Расчет и проектирование привода сито-бурата

Введение

Сито-бурат предназначено для сортировки влажных гравийно-песчаных смесей с целью получения фракций заданного размера.

Сито-бурат состоит из корпуса 1, где на валу 2 закреплено барабанное сито шестигранного сечения 3. Барабан сита состоит из секций с различным размером ячеек от мелких к крупным. Для удаления фракций материала (подрешётного продукта) в корпусе имеются разгрузочные воронки 4...6 и разгрузочный лоток 7 для удаления надрешётного продукта. Загрузка материала в сито осуществляется через загрузочный лоток 8. Привод барабана включает в себя электродвигатель 9, клиноременную передачу 10, цилиндрический редуктор 11 и муфту 12.

При работе сита исходный материал по загрузочному лотку подаётся внутрь барабана сита и при вращении барабана продвигается вдоль его оси. При этом частицы материала, которые меньше размера ячеек сита, просыпаются через них. Так как размер ячеек секций увеличивается, то сначала просыпаются самые мелкие частицы, затем средние и большие Частицы, просыпавшиеся через сито одной секции (фракция), отводятся через соответствующую разгрузочную воронку, а самые больше частицы, не просыпавшиеся ни в одной секции, выводятся через разгрузочный лоток.

Так как барабан сита шестигранный, и материал в сито подаётся неравномерно, то нагрузка на привод переменная, а при пуске сита с материалом внутри нагрузка резко возрастает.

Производительность сита зависит от многих параметров, важнейшие из которых следующие:

)        размеры отверстий в ситах или решетах;

)        угол наклона образующей барабана;

)        степень влажности материала;

)        количество материала, загружаемого в единицу времени (высота слоя);

)        размер барабана;

)        число оборотов барабана в 1 мин. и т. д.

Вполне обоснованной формулы, в которой учитывалось бы влияние всех перечисленных факторов, еще нет. Ориентировочно производительность барабанного грохота может быть определена по формуле Левенсона Л.Б.

где n - число оборотов грохота, об/ мин.; γ - насыпной вес материала в т/м³; R - радиус барабана, м; h - высота слоя материала, м; α - угол наклона образующей барабана в градусах.

Высота слоя загружаемого материала обычно принимается от 0,5 до 5 см. Наиболее эффективно просеивание происходит при высоте слоя от 1 до 2,5 см.

.       
Кинематический и энергетический расчет привода. Подбор электродвигателя и редуктора

.1       По мощности на выходном валу N_в определяем расчетную мощность электродвигателя [1, с.14]:

, (1.11)

где η - КПД привода, равный произведению частных КПД [1, c.14]:

 (1.12)

Здесь η₁ η₂ … - КПД отдельных звеньев кинематической цепи, ориентировочные значения которых без учета потерь в подшипниках приведены в таблице 1.

Таблица 1.11

В формулу (1.12) подставляем средние значения от интервалов η_з.п.= 0,97, η_п.к.=0,9925, η_кр.п.=0,95, η_м.=0,99 и получаем:

Рассчитанное значение КПД подставляем в формулу (1.11):

Стандартного двигателя с такой мощностью не существует, поэтому рассчитаем относительный перегруз и недогруз для двух близлежащих значений а именно: N=4 кВт, N=5,5 кВт

Так как перегруз больше 5% мы не можем использовать данный двигатель для обеспечения корректной работы привода.

Следовательно, исходя из того что недогруз меньше 20%, принимаем N_дв=5,5

.2       Расписываем общее передаточное число привода по ступеням используя формулу (1.21) [1, с.15]:

 (1.21)

Здесь u1, u2, un - это передаточные отношения отдельных передач в приводе, их средние значения приведены в таблице 2 [1, c.15]

Таблица 1.21

Подставляем данные интервалы в формулу (1.21) получаем

Определяем необходимую асинхронную частоту вращения вала двигателя по формуле (1.22) [1. c.14]

 (1.22)

Так как двигателя с асинхронной частотой попадающей в этот промежуток нет, выбираем максимально приближенное к интервалу значение

n_{асинхр.}=720 мин^-1 n_синхр.=750 мин^-1 [1, Приложение, таблица 2 стр.250]

Основные технические данные асинхронных двигателей серии 4А по ГОСТ 19523-81 закрытого обдуваемого исполнения.

Таблица 1.22

Габаритные установочные и присоединительные размеры электродвигателя серии 4А, исполнение закрытое обдуваемое (М100) по ГОСТ 19523-81 (из приложения таблица 3 стр.250).

Таблица 1.23

.3       Уточняем общее передаточное число привода (1.31) [1, c.14]:

……………………..(1.31)

Пусть u_р.п.=4 тогда передаточное отношение редуктора равно

Учитывая стандартный ряд [1, ряд №2, c.56] значений передаточных чисел для одноступенчатых цилиндрических редукторов принимаем:

.4       Определяем мощность (N), число оборотов (n) и крутящий момент (T) на каждом валу

вал:   ;

вал:

вал: ;

вал:  

Технические характеристики валов привода.

Таблица 1.41

Выбираем редуктор [5, табл. 2, c.40] по моменту на тихоходном валу

Допускаемые нагрузки на цилиндрических одноступенчатых горизонтальных редукторах типа ЦУ.

Таблица 1.42

Размеры редуктора берем из таблицы 1 [5, c.40]

Габаритные и присоединительные размеры цилиндрических одноступенчатых редукторов типа ЦУ.

Таблица 1.43

Продолжение таблицы 1.43

Продолжение таблицы 1.43

.       
Расчет открытой передачи

2.1 Расчет геометрических и силовых параметров передачи

Исходные параметры клиноременной передачи: T_б=72,95 Н·м; N=5,5 кВт; n=720 мин^-1; u_кр.п.=4.

.        Вычисляем крутящий момент на быстроходном валу:

2.       При данном моменте по таблице 2.12 принимаем сечение ремня «Б» с размерами [1, с.26]:

Таблица 2.11

.        Диаметр меньшего шкива в соответствием с рекомендациями табл. 2.12 [1, с.26] d_p1min=125, но так как в данном случае нет жестких ограничений к размерам передачи, то для увеличения долговечности ремня принимаем следующее за 125 значение из стандартного ряда [1, таблица 2.21 с.30] d_p1=140.

.        Диаметр большого шкива вычисляем по формуле (2.11) [1. c.18]:

 (2.11)

Здесь u - передаточное число открытой передачи, ɛ - коэффициент проскальзывания резинового ремня (0,02).

Выбираем, максимально приближенный к рассчитанному, стандартный диаметр по ГОСТ 17383-73 из стандартного ряда [1. Таблица 2.21 с. 30] d_p2=560 мм.

.        Фактическое передаточное число для выбранных диаметров d_p1 и d_p2 вычисляем по формуле (2.12) [1. с.35 ]:

 (2.12)

.        Окружную скорость ремня вычисляем по формуле (2.13) [1, с. 35]:

 (2.13)

где d_p1 -расчётный диаметр меньшего шкива, n₁ - частота вращения меньшего шкива.

.        Частота вращения ведомого вала вычисляется по формуле (2.14) [1,c.35]:

 (2.14)

.        Межосевое расстояние согласно рекомендациям [1, табл. 2.14 с.27]:

9.       Длина ремня L (мм) при выбранном межосевом расстояние [1.c.18]:

. (2.15)

Стандартная длина ремня по первому ряду [1, с.26]: L=2240 мм.

10.     По стандартной длине L уточняем действительное межосевое расстояние по формуле (2.16) [1, с.19]:

 (2.16)

Минимальное межосевое расстояние для удобства монтажа и снятия ремней [1,c.27]:

Максимальное межосевое расстояние для создания натяжения и подтягивания ремня при вытяжке

Для удобства регулирования межосевого расстояния устанавливаем двигатель на специальное устройство - салазки. Размеры салазок выбираем по диаметру крепежного болта двигателя из таблицы 4 Приложения [1, с.251]

Таблица 2.12

11.     Угол обхвата на меньшем шкиве определяется по формуле (2.17) [1, с.25]:

 (2.17)

12.     Исходная длина ремня [1, табл. 2.15 c.28] L=2240 мм.

Относительная длина ремня: .

.        Коэффициент длины [1. табл.2.19 с.29]: C_L=1.

.        Исходная мощность при d_p1=140 мм и υ=5,278, определяется по таблице [1, табл.2.15 с.28]: N₀=1,6706 кВт;

.        Коэффициент угла обхвата, определяется по таблице [1, табл.2.18 с.29]:
C_α=0,86.

.        Поправка к крутящему моменту на передаточное число [1, табл.2.20 с.29]: ∆T_и=3,1 Н^.м;

.        Поправка к мощности вычисляется по формуле (2.18) [1, с.28]:

 (2.18)

.        Коэффициент режима работы C_p при указанной нагрузке берем из таблицы [1, табл.2.8 с.20]: C_p=1.]

.        Допускаемая мощность на один ремень рассчитывается по формуле (2.19) [1, c.27]:

 (2.19)

.        Расчетное число клиновых ремней в передаче по формуле (2.110) [1, c.28]:

 (2.110)

.        Коэффициент учитывающий неравномерность нагрузки [1, с.28]: C_z=0,9.

.        С учетом неравномерности распределения нагрузки между ремнями действительное число ремней в передаче вычисляется по формуле (2.111) [1, c.28]:

 (2.111)

Принимаем z=3.

2.2 Конструирование деталей открытой передачи

.        Сила начального натяжения одного клинового ремня рассчитывается по формуле (2.21) [1,c.29]:

 (2.21)

где q - масса одного погонного метра ремня (q=0,18 кг/м).

.        Усилие, действующее на валы клиноременной передачи по формуле (2.22) [1, c.29]:

 (2.22)

.        Размеры обода шкива [1, табл. 2.21 с.30]

Таблица 2.21

.        Наружные диаметры шкивов рассчитываем по формуле (2.23) [1, с.29]:

 (2.23)

 (2.23)

.        Ширину обода шкивов определяем по формуле (2.24) [1, с.36]:

 (2.24)

.        Так как окружная скорость υ=5,278 ≤ 40 , то материал для изготовления шкива принимаем Чугун СЧ 20 ГОСТ 1412-85. Ширина обода для чугунного шкива высчитывается по формуле (2.25) [2, с.32]:

 (2.25)

Принимаем δ=13 мм.

.        Внутренний диаметр обода шкива вычисляется по формуле (2.26) [2, c.32]:

 (2.26)

 (2.26)

.        Толщина спицы шкива (2.27) [1, с.33]:

 (2.27)

Принимаем С=16.

.        Минимальный диаметр вала под шкив рассчитываем исходя из крутящего момента на быстроходном валу редуктора (2.28) [2, с.33]:

 (2.28)

По конструктивным соображениям принимаем (из приложения 1) [2, с.57] d_b=50 мм.

.        Диаметр ступицы для чугунных шкивов принимаем [2, c.33]:

.        Длина ступице принимаем [2, c.33]

По конструктивным соображениям принимаем длину ступицы равную ширине шкива ().

.       
Подбор и расчет муфты

привод шпоночный узел сборка

Для того чтобы осуществить связь цилиндрического редуктора с сито-буратом, необходима муфта. Основное назначение муфт привода - передача крутящего момента от одного вала на другой. Муфты также выполняют ряд других функций: компенсируют в определенных пределах погрешности монтажа валов; позволяют соединять или разъединять валы, предохраняют рабочую машину от перегрузки, уменьшают толчки и вибрации в процессе работы.

Муфты представляют собой автономные сборочные единицы (узлы), присоединяемые к валам машин по цилиндрическим или коническим посадочным поверхностям. Передача крутящего момента в муфтах осуществляется с помощью механической связи между деталями муфты (глухие, зубчатые, втулочно-пальцевые, кулачковые, шарнирные и т.д.).

Муфта с упругой торообразной оболочкой по ГОСТ 20884-75 обладают большой крутильной радиальной и угловой податливостью. Однако при больших смещениях оболочка греется, что снижает ресурс муфты. К достоинствам муфты относится способность хорошо демпфировать толчки и вибрации, удобство монтажа, демонтажа и замены упругого элемента.

Упругую оболочку изготавливают из резины, армированной кордом. Нагрузочная способность муфты ограничена устойчивостью оболочки и прочностью крепления ее к фланцам.

Эксплуатационной характеристикой муфт является передаваемый крутящий момент T и диаметр вала d, на который насаживается муфта. Конкретный типоразмер муфты выбирается в зависимости от условий эксплуатации по таблицам согласно зависимости (3.1)

 (3.1)

где T_рас. - расчётный крутящий момент; K_k- коэффициент запаса определяемый в зависимости от типа привода для данного случае принимаем K_k=1,25 [1, Табл. 7.1 с.212]; T_ном. - номинальный крутящий момент на валу редуктора. Подставляя значения в формулу:

Размеры муфты берем из таблицы [1. табл.37 приложение с.272]:

Таблица 3.1

Полумуфты изготавливаем с учетом конструктивных особенностей валов редуктора и выходного вала привода. Соответственно первая полумуфта с коническим отверстием на концы вала по СТ СЭВ-537-77, вторая полумуфта с цилиндрическим отверстием на концы вала по СТ СЭВ-537-77.

.       
Проверочный расчет шпоночных соединений

Шпоночные соединения служат в основном для закрепления деталей на валах с помощью шпонок, устанавливаемых в пазах вала и ступицы.

Для передачи вращательного движения чаще всего используют призматические и сегментные шпонки. Призматические шпонки имеют прямоугольное сечение; концы скругленные или плоские.

Наиболее опасной деформацией для шпонок и пазов является смятие от крутящего момента, поэтому необходимо для выбранных размеров шпонки рассчитать напряжение смятие, и только потом делать вывод о целесообразности применения ее в данном соединении.

Выполняем проверочный расчет шпонки:

Условие: Допускаемые напряжения на смятие принимают равными [σ_см]=80...150 МПа (при обычных нагрузках), [σ_см]=130 …180 Мпа (при средних нагрузках), [σ_см]=260 МПа (в случае предельных статических нагрузок). [1, с.190]

.        Вал №1 (T=72,95 *10³ Н·м):

Параметры шпонки берем из таблицы 5.19 [1,с.190]

Таблица 4.1

Исходя из конструктивных соображений, длину шпонки выбираем из стандартного ряда так, чтобы ее значение не превышало длину ступицы ведущего шкива клиноременной передачи. Следовательно l=50 мм, соответственно (для призматических шпонок и пазов исполнения «А» по СТ СЭВ 189-75)

Рассчитаем напряжение смятия от крутящего момента по формуле (4.1) [1, c.190]

 (4.1)

Полученное значение удовлетворяет условию , следовательно данную шпонку можно применять для корректной работы соединения ступица шкива-вал двигателя.

.        Вал №2 (T=277,21*10³ Н·м):

Параметры шпонки берем из таблицы 5.19 [1,с.190]

Таблица 4.2

Исходя из конструктивных соображений, длину шпонки выбираем из стандартного ряда так, чтобы ее значение не превышало длину ступицы ведомого шкива клиноременной передачи. Следовательно l=50 мм, соответственно (для призматических шпонок и пазов исполнения «А» по СТ СЭВ 189-75)

Напряжение смятия крутящего момента на 2-м валу:

 (4.1)

Полученное значение удовлетворяет условию  , следовательно данную шпонку можно применять для корректной работы соединения ступица шкива-вал редуктора.

.        Вал №3 (T=1879,62*10³ Н·м):

Параметры шпонки берем из таблицы 5.19 [1,с.190]

Таблица 4.3

Исходя из конструктивных соображений, длину шпонки выбираем из стандартного ряда, так чтобы ее значение было немного меньше длины вала (так как муфта полностью сажается на вал). Следовательно, l=90 мм, а  (для призматических шпонок и пазов исполнения «А» по СТ СЭВ 189-75).

Напряжение смятия крутящего момента на 3-м валу:

 (4.1)

Полученное значение удовлетворяет условию , следовательно данную шпонку можно применять для корректной работы соединения вал редуктора-муфта.

Материал шпонок - чистотянутая сталь 45 с σ_см.>600 МПа (ГОСТ 23360-78).

.       
Проектирование опорной конструкции привода

Плиты и рамы являются опорными конструкциями и служат для связи в единое целое отдельных узлов машины или ее отдельных механизмов, в рассматриваемом случае - узлов привода. Они воспринимают и передают на фундамент действующие на машину нагрузки и обеспечивают правильность расположения узлов в процессе эксплуатации. Литая опорная конструкция называется плитой, а сварная - рамой.

Кроме прочности, опорные конструкции должны обладать жесткостью, так как последняя определяет ветроустойчивость машины.

В данном случае экономически выгоднее применять рамы, сваренные из элементов сортового проката: швеллеров, уголков, полос, листов. Для данного случая контур рамы в плане целесообразен прямоугольный. Определим длину и ширину рамы:

Высоту рамы определяем по формуле (5.1) [3. с. 335], из условий достаточной жесткости на основе практики проектирования аналогичных конструкций:

По таблице 24.47 [3. Приложение с.441] выбираем большую, из входящих в промежуток, высоту швеллера. Следовательно принимаем H=100 мм, параметры швеллера указываем в таблице 5.1.

Таблица 5.1

Для удобства монтажа, демонтажа и осмотра узлов прокатные профили, составляющие раму, устанавливают полками наружу. После сварки и до механической обработки раму рекомендуется отжечь. Рамы нужно конструировать так, чтобы при обработке режущие кромки инструмента не попадали на сварные швы.

Для более равномерного распределения усилий затяжки по подошве рамы фундаментные болты желательно пропускать через обе полки швеллера, но при этом выступающие части болтов с гайками могут мешать установке узлов привода. Для увеличения жесткости полки связывают ребрами, трубами, уголками.

Если узлы привода не позволяют пропустить болты через раму, она крепится к фундаменту за полки. Уклон полок выравнивают привариванием косых шайб или высоких бонок. При использовании косых шайб по бокам отверстий под фундаментные болты желательно вварить ребра жесткости на расстоянии, допускающим работу ключом.

Косые шайбы ставят также при креплении узлов к раме. Диаметры и число фундаментных болтов выбирают в зависимости от длины или развернутой длины опорной конструкции [1, табл. 10.3 с.247]. В конкретном случае выбирается:

Таблица 5.2

6.      
Описание системы сборки, смазки и регулировки узлов привода

Закрытые зубчатые передачи при окружной скорости υ ≤ 12...15 м/с обычно смазывают окунанием в жидкую масляную ванну.

Залив масла в картер редуктора производится через отверстие в верхней горизонтальной части крышки рядом со смотровой крышкой. Для подвода смазки при струйном смазывание к зацеплению, рядом с заливным отверстием предусмотрено сопло. На боковой стенке корпуса установлены две пробки: верхняя - для контроля уровня смазки при заливке и контроля во время эксплуатации и нижняя - для слива масла из картера . При струйном смазывание отвод масла выполняется через верхнее отверстие [4]. Количество жидкой смазки выбирают из расчета 0,35...0,7 л на 1 кВт передаваемой мощности. Количество смазки определяется также сечением внутренней полости корпуса редуктора и глубиной масляной ванны. Желательно предусмотреть некоторое расстояние между наибольшим колесом и днищем корпуса, что дает возможность осаждаться продуктами износа.

Подшипники, находящиеся в корпусе редуктора, при необходимости смазывания их жидкой смазкой смазываются обычно разбрызгиванием масла, находящегося в корпусе редуктора. Долговечность подшипниковых узлов в значительной степени зависит от правильного выбора сорта и системы подачи смазки. Если подшипник нужно защитить от избытка масла или от попадания в него продуктов износа зубьев, устанавливают маслозащитные шайбы. Наиболее необходимо применение маслозащитных шайб у подшипника, который находится на опоре у конца вала, выходящего из корпуса редуктора. В этом случае при отсутствии шайбы масло не только забивает подшипник, но и может нарушить работу уплотнения. Редуктор должен быть установлен строго горизонтально или с небольшим наклоном в сторону стока масла.

Правильно выбранная смазка уменьшает износ сепаратора и тел качения, снижает потери на трение, а также отводит тепло, предупреждает коррозию, уменьшает шум при работе подшипника.

Следует иметь в виду, что избыток смазки, как и ее недостаток, одинаково вредны. При достаточной или избыточной подаче масла для улучшения ее циркуляции делают дренажные канавки.

Сборка привода осуществляется в нижеизложенном порядке:

Стандартный редуктор распаковывается, в него заливается масло и обкатывают около 8 часов, затем масло сливается и заливается новое. Теперь редуктор готов к эксплуатации. На раму крепится подготовленный редуктор, а затем система регулирования межосевого расстояния - салазки, на которых устанавливается электродвигатель. На вал электродвигателя насаживается ведущий шкив, на быстроходный вал редуктора - ведомый шкив. С помощью салазок регулируем межосевое расстояние для того, чтобы свободно одеть ремни на шкивы; затем с помощью этих же салазок регулируем натяжение в ременной передаче. На (ведомый вал) тихоходный вал редуктора насаживается полумуфта 1; полумуфта 2 насаживается на вал барабана сита, затем полумуфты стягивают между собой торообразной резиновой оболочкой. После проведения данной последовательности операций, привод пригоден к эксплуатации.

7.      

Заключение

В данной курсовой работе был спроектирован привод сита-бурата. Работоспособность привода гарантируется при выполнении правильной сборки, смазки и регулировки и соблюдении правил эксплуатации.

Гарантами эксплуатации и надежности работы узлов привода являются выполнение соответствующих расчетов. Привод спроектирован таким образом, что в нем использовано максимальное количество стандартных изделий. Конструкция привода позволяет легко заменять износившиеся части узлов, такие как упругие элементы муфты, ремни клиноременные. Достоинством является компактность и небольшие габариты привода.

Список использованной литературы

1.       Киркач Н. Ф., Баласанян Р.А. Расчет и проектирование деталей машин: [Учеб. Пособие для техн. вузов] - 3-е изд., перераб. и доп. - Х.. Основа, 1991.

.        Тихонычев Д. Н. Детали машин и основы конструирования. Расчет ременных передач. Расчет цепных передач [Методические указания к выполнению курсового проекта для студентов 4-го курса] Изд. дом РГОТУПС.

.        Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин: [Учеб. Пособие для техн. спец.] -6-е издание исп. - М.: Высшая школа., 2000.

.        Выполнено по материалам Анфимова Н. И. «Редукторы конструкция и расчет.», М.. Машиностроение, 1993.

.        Спиридонова О. И., Костенко Ю.Т., Бережной О.Л. Механика: Методические указания. - Белгород М54 Изд-во БелГТАСМ, 2000.

.        Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. Том 1. 8-е издание, переработанное и дополненное. Под редакцией И.Н.Жестковой. М.: Машиностроение, 2001.