0434 .

Возможное передаточное число двигателя:

                                                 ,                                                (2.3)

,

Принимаем передаточное число расчетного редуктора  в пределах 7,1…50 (= 22 ) , ременной передачи в пределах от 3…8 (=4),

                                                   ,                                  (2.4)

,

Передаточное число «реального» редуктора:

                                                ,                                      (2.5)

    ,

Передаточное число тихоходного вала:

                                                ,                                         (2.6)

= 0,88*4,58=4,05.

Передаточное число быстроходного вала:

                                               ,                                                    (2.7)

,

3 Расчет редуктора

  3.1 Основные характеристики механизмов привода

3.1.1 Расчет частоты вращения валов частота вращения ротора

двигателя:

                                    , (об/мин)                                       (3.1)

     - частота вращения входного вала редуктора:

                                             ,                                                     (3.2)

, (об/мин)

 - частота вращения быстроходного вала:

                                                ,                                                      (3.3)

, (об/мин)

 - частота вращения тихоходного вала:

                                                  ,                                                    (3.4)

,(об/мин)

  3.1.2 Определяем мощность на каждом валу мощность на валу

двигателя:

                                                     ,                                                (3.5)

, (кВт)

 - мощность на входном валу редуктора:

                                              ,                                         (3.6)

, (кВт)

 - мощность на быстроходном валу редуктора:

                                            ,                                             (3.7)

, (кВт)

 - мощность на тихоходном валу редуктора:

                                      ,                                        (3.8)

, (кВт)

  3.1.3 Определяем крутящий момент на валах системы момент на валу

двигателя

                                                   ,                                          (3.9)

, (Н*м)

 - момент на входном валу редуктора:

                                                   ,                                        (3.10)

, (Н*м)

 - момент на быстроходном валу редуктора:

                                                   ,                                        (3.11)

, (Н*м)

 - момент на тихоходном  валу редуктора:

                                                   ,                                        (3.12)

, (Н*м)

3.2  Подбор редуктора

По рассчитанным данным подбираем редуктор марки 1Ц2У-250-22-11У1.

Редуктор зубчатый цилиндрический двухступенчатый узкий горизонтальный общемашиностроительного назначения предназначен для увеличения крутящих моментов и уменьшения частоты вращения. Условия применения редукторов - нагрузка постоянная и переменная, одного направления и реверсивная, работа постоянная или с периодическими остановками, вращение валов в любую сторону, частота вращения входного вала не более 1800 об/мин; внешняя среда - атмосфера типов I, II, при запыленности воздуха не более 10 мг/куб.м. Для двухконцевого исполнения валов номинальная радиальная нагрузка на каждый из валов должна быть уменьшена на 50%. Климатические исполнения У1, У2, У3, Т1, Т2, Т3, УХЛ4, О4 по ГОСТ 15150. Конусность быстроходного и тихоходного валов 1:10. При комплектации конусными валами в состав поставки входят шайбы и гайки для крепления полумуфт.

Редуктор имеет следующие характеристики:

- Межосевое расстояние - 410 мм.

- Непрерывный режим работы (Н) ПВ=100% - Номинальный крутящий момент на выходном валу при работе в повторно-кратковрем. режимах- 5000 Н*м.

- КПД  97%.

- Масса - 310 кг.

- Параметры быстроходного конического вала (1:10) (DxL) 40х82.

- Параметры  тихоходного  конического вала (1:10) (DxL) 90х130.

- Параметры  зубчатой полумуфты m=4/z=56.

4 Расчет ременной передачи

 4.1 Расчет ременной передачи

В настоящее время в машиностроение получили наибольшее распространение передачи клиновыми (нормального и узкого сечения) и поликлиновыми ремнями. Скорость клиновых ремней не должна превышать 25-30 м/с, а поликлиновых ремней 40 м/с. При одинаковых габаритных размерах передачи узкими клиновыми ремнями в 1,5 – 2 раза выше по тяговой способности, чем передача клиновыми ремнями нормального сечения.

Согласно ГОСТ 1284.3-80 расчет клиновых ремней сводится к подбору типа и числа ремней. Основным расчетам ремней считается расчет по тяговой способности.

Расчет ременной передачи ведем по алгоритму приведенному на рисунке 3

Рисунок 3 Схема алгоритма расчета клиноременных передач

Расчеты производим на ЭВМ.

Полученные данные:

- Выбираем нормальный тип ремня. (Б)

- Мощность на ведущем валу N = 5.19.

- Частота вращения ведущего вала n = 820 об/мин.

- Передаточное число ременной передачи U = 4.

- Диаметр малого шкива d1 = 125 мм.

- Высота сечения ремня h = 10.5 мм.

- Диаметр большого шкива d2 = 500 мм.

- Длина ремня L = 2650 мм.

- Межосевое расстояние А = 1016 мм.

- Скорость ремня V= 5.23 м/с.

- Угол обхвата малого шкива а = 158 град.

- Число ремней клиновых Z = 5.

- Усилие действующее на валы Q = 1991Н.

5 Конструирования вала тяговых звездочек

5.1 Расчет тихоходного вала

Разработка конструкций валов приводов содержит в себе все основные стадии проектирования, техническое предложение, эскизный проект. Алгоритм расчета валов приведен на рисунке 4.

Рисунок 4 Схема алгоритма расчета вала

Исходные данные для расчета: Т – сила действующая на вал; Fr, Ft,Fx -  крутящие моменты. Так как на расчетном валу нет элементов вызывающих осевую силу   Fx= 0, Ft = 20806,  Fr = -20806, Т = 4383.

5.2 Определения опорных реакций

5.2.1 Расчет реакции опор

Реакции опор вала изображены на рисунке 5.

Рисунок 5 Эпюры вала тяговых звездочек

Реакция левой опоры.

 от оси :

                                ,                                          (5.1)

где l1,l2,l3,l4 – расстояние между элементами конструкции вала, l1 = 100, l2 = 630 , l3=100, l4=110, = = 20806 H.

, (Н)

от оси :

                               ,                                       (5.2)

где  = -20806 Н.

, (Н)

Реакция правой опоры.

 от оси :

                                            ,                                            (5.3)

, (Н)

от оси :

                                            ,                                            (5.4)

, (Н)

5.2.2 Определяем изгибающие моменты для рассчитываемого вала

 Горизонтальной плоскости Ми, от оси   :  для муфты Ми(м) = 0, левая опора Ми(л)= 0, для левой звездочки Ми(лз) = - 2039 Н*м , для правой звездочки Ми(пз) = -2081 Н*м, для правой опоры Ми(п) = -42 Н*м . Эпюры данных сил изображены на рисунке 5. 

Вертикальной плоскости Ми, от оси : для муфты Ми(м) = 0, левая опора Ми(л)= 0, для левой звездочки Ми(лз) = 0, для правой звездочки Ми(пз) = 0,

для правой опоры Ми(п) = 0 . Эпюры данных сил изображены на рисунке 5. 

Ми приведенная:  для муфты Ми(м) = 4383 Н*м , левая опора Ми(л)= 4383 Н*м, для левой звездочки Ми(лз) = 4383 Н*м, для правой звездочки Ми(пз) = 3022 Н*м, для правой опоры Ми(п) = 42 Н*м. Эпюры данных сил изображены на рисунке 5. 

Полный изгибающий момент равен: для муфты Т(м) = 4383 Н*м , левая опора Т(л)= 4383 Н*м, для левой звездочки Т(лз) = 4383 Н*м, для правой звездочки Т(пз) = 2192 Н*м, для правой опоры Т(п) = 0 Н*м. Эпюры данных сил изображены на рисунке 5. 

Выбираем материал для вала по приведенным нагрузкам: Сталь 45 ГОСТ 1050-88.

5.3 Определяем диаметр вала

По приведенной нагрузки определяем наиболее нагруженный участок вала, Мприв = 4834 Н*м.

Диаметр вала равен:

                                            ,                                                 (5.5)

где - допускаемое напряжения на изгиб.

                                          ,                                                 (5.6)

где - предельная выносливость материала при изгибе,

=250; = 2 – ориентировочное значения коэффициента концентрации; = 2  - ориентировочное значения коэффициента запаса прочности.

,

, (мм).

Минимальное значения диаметра вала в месте крепления звездочек должно быть не менее 90 мм. Принимаем 100 мм.

Минимальная величина диаметра вала в месте крепленя муфты должно быть не мене 78 мм, принимаем 85 мм.

Минимальная величина диаметра вала в месте крепленя подшипников должно быть не мене 78 мм и должна быть кратное 5,  принимаем 90 мм.

Общий диаметр вала принимаем 110 мм.

Размеры вала приведены на рисунке 6. 

Рисунок 6 Расчетная величина вала

5.4 Расчет коэффициент запаса прочности

Коэффициент запаса усталостной прочности по нормальным напряжениям определяется для опасного сечения.

                                          ,                                       (5.7)

где- эффективный коэффициент концентрации напряжений при изгиб, =1,27 ;  - коэффициент, учитывающий влияние шероховатости поверхности при параметре шероховатости Rz <20мкм, = 0,9; - маштабый фактор для нормальных напряжений, = 0,7; - амплитуда нормального напряжения, = 0,02;  - момент сопротивления изгибу, W = 100000;  - коэффициент чувствительности к асимметрии, = 0; - среднее напряжение, 0.

 Коэффициент запаса усталостной прочности определяется по касательным напряжениям:

                                             ,                                      (5.8)

где - предел выносливости материала при кручении, =150; - эффективный коэффициент концентрации напряжений, = 1,05; - коэффициент, учитывающий влияние шероховатости поверхности при параметре шероховатости Rz <20мкм, = 0,9; - маштабый фактор для нормальных напряжений, = 0,59; - коэффициент чувствительности к асимметрии, = 0;  - амплитуда циклов и среднее касательное нарпяжений, =0,01; Т – крутящий момент, Т = 4383 Н*м; - полярный момент сопротивления, Wp=200000.

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