Дипломный проект на тему: Проект шаровой мельницы МШР-3200х6000 для обогатительной фабрики

3.4. Расчет зубчатого венца

Исходные данные для расчета приведены в табл. 3.5.

Таблица 3.5

Исходные данные

Характеристика

Обозначение

Значение

1

Материал

Сталь 35ХМЛ

2

Делительный диаметр

Dд

4,984 м

3

Модуль нормальный

mn

20

4

Число зубьев

zв

248

5

Угол наклона

?

5,67°

6

Наружный диаметр зубчатого венца

Dн

5,024 м

Определим минимальной толщины обода венца:

, мм

где ms – торцовый модуль, ;

мм

Расчет на прочность обода

Зубчатый венец представляет собой колесо со спицами, как показано на рис. 3.12.

Схема зубчатого венца

Схема зубчатого венца

Рис. 3.12

Количество спиц z= 12

Угол между спицами:

Окружная сила P = 143,8 кН

Радиальная сила R = 52,6 кН

Внешними силами, действующими на зубчатый венец, будут: окружная сила P, радиальная сила Rи момент M, полученные из разложения силы давления на зуб в зацеплении и перенесения этих загрузок в центр тяжести сечения обода.

Принимаем следующие допущения:

а) ось обода проходит через центры тяжести сечений обода;

б) зубчатый венец является косозубым и отсюда сила, направленная из плоскости зубчатого венца вызывает пространственную деформацию. Учитывая, что угол наклона мал, пренебрегаем осевой силой;

в) учитывая, что зубчатый венец является брусом малой кривизны из-за большого наружного диаметра и имеет сравнительно большое количество спиц, то есть угол ? мал. Следовательно, можно выделить секцию А – В обода, заключенную между соседними спицами, и рассматривать ее как балку с жестко закрепленными концами;

г) принимаем сечение обода зубчатого венца симметричным относительно вертикальной оси.

Определение центра тяжести сечения обода венца

На рис. 3.13 изображено сечение обода зубчатого венца

Сечение обода зубчатого венца

Сечение обода зубчатого венца

a = 0,07 м; b = 0,5 м; c = 0,0102 м, k = 0,11 м; e = 0,045 м; g = 0,025 м.

Рис. 3.13

Центр тяжести рассчитывается по формуле:

, м;

м.

Расчет зубчатого венца на прочность

Радиус окружности, проходящей через центр тяжести сечений обода:

, м;

м.

Определим геометрические характеристики балки:

l– длина пролета рассчитываемой балки, м,

, м;

м.

F – площадь сечения, , м2;

м2.

I – момент инерции,

м4.

WА – момент сопротивления обода,

, м3;

м3.

Применяя принцип независимости действия внешних сил, найдем напряжения в ободе от каждой нагрузки отдельно, затем их сложим.

Примем еще одно допущение: несмотря на то, что внешние нагрузки перемещаются по ободу, принимаем действие их в середине пролета без построения линий их действия.

a) Напряжения от силы P. Эпюра действия продольных сил представлена на рис. 3.14

Эпюра действия продольных сил

Эпюра действия продольных сил

Рис. 3.14

На эпюре кН

Напряжение растяжения:

, МПа,

где N – сила, действующая в продольном направлении, в данном случае

кН.

МПа.

b) Напряжения от силы R. Эпюра изгибающих моментов от действия поперечных сил показана на рис. 3.15.

Эпюра изгибающих моментов от действия поперечных сил

Эпюра изгибающих моментов от действия поперечных сил

Рис. 3.15

Изгибающий момент:

, кН•м;

кН•м.

Напряжение изгиба: , МПа;

МПа.

c) Напряжения от момента M. Эпюра действия изгибающих моментов показана на рис. 3.16.

Эпюра действия изгибающих моментов

Эпюра действия изгибающих моментов

Рис. 3.16

Момент равен , кН•м;

Момент равен кН•м.

Максимальный момент кН•м;

Напряжение изгиба:

, МПа;

МПа.

Таким образом, максимальное суммарное напряжение в точке приложения внешних сил (т.C) составит:

, МПа;

МПа

Допускаемое напряжение для стали 35ХМЛ:

, МПа,

где – табличное значение допускаемого напряжения,

МПа;

? – масштабный фактор, .

МПа

3.5. Расчет на прочность установки приводной шестерни

Расчет на прочность вала приводной шестерни

Исходные данные для расчета представлены в табл. 3.6.

Таблица 3.6

Исходные данные

Название параметра

Обозначение

Значение

1

Число оборотов барабана

nб

20,25 мин-1

2

Передаточное число редуктора Ц-800

iр

6,524

3

КПД редуктора

?р

0,98

4

Мощность, подводимая к зацеплению

N

737 кВт

5

Вес вала

Gв

8,24 кН

6

Материал вала

Сталь 45

7

Вес шестерни

Gш

10,1 кН

8

Предел текучести

?т

315 МПа

9

Предел прочности

?в

570 МПа

10

Предел выносливости по изгибу

?-1

262,2 МПа

11

Предел выносливости по кручению

?-1

157,3 МПа

12

Вес муфты упругой

Gм

4,69 кН

13

Окружная сила

P

146,76 кН

14

Радиальная сила

R

53,42 кН

15

Осевое усилие

P0

14,57 кН

16

Радиус шестерни

rш

0,321 м

17

Средний диаметр муфты

Dм

1,124 м

18

Угол установки приводной шестерни

?

24,12°

Расчетная схема приведена на рис. 3.17.

Схема сил, действующих в зацеплении
и приведенных к центру шестерни

Схема сил, действующих в зацеплении и приведенных к центру шестерни

Рис. 3.17

Частота вращения вала шестерни:

, мин–1;

мин–1.

Горизонтальная нагрузка:

, кН;

кН

кН

Вертикальная нагрузка:

, кН;

кН

Моменты:

, кН•м;

кН•м

, кН•м;

кН•м

, кН•м;

кН•м

Определим реакции в подшипниках:

Вертикальная плоскость. Схема сил, действующих на вал в вертикальной плоскости, показана на рис. 3.18

Схема сил, действующих на вал в вертикальной плоскости

Схема сил, действующих на вал в вертикальной плоскости

l1 = 0,654 м; l2 = 0,487 м; l = 1,627 м; L = 0,973 м

Рис. 3.18

Изгибающая сила, действующая на конце вала:

,

где Pокр – сила от крутящего момента, кН,

,

где Mкр – крутящий момент,

, кН•м;

кН•м.

кН.

кН

Отсюда,

, кН;

кН

, кН;

кН

Проверка: ;

Горизонтальная плоскость. Схема сил, действующих на вал в горизонтальной плоскости, показана на рис. 3.19.

Схема сил, действующих на вал в горизонтальной плоскости

Схема сил, действующих на вал в горизонтальной плоскости

Рис. 3.19

Отсюда,

, кН;

кН

, кН;

кН

Проверка: ;

Определим суммарные реакции:

, кН;

кН

, кН;

кН

Расчет сечений вала на выносливость

Принимаем, что крутящий момент изменяется по пульсирующем циклу, а изгибающий – по знакопеременному симметричному циклу. Вал с характерными размерами и указанием опасных сечений представлен на рис. 3.20.

Вал приводной шестерни

Вал приводной шестерни

Рис. 3.20

Запасы прочности на выносливость будут определяться следующим образом [4]:

,

где nσ и nτ – запасы прочности, соответственно по изгибу и кручению;

; ;

где (σ-1)D и (τ-1)D – пределы выносливости гладкого образца соответственно по изгибу и кручению,

; ;

где (kσ)D и (kτ)D – коэффициенты концентрации соответственно при изгибе и кручении,

; ;

(φσ)D и (φτ)D – коэффициенты ассиметрии цикла,

; ;

σm и τm – средние напряжения соответственно при изгибе и кручении,

; ;

где σmax и τmax – наибольшие напряжения цикла,

σmin и τmin – наименьшие напряжения цикла;

σa и τa – амплитудные напряжения цикла соответственно при изгибе и кручении,

;

Таким образом, получим:

; ;

Запас прочности на выносливость должен попадать в интервал значений от 1,8 до 2,5.

Эпюры изгибающих и крутящих моментов построены на рис. 3.21.

Определим запасы прочности на выносливость в сечениях вала:

Сечение I-I:

В сечении имеет место совместное действие изгибающего и крутящего моментов. Напряжение изгиба:

, МПа,

где Mи – изгибающий момент, кН•м,

,

где - изгибающий момент в вертикальной плоскости,

, кН•м;

кН•м;

- изгибающий момент в вертикальной плоскости,

, кН•м;

кН•м;

кН•м;

Wи – момент сопротивления сечения вала изгибу, м3,

Эпюры изгибающих и крутящих моментов

Эпюры изгибающих и крутящих моментов

Эпюры изгибающих и крутящих моментов

l1 = 0,654 м, l2 = 0,487 м, l3 = 0,32 м, l4 = 0,0815,

l5 = 0,2265, l6 = 0,575 м, L= 0,973 м

Рис. 3.20

,

где d – диаметр вала, d = 0,3 м;

b – ширина шпонки, b = 0,07 м;

t – высота шпонки в пазу вала; t = 0,022 м;

м3.

МПа

Напряжение кручения:

, МПа,

где Mкр – крутящий момент, Mкр = 52,24 кН•м;

Wкр – момент сопротивления сечения вала кручению,

, м3;

м3.

МПа

По ранее указанным формулам найдем запасы прочности:

Эффективные коэффициенты концентрации kσи kτвызваны наличием шпоночного паза и прессовой посадки.

Для прессовой посадки (o300r6) (kσ)D = 3,51; (kτ)D = 2,39

Для шпоночного паза kσ = 1,724; kτ = 1,66; εσ = ετ = 0,54; ;

;

Наибольшие из полученных значений: (kσ)D = 3,51; (kτ)D = 3,21

Запасы прочности сечения:

; ;

Сечение II-II:

В сечении имеет место совместное действие изгибающего и крутящего моментов. Напряжение изгиба:

, МПа,

где Mи – изгибающий момент, кН•м,

,

где - изгибающий момент в вертикальной плоскости,

, кН•м;

кН•м;

- изгибающий момент в вертикальной плоскости,

, кН•м;

кН•м.

кН•м;

Wи – момент сопротивления сечения вала изгибу, м3,

,

где d – диаметр вала, d = 0,3 м.

м3;

МПа

Напряжение кручения:

, МПа,

где Mкр – крутящий момент, Mкр = 52,24 кН•м;

Wкр – момент сопротивления сечения вала кручению,

, м3;

м3.

МПа

Аналогично предыдущему сечению найдем запасы прочности:

Концентрация напряжений вызвана наличием галтельного перехода и прессовой посадки. Эффективные коэффициенты концентрации kσи kτ:

Для прессовой посадки (∅300r6) (kσ)D = 3,51; (kτ)D = 2,39

Для галтели R4 и h = 20 мм: ; ;

kσ = 2,155; kτ = 2,22; εσ = ετ = 0,54; ;

;

Наибольшие из полученных значений: (k?)D = 4,12; (k?)D = 4,24

Запасы прочности сечения:

; ;

Сечение III-III:

В сечении имеет место совместное действие изгибающего и крутящего моментов. Напряжение изгиба:

, МПа,

где Mи – изгибающий момент, кН•м,

,

где - изгибающий момент в вертикальной плоскости,

, кН•м;

кН•м;

- изгибающий момент в вертикальной плоскости,

, кН•м;

кН•м;

кН•м;

Wи – момент сопротивления сечения вала изгибу, м3,

,

где d – диаметр вала, d = 0,26 м;

м3;

МПа

Напряжение кручения:

, МПа,

где Mкр – крутящий момент, Mкр = 52,24 кН•м;

Wкр – момент сопротивления сечения вала кручению,

, м3;

м3;

МПа

Аналогично предыдущему сечению найдем запасы прочности:

Концентрация напряжений вызвана наличием галтельного перехода и прессовой посадки. Эффективные коэффициенты концентрации kσи kτ:

Для прессовой посадки (∅260m6) (kσ)D = 3,51; (kτ)D = 2,39

Для галтели R4 и h = 10 мм: ; ;

kσ = 1,906; kτ = 1,61; εσ = ετ = 0,57; ;

;

Наибольшие из полученных значений: (kσ)D = 3,51; (kτ)D = 2,95

Запасы прочности сечения:

; ;

Сечение IV-IV:

В сечении имеет место совместное действие изгибающего и крутящего моментов. Напряжение изгиба:

, МПа,

где Mи – изгибающий момент,

, кН•м;

кН•м,

где - изгибающий момент в вертикальной плоскости,

Wи – момент сопротивления сечения вала изгибу, м3,

,

где d – диаметр вала, d = 0,2 м.

м3;

МПа

Напряжение кручения:

, МПа,

где Mкр – крутящий момент, Mкр = 52,24 кН•м;

Wкр – момент сопротивления сечения вала кручению,

, м3;

м3;

МПа

Аналогично предыдущему сечению найдем запасы прочности:

Концентрация напряжений вызвана наличием галтельного перехода. Эффективные коэффициенты концентрации kσи kτ:

Для галтели R4 и h = 30 мм: ; ;

kσ = 2,21; kτ = 2,108; εσ = ετ = 0,58; ;

;

Запасы прочности сечения:

; ;

Сечение V-V:

В сечении имеет место совместное действие изгибающего и крутящего моментов. Напряжение изгиба:

, МПа,

где Mи – изгибающий момент,

, кН•м;

кН•м,

где - изгибающий момент в вертикальной плоскости,

Wи – момент сопротивления сечения вала изгибу, м3,

,

где d – диаметр вала, d = 0,2 м;

b – ширина шпонки, b = 0,045 м;

t – высота шпонки в пазу вала; t = 0,015 м;

м3;

МПа

Напряжение кручения:

, МПа,

где Mкр – крутящий момент, Mкр = 52,24 кН•м;

Wкр – момент сопротивления сечения вала кручению,

, м3;

м3;

МПа

Аналогично предыдущему сечению найдем запасы прочности:

Концентрация напряжений вызвана наличием шпоночного паза и прессовой посадки. Эффективные коэффициенты концентрации kσи kτ:

Для прессовой посадки (∅200r6) (kσ)D = 3,51; (kτ)D = 2,39

Для шпоночного паза kσ = 1,724; kτ = 1,66; εσ = ετ = 0,58; ;

;

Наибольшие из полученных значений: (kσ)D = 3,51; (kτ)D = 2,99

Запасы прочности сечения:

; ;

Таким образом, мы получили, что вал во всех опасных сечениях удовлетворяет условиям прочности. Завышенные запасы прочности объясняются тяжелыми условиями эксплуатации привода.

Расчет долговечности подшипников установки приводной шестерни

Исходные данные для расчета представлены в табл. 3.7.

Таблица 3.7

Исходные данные

Название параметра

Обозначение

Значение

1

Вес вала

Gв

8,24 кН

2

Вес шестерни

Gш

10,1 кН

3

Вес муфты упругой

Gм

4,69 кН

4

Изгибающая сила, действующая в зацеплении

Pи

9,3 кН

5

Силы в зубчатом зацеплении:

Pz

155,77 кН

Px

11,22 кН

Mz

4,27 кН•м

Mx

1,91 кН•м

Определим реакции в подшипниках:

1) для вертикальной плоскости:

Расстановка сил в вертикальной плоскости показана на рис. 3.21.

Силы, действующие в вертикальной плоскости

Силы, действующие в вертикальной плоскости

l1 = 0,654 м; l2 = 0,487 м; L = 0,973 м; l = 1,627 м

Рис. 3.21

, кН;

кН

Отсюда,

, кН;

кН

, кН;

кН

Проверка: ;

2) для горизонтальной плоскости:

Расстановка сил в горизонтальной плоскости показана на рис. 3.22.

Силы, действующие в горизонтальной плоскости

Силы, действующие в горизонтальной плоскости

Рис. 3.22

Отсюда,

, кН;

кН

, кН;

кН

Проверка: ;

Суммарные реакции:

, кН;

кН

, кН;

кН

Выбраны радиальные сферические двурядные роликоподшипники №3652 с размерами d x D x B = 260x540x165 мм

Данные подшипников:

d – внутренний диаметр подшипника, d = 260 мм;

D – наружный диаметр подшипника, D = 540 мм;

B – ширина подшипника, B = 165 мм;

C – динамическая грузоподъемность подшипника, С = 2500 кН;

n – частота вращения внутреннего кольца подшипника, n = 132 мин–1

Эквивалентная нагрузка на подшипник «А» (опорно-упорный) [5]:

, кН,

где Fr – радиальная нагрузка, кН;

Fа – осевая нагрузка, кН

X – коэффициент радиальной нагрузки, X = 1;

V – коэффициент вращения, V = 1;

Y – коэффициент осевой нагрузки, Y = 1,97;

kб – коэффициент безопасности, kб = 2 [6];

kт – температурный коэффициент, kт = 1;

кН

Эквивалентная нагрузка на подшипник «В» (опорный):

Коэффициент осевой нагрузки для подшипника равен . Следовательно формула расчета эквивалентной нагрузки примет вид:

, кН,

где Fr – радиальная нагрузка, кН;

кН

Долговечность подшипников определяется по формуле [7]:

, ч,

где m – показатель степени кривой усталости, m = 10/3 = 3,33 – для роликовых подшипников;

a23 – коэффициент, характеризующий совместное влияние качества металла деталей и условий эксплуатации, a23 = 0,3;

[Lh] – допускаемая долговечность подшипника, [Lh] = 10000 ч

Для подшипника «А»: ч

Для подшипника «В»: ч

Подшипник удовлетворяет условиям долговечности, если долговечность больше 10000 ч. Следовательно, оба подшипника удовлетворяют условиям.



Библиографический список

1. Справочник по обогащению руд. В 3-х т. Гл. ред. О.С. Богданов. Т. 3. М., «Недра», 1974. 408 с.

2. Горное оборудование Уралмашзавода / Коллектив авторов. Ответственный редактор-составитель Г.К.Бойко. Екатеринбург: «Уральский рабочий»,2003-240с.: ил.

3. Механическое оборудование заводов цветной металлургии: Учебник для вузов. В 3-х частях. Ч. 1. Притыкин Д.П. М.: Металлургия, 1988. 392 с.

4. Подшипники качения. Справочник-каталог. Под редакцией В.Н.Нарышкина и Р.В.Коросташевского. М.: Машиностроение, 1984. 529 с.

5. С.В. Серенсен. Валы и оси. Конструирование и расчет. М.: Машиностроение, 1970. 262 с.

6. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. Т.2.- 5-е изд., перераб. и доп.- М.: Машиностроение, 1979.-559с., ил.

7. Машины и агрегаты металлургических заводов. В 3-х томах. Т.1. Машины и агрегаты сталеплавильных цехов. Учебник для вузов / Целиков А.И., Полухин П,И,, Гребенщиков В.М. и др. 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Металлургия, 1988. 432с.

8. Положение о планово-предупредительных ремонтах оборудования и транспортных средств на предприятиях цветной металлургии СССР. М., «Недра», 1975. 120 с.

9. БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ: методические указания к оформлению раздела «Безопасность жизнедеятельности» в дипломных проектах и работах /сост. Е.Е. Барышев, Г.В. Тягунов, И.Н. Фетисов. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2007.

10. СанПиН 2.2.4.548-96. Гигиенические требования к микроклимату производственных помещений.

11. ГОСТ 12.1.005-88. Общие санитарно-гигиенические требования к воздуху рабочей зоны.

12. ГН 2.2.5.1313-03. Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в воздухе рабочей зоны.

13. СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение

14. ГОСТ 12.1.003-83. Шум. Общие требования безопасности.

15. ГОСТ 12.1.029-80. Средства и методы защиты от шума. Классификация.

16. ГОСТ 12.1.012-90. Вибрационная безопасность.

17. ГОСТ 12.1.019-79. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты.

18. ГОСТ 12.4.155-85. Устройства защитного отключения. Классификация. Общие технические требования

19. ГОСТ 12.1.030-81. Электробезопасность. Защитное заземление. Зануление.

20. ГОСТ 17.2.3.02-78. Охрана природы. Атмосфера. Правила установления допустимых выбросов вредных веществ промышленными предприятиями.

21. ГОСТ 12.1.004-91. Пожарная безопасность. Общие требования.

22. ГОСТ 12.2.003-74(98). Оборудование производственное.

23. Решение Качканарской Городской Думы от 30.06.2007 № 69 об утверждении комплексной экологической программы муниципального образования город Качканар на 2007 2012 гг.

Корзина
Чертежей: 0
0 руб
Корзина пуста
Каталог платных и бесплатных чертежей