Таблица 17.4. Значения коэффициента режима работы СР
| Режим работы | Перегрузка, % от нормы | Типы машин | СР при сменности | ||
| 1 | 2 | 3 | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Лёгкий | 120 | Конвейнеры ленточные, насосы центробежные, станки токарные, шлифовальные. | 1,0 | 1,1 | 1,4 |
| Средний | 150 | Конвейеры цепные, насосы поршневые, станки фрезерные, пилы дисковые | 1,2 | 1,3 | 1,5 |
| Оконча ние табл. 17.4 | |||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Тяжёлый | 200 | Конвейеры скребковые, станки строгальные и долбёжные, шнеки, машины для брикетирования стружки и кормов, станки деревообрабатывающие | 1,2 | 1,3 | 1,6 |
| Очень тяжёлый | 300 | Подъёмники, экскаваторы, молоты, дробилки, лесопильные рамы | 1,3 | 1,5 | 1,7 |
В нашем конкретном случае Р0 = 1,5квт; СР = 1,1; СL = 0,87; Са = 0,95;
Сz = 0,95 и соответственно z = 2,8.
Окончательно принимаем z = 3.
9. Натяжение ветви ремня вычисляется по формуле:
, (17.5)
где: v = πd1n – линейная скорость ремня, м/с;
Ω – коэффициент, учитывающий центробежную силу, Н∙с2/м2 по табл. 17.5.
Таблица 17.5. Значения коэффициента Ω
| Сечение ремня | 0 | А | Б | В | Г | Д |
| Ω | 0,06 | 0,1 | 0,18 | 0,3 | 0,6 | 0,9 |
В нашем конкретном случае v= 7,6 м/с; Ω = 0,1 и соответственно F0 = 129 Н.
10. Сила, действующая на вал определяется по формуле:
Fв = F0 z Sin (a1/2), (17.6)
и в нашем случае Fв = 376 Н.
Желательно завершить расчёт проверкой ресурса выбранной ремённой передачи. Данный вид расчёта подробно изложен в источниках [2; 14].
Расчёт цепных передач
Цепные передачи, как правило, применяются для передачи крутящего момента от отборного вала коробки передач (редуктора) к валу исполнительного механизма. Широко применяются как тяговый орган различных конвейеров и транспортёров, волочильных станов, подъёмников и
Т. п. Реже применяются для передачи крутящего момента от электродвигателя к редуктору, поскольку имеют жёсткие ограничения по линейной скорости в связи с неизбежной относительно плохой динамикой при работе.
В ряде вариантов заданий на курсовое проектирование необходимо выполнить расчёт цепной передачи между редуктором и исполнительным механизмом.
В подавляющем большинстве случаев желательно выбирать приводные втулочно-роликовые цепи, серийно выпускаемые отечественными предприятиями, характеристики и габаритные чертежи которых даны в табл. 20.5 настоящего пособия. Передаточное число цепных передач рекомендуется принимать в пределах 1–4.
Минимальное число зубьев приводной звёздочки рекомендуется принимать
12–18. Необходимо стремиться к минимально возможному шагу цепи, обеспечивая при этом запас прочности по разрывному усилию в пределах 8–10 и проверить цепь по допустимому удельному давлению в шарнире.
Рассмотрим на конкретном примере выбор цепи и расчёт цепной передачи для заданий № 3; №6; №10.
Допустим, что по расчёту получились следующие исходные данные:
мощность электродвигателя 3квт;
частота вращения ротора двигателя 1460 об/мин;
передаточное число редуктора 15;
диаметр выходного вала редуктора 60мм;
передаточное число цепной передачи 3;
имеется ручное натяжное устройство в цепной передаче;
смазка цепи периодическая из маслёнки один раз в смену;
наклон цепной передачи к горизонту 450;
исполнительный механизм (например конвейер) испытывает в работе небольшие ударные нагрузки и кратковременно перегружается на 25%;
режим работы двухсменный.
Расчёт начнём с определения минимально возможного шага втулочно- роликовой цепи по формуле: 
, (18.1)
где Т1 – вращающий момент на ведущей звёздочке, Н мм;
z1 – число зубьев этой звёздочки;
[p] – допускаемое давление, приходящееся на единицу поверхности шарнира цепи, МПа (дано в табл. 18.1);
m – число рядов выбранной цепи;
К0 – коэффициент, учитывающий условия монтажа и эксплуатации цепной передачи
К0 = КдКаКнКрКсмКп, (18.2)
где Кд – динамический коэффициент: при спокойной нагрузке Кд = 1; при ударной нагрузке его принимают в зависимости от интенсивности ударов от 1,25 до 2,5 (в нашем случае примем 1,5);
Ка – учитывает влияние межосевого расстояния:
при а = (30 –50)t принимают Ка =1; при увеличении «а» снижают Ка на 0,1 на каждые 20 t сверх а = 50t;
при «а» менее 25 t принимают Ка =1,25 (для нашего случая примем Ка =1);
Кн – учитывает влияние наклона цепи: при наклоне цепи до 600 Кн =1; при наклоне цепи свыше 600 Кн =1,25 (для нашего случая примем Кн =1);
Кр – принимают в зависимости от способа натяжения цепи: при автоматическом натяжении Кр =1, при периодическом (ручном) Кр =1,25 – наш случай;
Ксм – принимают в зависимости от способа смазывания цепи: при картерной смазке Ксм =0,8; при непрерывной смазке Ксм =1; при периодической смазке
Ксм =1,4 – (наш случай);
Кп – учитывает периодичность работы передачи: Кп =1 при работе в одну смену;
Кп =1,25 для двухсменной работы, Кп =1,5 для трёхсменной работы.
В нашем конкретном случае: К0 = 1,5∙1∙1,25∙1,4∙1,25 = 3,28.
Таблица 18.1.
Допускаемое давление в шарнирах цепи [ p ], МПа. при z1 =17
| n1, об/мин | Шаг цепи, мм | |||||||
| 12,7 | 15,875 | 19,05 | 25,4 | 31,75 | 38,1 | 44,45 | 50,8 | |
| 50 | 46 | 43 | 39 | 36 | 34 | 31 | 29 | 27 |
| 100 | 37 | 34 | 31 | 29 | 27 | 25 | 23 | 22 |
| 200 | 29 | 27 | 25 | 23 | 22 | 19 | 18 | 17 |
| 300 | 26 | 24 | 22 | 20 | 19 | 17 | 16 | 15 |
| 500 | 22 | 20 | 18 | 17 | 16 | 14 | 13 | 12 |
| 750 | 19 | 17 | 16 | 15 | 14 | 13 | – | – |
| 1000 | 17 | 16 | 14 | 13 | 13 | – | – | – |
| 1250 | 16 | 15 | 13 | 12 | – | – | – | – |
| Примечание: 1. Если z1 не равно 17, то табличные значения [p] умножают на Kz = 1+0,01(z1 –17). 2. Для двухрядных цепей значения [p] уменьшают на 15%. | ||||||||
Частота вращения звёздочки n1 = nдв/uред.
В нашем случае n1 = 1460/15 = 97,3 об/мин.
Примем предварительно z1 =17.
Делительный диаметр звёздочки 
.
Шаг цепи нам пока не известен и попробуем определить его предварительно по разрывному усилию цепи.
Как правило, диаметр делительной окружности звёздочки должен быть не менее двух-трёх диаметров вала, на котором она посажена. Имея диаметр выходного вала редуктора 60 мм, примем предварительно dd = 120 мм.
Тогда вращающий момент на выходном валу редуктора без учёта КПД
Т = Р ∙30 ∙Uред/ π∙n дв. (Нм),
где Р – подводимая мощность, Вт.
В нашем случае Т = 3000 ∙30 ∙15/ 3,14∙1460 = 294,5 Нм.
Окружная сила на звёздочке Ft = 2T/dd.
В нашем случае Ft = 2∙294 500 / 120 = 4 910 Н.
Принимая запас прочности по разрывному усилию цепи s = 10, из табл. 20.5.1 выбираем цепь ПР25,4 – 60 ГОСТ 13568-75 с разрывным усилием 60 000 Н и площадью опорной поверхности шарнира Аоп = 179,7 мм2.
При числе зубьев звёздочки 17 её делительный диаметр
dd = 25,4 / Sin (180/17) =138,23 мм.
Фактическая нагрузка на цепь составит Ft = 2∙294 500 /138,2 = 4 262 Н.
Расчётная нагрузка на цепь с учётом коэффициента Ко составит:
Fр = К0 ∙Ft = 4262 ∙ 3,28 =13 980 Н.
Удельное давление в шарнире цепи р = Fр /Аоп = 13 980 /175,7 = 7,78 МПа.
Из табл. 18.1 для наших условий выбираем [p] = 29 МПа.
Вывод: по удельному давлению в шарнире выбранная цепь проходит с двукратным запасом.
Проверим по формуле 18.1 выбранный шаг цепи:
= 14,5.
Исходя из данного результата, можно попробовать выбрать цепь
ПР 19,05 – 38,1, но она явно не пройдёт по разрывному усилию.
Как вариант вполне может пройти двухрядная цепь 2ПР 19,05 – 74. Здесь уже право студента принять окончательное решение по выбору типа цепи. В курсовом проектировании допускается применять двух- и трёх- рядные приводные цепи по ГОСТ 13568 – 75.
В заключение данного раздела проверим выбранную нами цепь ПР25,4–60 на запас прочности по разрывному усилию.
s = Q / (Ft ∙Kд + Fv +Ff), (18.3), где: Q – разрушающая нагрузка (Н); из табл. 20.5.1 (в нашем случае 60 000Н);
Fv = q v2 – центробежная сила, (Н),
q – масса погонного метра цепи из табл. 20.5.1.(в нашем случае 2,6 кГ/м);
v = π∙dd∙n1, м/с – линейная скорость цепи
(в нашем случае v = 3,14∙0,138∙97,3 /60 = 0,7 м/с и Fv = 2,6∙0,7 = 1,83 Н);
Ff = 9,81Kf ∙q∙a – сила от провисания цепи, Н;
Kf – коэффициент, учитывающий расположение цепи: при горизонтально расположенной цепи Kf =6; при наклонной (угол 450) Kf = 1,5; при вертикальной Kf = 1;
а – межцентровое расстояние цепной передачи, м, выбирается конструктивно, но не менее суммы двух диаметров ведущей и ведомой звёздочек.
В нашем случае примем а = 0,6м и тогда
Ff = 9,81 ∙1,5∙2,6 ∙0,6 = 23 Н.
Запас прочности для нашего случая s = 60 000 / (4 262∙1,25 + 1,83 +23) = 11,2,
а требуемый коэффициент запаса прочности из табл. 18.2 равен 7,6.
Таблица. 18.2.
Нормативные коэффициенты запаса прочности [ s ]
для приводных втулочно -роликовых цепей (ГОСТ 13568–75)
| n1, об/мин | Шаг цепи, мм | |||||||
| 12,7 | 15,875 | 19,05 | 25,4 | 31,75 | 38,1 | 44,45 | 50,8 | |
| 50 | 7,1 | 7,2 | 7,2 | 7,3 | 7,4 | 7,5 | 7,6 | 7,6 |
| 100 | 7,3 | 7,4 | 7,5 | 7,6 | 7,8 | 8 | 8,1 | 8,3 |
| 300 | 7,9 | 8,2 | 8,4 | 8,9 | 9,4 | 9,8 | 10,3 | 10,8 |
| 500 | 8,5 | 8,9 | 9,4 | 10,2 | 11 | 11,8 | 12,5 | - |
| 750 | 9,3 | 10 | 10,7 | 12 | 13 | 14 | - | - |
| 1000 | 10 | 10,8 | 11,7 | 13,3 | 15 | - | - | - |
| 1250 | 10,6 | 11,6 | 12,7 | 14,5 | - | - | - | - |
Вывод. выбранная нами цепь проходит с запасом по всем параметрам.
1. Построение профиля зуба звёздочки
Построение профиля зуба звёздочек для приводных роликовых цепей регламентируется ГОСТ 591–87 и для тяговых цепей ГОСТ 592–89. Профиль зуба звёздочек для зубчатых цепей строится по ГОСТ 13576–75.
На рис.18.1 приведены размеры звёздочек в поперечном сечении, а таблице 18.3 необходимые размеры.
Рис. 18.1. Размеры звёздочек
Таблица 18.3. Расчётные формулы размеров звёздочки
| Параметры | Расчётные формулы | |
| Радиус закругления зуба, r3 |  (d1 –диаметр ролика цепи)
| |
| Расстояние от вершины зуба до линии центра дуг закруглений, H | 
| |
| Диаметр обода наибольший, Dc |  (h -ширина внутренней пластины
| |
| Радиус закруглений | при шаге 
| 
|
При шаге 
| 
| |
| Ширина зуба звёздочки | однорядной m1 |  (см. табл.20.5.1)
|
| двухрядной m2 | 
| |
Рис.18.2. Профиль зуба звёздочки по ГОСТ 591-87
Таблица 18.4.
Расчётные параметры к рис. 18.2
| Параметры | Расчётные формулы |
| Диаметр делительной окружности, dд | 
|
| Диаметр окружности выступов, De | 
|
| Диаметр окружности впадин, Di | 
|
| Радиус впадин, r |  . (d1 –диаметр ролика цепи)
|
| Радиус сопряжения, r1 | 
|
| Радиус головки зуба, r2 | 
|
| Половина угла впадины, a | 
|
Угол сопряжения, 
| 
|
Половина угла зуба, 
| 
|
| Прямой участок профиля, FC | 
|
| Расстояние от центра дуги впадины до центра дуги выступа зуба, ОО2 | 
|
| Смещение центров дуг впадин, e | 
|
| Координаты точки, О1 |  
|
| Координаты точки, О2 |  ; 
|
Задания на проектирование
Указания к заданиям
Каждое из 10 заданий всех типов проектов содержит 10 вариантов. Для выполнения проекта или работы обязательным является то задание, которое соответствует последней цифре шифра студента, и тот вариант этого задания, который соответствует предпоследней цифре шифра студента. Например, студент, имеющий шифр 385382, должен выполнить восьмой вариант второго задания. Если последняя цифра шифра нуль, то студент должен выполнить десятое задание. Если предпоследняя цифра шифра нуль, то студент должен выполнять десятый вариант задания. Числовые значения к заданиям на проекты и работы по деталям машин и подъемно-транспортным машинам могут быть изменены на другие преподавателями, руководящими проектированием.
Первый тип заданий к проекту по деталям машин предназначен для студентов механических и машиностроительных специальностей, изучающих курсы «Детали машин», «Детали машин и основы конструирования».
Объем графической части – три листа чертежей формата 24.
Второй тип заданий к проекту или курсовой работе по деталям машин предназначен для студентов немеханических специальностей, изучающих курсы «Прикладная механика», «Механика».
Объем графической части – два листа чертежей формата 24 для курсового проекта и два листа чертежей формата 24 для курсовой работы.
Студенты выбирают варианты заданий аналогично первому типу заданий, выполняют полный расчёт привода, но могут не учитывать: график нагрузки, и не выполнять расчёты открытых трансмиссионных передач (цепных, ремённых, канатных). Графическая часть должна состоять из сборочного чертежа редуктора (1лист) и трёх-четырёх деталей редуктора (1 лист).
Общие для всех вариантов требования изложены в разделе 1.2.
 |
Задание 1. Спроектировать привод к вертикальному валу цепного конвейера по схеме (рис. 19.1) с графиком нагрузки, данным на рисунке. Мощность на этом валу Р4и угловая скорость вращения его ω4 приведены в табл. 19.1.
Таблица 19.1. Варианты задания
| Варианты | ||||||||||
| Величина | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| Р4, кВт | 5 | 5,2 | 5,4 | 5,6 | 5,8 | 6 | 6,2 | 6,4 | 6,6 | 6,8 |
| ω, рад/с | 0,3π | 0,4π | 0,5π | 0,6π | 0,7π | 0,8π | 0,9π | 0,9π | 0,8π | 0,7π |
Задание 2. Спроектировать привод к цепному конвейеру по схеме (рис. 19.2) с графиком нагрузки, данным на этом рисунке. Окружное усилие на тяговой звёздочке Ft, окружная скорость этой звёздочки V, шаг цепи t и число зубьев звёздочки z приведены в табл. 19.2.
Рис. 19.2. Схема задачи
Таблица 19.2. Варианты задания
| Величина | Варианты | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
| Ft, кН | 6 | 6,5 | 7 | 7,5 | 8 | 8 | 7,5 | 7 | 6,5 | 6 |
| V, м/с | 0,1 | 0,12 | 0,14 | 0,15 | 0,16 | 0,15 | 0,15 | 0,14 | 0,12 | 0,1 |
| t, мм | 44,45 | 44,45 | 44,45 | 50,8 | 50,8 | 50,8 | 50,8 | 50,8 | 44,45 | 44,45 |
| z | 22 | 23 | 21 | 24 | 22 | 24 | 23 | 23 | 22 | 22 |
Задание 3. Спроектировать привод к цепному конвейеру по схеме (рис. 19.3) с графиком нагрузки, данным на рисунке. Окружное усилие на барабане Ft, окружная скорость барабана V и диаметр барабана D приведены в табл.19.3.
Рис. 19.3. Схема задачи
Таблица 19.3. Варианты задания
| Величина | Варианты | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
| Ft, кН | 3 | 3,5 | 4 | 4,5 | 4 | 5,6 | 6 | 6,5 | 7 | 7,5 |
| V, м/с | 0,1 | 0,12 | 0,14 | 0,15 | 0,16 | 0,1 | 0,12 | 0,14 | 0,15 | 0,16 |
| D мм | 350 | 400 | 450 | 400 | 450 | 350 | 400 | 450 | 350 | 400 |
Задание 4. Спроектировать привод к цепному подвесному конвейеру по схеме (рис. 19.4) с графиком нагрузки, данным на рисунке. Окружное усилие на тяговой звёздочке Ft, окружная скорость этой звёздочки, шаг тяговой цепи t и число зубьев звёздочки z приведены в таблице 19.4.
Таблица 19.4. Варианты задания
| Величина | Варианты | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
| Ft,кН | 3 | 3,1 | 3,2 | 3,3 | 3,4 | 3,5 | 3,6 | 3,7 | 3,8 | 3,9 |
| V, м/с | 0,7 | 0,8 | 0,9 | 1 | 1,1 | 1,1 | 1 | 0,9 | 0,8 | 0,7 |
| t, мм | 80 | 80 | 80 | 80 | 80 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| z | 9 | 9 | 9 | 7 | 7 | 7 | 8 | 8 | 8 | 8 |
Рис. 19.4. Схема задачи
Задание 5. Спроектировать привод к цепному конвейеру по схеме (рис. 19.5). Мощность на ведомом валу зубчатой передачи N4 и угловая скорость его вращения ω4 даны в таблице 19.5.
Рис. 19.5. Схема задачи
Таблица 19.5. Варианты задания
| Величина | Варианты | |||||||||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | |
| N4, квт | 9 | 9 | 10 | 10 | 11 | 11 | 12 | 12 | 13 | 13 |
| ω4, рад/с | 0,3π | 0,5π | 0,7π | 0,3π | 0,5π | 0,7π | 0,3π | 0,5π | 0,7π | 0,3π |
Задание 6. Спроектировать привод к цепному конвейеру по схеме (рис. 19.6) с графиком нагрузки, показанным на рисунке. Окружное усилие на тяговой звёздочке Ft, окружная скорость этой звёздочки V, шаг тяговой цепи t и число зубьев звёздочки z приведены в таблице 19.6. Ремённую передачу выполнить на клиновых ремнях.
