РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ

6. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ УЗЛОВ

Расчет переносчика слоя

Исходные данные:

Грузоподъемность Q = 0.25 т

Длина пролета L = 5 м

Скорость подъема груза υ_гр = 0.15 м/с

Скорость передвижения тележки υ_т = 0.3 м/с

Выбор двигателя механизма подъема груза

Статическая мощность на валу двигателя при подъеме груза с заданной скоростью, P_ст (кВт)

P_ст.г = (G_гр + G_г.у.)* υ_гр / 1000*η,

где G_гр – номинальный вес груза, Н;

G_г.у. – вес грузозахватного устройства, Н;

υ_гр – скорость подъема груза, м/с;

η – общий КПД механизма,

P_{ст. г} = (2000 + 3000)* 0.15/ 1000*0.9 = 0.833 кВт

Принимаем двигатель P_г.ном = 2.2 кВт

Выбор двигателя механизма перемещения тележки

Статическая мощность на валу двигателя при передвижении груза номинальной массы с заданной скоростью, P_ст.1 (кВт)

P_ст.т = W_тр* υ_т / 1000*η,

где W_тр – сопротивление передвижению от сил трения, Н

W_тр = (G_гр + G_т ) * (ƒ * d + 2 * μ / D _к) * k _р,

где G_т – собственный вес тележки, Н; G_т = 5000 Н

ƒ – коэффициент трения в подшипниках; ƒ = 0.015

d – диаметр вала колеса, м; d = 0.045

μ – коэффициент трения качения, μ = 0.03

D_к – диаметр ходового колеса, м; D_к = 0.17

k_р – коэффициент, учитывающий сопротивление трения реборд ходовых колес и торцов ступиц колеса; k _р = 2.5

W_тр = (2000 + 5000) * (0.015 * 0.045 + 2 * 0.03 / 0.17) * 2.5 = 6246 Н

P_ст.т = 6246 * 0.3 /1000 *0.9 = 2.08 кВт

Принимаем двигатель МТ 012 – 6;

Р_т.ном = 2.2 кВт; n_дв = 890 об/мин

Число оборотов ходовых колес, n_х.к.

n_х.к. = υ_т / π * D_к

n_х.к. = 0.3 / 3.14 * 0.17 = 56 об/мин

Передаточное число редуктора

ί ₀ = n_дв / n_х.к. = 890 / 56 = 15.9

Выбираем редуктор типа ВК. Наиболее подходящим для установки на тележке является редуктор ВК-350 с передаточным числом 14.67

Тогда фактическое число оборотов ходовых колес

n_х.к. = n_дв / ί ₀ = 890 /14.67 = 60 об/мин

Фактическая скорость передвижения тележки

υ_т = π * D_к *  n_х.к. = 3.14 * 0.17 * 60 = 32 м/мин = 0.5 м/с

Требуемая при этом мощность двигателя

P_т.треб = 6246 * 0.5 / 1000 * 0.9 = 2.4 кВт,

Что соответствует мощности выбранного двигателя.

 

Предварительный расчёт вала на прочность

Необходимое условие σ≤[σ]

σ-расчётное напряжение вала

[σ]-допускаемое напряжение стали

[σ]= σ_-1/К_з,

где

σ_-1-предел выносливости стали при симметричном цикле изгиба

σ_-1=0,43* σ_В,

где

Для примера, когда σ_В=690 Н/мм²

σ_-1=0,43*690=297 Н/мм²

К_з-коэффициент запаса прочности

Для примера, когда К_з=4

[σ]= 297/4=74 Н/мм²

σ=√(М_изг.²+0,75*Т_кр.²)/W,

 где

Т_кр-крутящий момент на валу, Н*мм;

W-осевой момент сопротивления

W=0,1*d³=0,1*45³=1064800 мм³

М_изг.-максимальный изгибающий момент

Для примера, когда М_изг.=27,67*10⁶ Н*мм; Т_кр=10,6*10⁶ Н*мм

σ=√((27,67*10⁶)²+(0,75*14,4*10⁶)²)/1064800=28,5 Н/мм²

[σ]> σ

вывод: прочность обеспечена.

 Уточнённый расчёт вала на прочность

Необходимое условие n≥[n]

n-коэффициент запаса прочности;

[n]-допускаемый коэффициент запаса прочности

Для примера, когда [n]=2,5

n=n_σ*n_τ/√( n_σ²+n_τ²),

 где

n_σ-коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям;

n_τ- коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям

n_σ= σ_-1/((k_σ* σ_v/ε_σ*β)+ψ_σ*σ_т),

где

k_σ-эффективный коэффициент концентрации нормальных напряжений;

ε_σ-масштабный фактор для нармальных напряжений;

β-коэффициент учитывающий влияние шероховатости поверхности;

σ_v-амплитуда цикла нормальных напряжений

Для примера, когда k_σ=1,75; ε_σ=0,61; β=0,9

σ_v=М_изг./0,1*d³,

где

d-диаметр вала, мм;

Для примера, когда d=45 мм

σ_v=27,67*10⁶/0,1*45³=25,99 Н/мм²

σ_т –среднее напряжение цикла нормальных напряжений;

Для примера, когда σ_т=0

n_σ= 297/((1,75* 25,99/0,61*0,9)+0)=4,43

n_τ= τ_-1/((k_τ* τ_v/ε_τ*β)+ψ_τ*τ_т),

 где

 τ_-1-предел выносливости стали при симметричном цикле кручения

τ_-1=0,58* σ_-1=297*0,58=172 Н/мм²

ε_τ-масштабный фактор для касательных напряжений;

k_τ-эффективный коэффициент концентрации касательных напряжений;

β-коэффициент учитывающий влияние шероховатости поверхности;

 Для примера, когда ψ_τ=0,1; ε_τ=0,52; k_τ=1,6; β=0,9

τ_v= τ_т=0,5*М_к/W_р=14,4*10⁶*0,5/0,2*220³=3,38 Н/мм²

n_τ= 172/((1,6*3,38/0,52*0,9)+0,1*3,38)=14,5

n= n_σ*n_τ/√( n_σ²+n_τ²)=4,43*14,5/√(4,43²+14,5²)=4,24

n≥[n]

вывод: прочность обеспечена.

 Расчёт и подбор подшипников

Выбираем шариковый радиальный однорядный подшипник по ГОСТ 8338-75, подшипник № 209

d=45 мм

D=85 мм

B=19 мм

[c]-динамическая грузоподъёмность подшипника, Н;

f_п-коэффициент учитывающий скорость вращения

Для примера, когда [c]=778000 Н; f_п=0,385

Р_э=X*F_r*K_δ*K_T,

 где

X-коэффициент радиальной нагрузки;

F_R-радиальная сила действующая на подшипник, Н;

K_δ-коэффициент безопасности;

K_T-температурный коэффициент

Для примера, когда X=1; F_R=32720 Н; K_δ=2; K_T=1,05

с= f_h* Р_э / f_п

Р_э=1*32720*2*1,05=68712 Н

L_10h=63000 ч.-номинальная долговечность

f_h-коэффициент долговечности f_h=4,2 при долговечности 60000 часов

с=4,2*68712/0,385=749585,5 Н

с<[c]

подшипник пригоден.

 Расчёт и подбор шпонок и муфт

Выбираем шпонку для диаметра 45 мм

b*h*l=14*9*60 мм

t₁=5,2 мм

где

b-ширина шпонки, мм;

 h-высота шпонки, мм;

 l-длина шпонки, мм;

t₁-глубина паза вала, мм;

А_см.-площадь смятия, мм²

А_см.=(0,94*h-t₁)*l_р ,

где

l_р-рабочая длина шпонки, мм

l_р=l-b=60-14=46 мм

А_см.=(0,94*22-11,2)*150=1422 мм²

F_t=2*Т_кр./d=2*14,4*10⁶/170=169411,8 Н

σ_см.=169411,8/1422=119,1 Н/мм²

[σ_см] =120 Н/мм²-допускаемое напряжение

 σ_см<[σ_см]

прочность обеспечена.

Выбираем шпонку для диаметра 40 мм

b*h*l=12*9*65 мм

t₁= 4,2 мм

l_р=l-b=120-32=88 мм

А_см.=(0,94*18-9,2)*88=679,4 мм²

F_t=2*Т_кр./d=2*14,4*10⁶/40=25043,5 Н

σ_см.= 25043,5/679,4=36,9 Н/мм²

σ_см<[σ_см]

прочность обеспечена.

Выбираем шпонку для диаметра 60 мм

b*h*l=18*11*90 мм

t₁= 5,6 мм

l_р=l-b=90-18=72 мм

А_см.=(0,94*11-5,6)*72=815,3 мм²

F_t=2*Т_кр./d=2*389,96 *10³/60=12998,7 Н

σ_см.= 12998,7/815,3=15,9 Н/мм²

σ_с<[σ_см]

прочность обеспечена.

Выбираем шпонку для диаметра 60 мм

b*h*l=18*11*140 мм

t₁= 5,6 мм

l_р=l-b=140-18=122 мм

А_см.=(0,94*11-5,6)*122=578,3 мм²

F_t=2*Т_кр./d=2*382,17*10³/60=12739 Н

σ_см.= 12739/578,3=22 Н/мм²

σ_см<[σ_см]

прочность обеспечена.

Подбор муфт

Выбираем муфту на тихоходном валу редуктора

Т=Т_кр.*К₁*К₂*К₃,

где

К₁,К₂,К₃-коэффициент запаса

Для примера, когда К₁=1,3; К₂=1,3; К₃=1,3

Т=14,4*1,3*1,3*1,3=31,6 кН*м

Выбираем муфту со змеевидной пружиной (типа Бибби)

Допустимый крутящий момент 33 кН*м

d_вала=115 мм

D=438,8 мм

L=155 мм

Подбор тормоза

Определяем тормозной момент

Т_т=К_т*Т₁;

где

Т₁-крутящий момент на первом валу;

ω-угловая скорость на первом валу;

К_т-коэффициент торможения для тяжёлого режима работы

Для примера, когда ω=76,93 рад/сек; Т₁=382,17 Н*м; К_т=2

Т_т=2*382,17=764,34 Н*м

По тормозному моменту выбираем тормоз колодочный постоянного или переменного тока: ТКТ-250 или ТКП-250

D_ш-диаметр шкива; D_ш=250 мм

В-ширина шкива; В=80 мм

Т_т=800 Н*м