POLITECHNIKA POZNAŃSKA

Wydział Maszyn Roboczych i Transportu

Przedmiot:

Komputerowe Wspomaganie Projektowania

Projekt:

Przekładnia pasowo-walcowa

Wykonali:

Bartosz Szarzyński i Jan Szymański

IWP / SiC Mechanika i budowa maszyn

Rok akademicki 2012/2013

Dane:	Obliczenia:	Wyniki:
P3= 4kW uc= 45,125 n1= 750 [obr/min] ηłoż - sprawność łożysk = 0,995 ηpas - sprawność przekładni pasowej = 0,95 ηwal - sprawność przekładni walcowej = 0,98 ηcałk= 0,88 n1= 750[obr/min] Przełożenia: u1= 2 u2= 4,75 u3=4,75 M1=60,2 Nm kt = 1,2 u1 = 2 D1= 71 mm n1= 750[obr/min] u1= 2 έ= 0,01 ka= 2,0 kά= 0,96 kL= 0,95 hp = 50 Ψ=0,5 n1= 750[obr/min] n2= 374,7[obr/min] n3=78,9[obr/min] n4=16,6 [obr/min] kgi=400 MPa λ = 0,363 ψ = 15 h=284mm F=8251,42 N m=6 E=2,1*10^11 Ra=6181,7N Rb=1362 N P=2106,5 N	I Sprawność całkowita przekładni: ηcałk=η^4łoż∙ηpas∙ηwal= 0,88 II Moce, momenty i prędkości obrotowe: n3= = 78,95[obr/min] n2= n3∙ u2 = 374,7[obr/min] P1= = 4,55 [kW] P2= = 4,3 [kW] M1=9550∙ = 60,2 [Nm] M2=9550∙ = 113,75 [Nm] M3=9550 = 534 [Nm] M4=9550 = 2387,5 [Nm] DOBÓR SILNIKA: Z katalogu dobieram silnik: Sg 160L-4 Silnik na łapach,jednobiegowy z wirnikiem klatkowym, firmy INDUKTA : Ps = 5,5 [kW]; ns = 750 [obr/min]; M = 95 [kg]; III OBLICZENIA I STOPNIA PRZEKŁADNI : [przekładnia pasowa] 3.1 Dobór pasa: Pas tkaninowo-gumowy(klinowy), Przekrój pasa: B 3.2 Moment obliczeniowy M0= M1∙kt = 72,24 Nm 3.3 Minimalna średnica skuteczna koła czynnego: D1min = 63 mm D1= 71 mm 3.4 Prędkość pasa: γ= π∙D1∙n1/(60∙10^3) ≤ γmax γ=8,39[m/s] 3.5 Średnica obliczeniowa koła biernego D2^'=D1∙u1= 142[mm] D2 = 140 [mm] 3.6 Przełożenie rzeczywiste przekładni: urz= D2/[D1(1-έ)] =1,99 Δ urz= | urz - u|/u∙100%=0,5% 3.7 Zalecana odległość osi: az ≥ kaD2 = 280 [mm] az ≥amin amin=0,5(D1+D2)+hp =155,5 [mm] 3.8 Obliczeniowa długość pasa: Lp^'=2az+0,5π(D1+D2) + 0,25(D2-D1)^2/az = 649,92[mm] 3.9 Rzeczywista długość pasa: Lp≥Lp^' Lp=700 [mm] 3.10 Rzeczywista odległość osi: a= az+0,5(Lp-Lp^')= 180,54 [mm] 3.11 Liczba obiegów pasa: ν=10^3γ/Lp ≤νdop νdop=(15…20)s^-1 ν=11,9 [s^-1] 3.12 Kąt opasania koła czynnego: ά1^o=180^o-57^o[(D2-D1)/a] = 158,1^o ≥ ά1^omin=110^o 3.13 Liczba żeber pasa: Z= P1kT / P0kφkL=1,43kW z= 3 3.14 Siła obwodowa : Ft= 2T1∙10^3/D1=1574,65 [N] Napięcie wstępne pasa: F0=0,5 Ft/ψ= 1574,65 [N] Siła obciążająca wały przekładni: F=2F0sin(ά1^o/2)= 3046,22 [N] PAS KLINOWY PN-86/M-85200/06 l = 17 [mm] lp = 14 [mm] hp = 4,2 [mm] ha = 11 [mm] A = 1,38 [cm^2] α = 40 [^o] IV KONSTRUOWANIE KÓŁ PRZEKŁADNI: 4.1 Materiały koła i wymiary piasty: Materiał - odlew - żeliwo szare PN-GJL-200 (wg PN-EN 1561:2000) 4.2 Wymiary rowków t= 4,70(±0,03) t(z-1)= ±0,03 h=4,53 hc=3,70 h1=6 h0=6,46 f=4 R1=0,6 R2=0,4 4.3 Rozmieszczenie piasty w stosunku do wieńca koła: Symetryczne Otwory w piaście do połączenia z wałem: Walcowe z rowkiem wpustowym 4.4 KOŁO CZYNNE Konstrukcja koła - PEŁNE Średnica zewnętrzna koła : dc=D-2he= 71-3,70=67,3 Średnica wieńca koła: B=(z-1)t +2f = 45 mm Wymiary elementów łączenia piasty z wieńcem: Strzałka wypukłości koła h=0,3 Grubość wieńca e= 0,005D+ 3mm= 3,355 mm Piasta: Dp= 1,5(dwał) = 63 Lp=1,8(dwał)= 75,6 4.5 KOŁO BIERNE Konstrukcja koła - TARCZOWE Średnica zewnętrzna koła dc=D2-2he= 180-3,70= 136,3 [mm] Średnica wieńca koła: B2=(z-1)t +2f = 45 [mm] Wymiary elementów łączenia piasty z wieńcem: Strzałka wypukłości koła h=0,3 Grubość wieńca e2= 0,005D2+ 3mm= 3,7 mm Piasta: Dp= 1,5(dwał) =30mm Lp=1,8(dwał)= 36mm Otwory w piaście do połączenia z wałem: Walcowe z rowkiem wpustowym V. OBLICZENIA 2 STOPNIA PRZEKŁADNI: Przekładnia walcowa zębata o zębach prostych. Produkcja jednostkowa. Obudowa odlewana. 5.1 Dobór materiałów: Materiał zębnika : C55 PN93/H-84019 HB1= 270, Rm1=680, Re1= 390 Materiał koła zębatego: 36 HGS kgi=400 MPa HB = 440 Rm=1030 MPa Re=880 MPa 5.2 Przełożenie pierwsze kE=1 dla zębów prostych Kp= 1,25 (współczynnik przeciążenia) Kv=1,35 (współczynnik nadwyżek dynamicznych) Wartość momentu obliczeniowego Mobl­: Mobl = Mi * Kp * Kv Mobl = 191,95 Nm Obliczam wartość modułu dla koła z1: m ≥ m ≥ 2,14 Przyjmujemy m=2,5 Prędkość obwodowa: v= π * m *z * n / 60000 v1 = 1,05 v2 = 0,45 kv = 1,33 - stosowane do obliczeń Szerokość wieńca b = 90 mm Wartość nacisków dopuszczalnych: K0 = 5 *HB / W W = 2,6 z tabel dla T = 20000 h I para kół: m = 6 z1= 18 z2= 85 II para kół: m = 6 z1= 18 z2= 85 Podstawowe parametry koła zębatego: d1 = 105 mm da = 120 mm df = 93 mm d2 = 516 mm d2a = 528 mm d2f = 501 mm Zarówno pierwsza jak i druga para kół ma takie same wymiary. Obliczenie siły obliczeniowej: Dla przełożenia 1: Fobl = F * Kp * Kv / Ke = 5998,44 N Dla przełożenia 2: Fobl = F * Kp * Kv / Ke = 16440 N Naprężenia stykowe: Pmax = c * ≤ko Dla przełożenia 1: Pmax = 646,4 MPa ko = 846,2 MPa Dla przełożenia 2: Pmax = 814,5 MPa ko = 1009,2 MPa Warunki spełnione - dobór modułu i materiału jest prawidłowy. OBLICZENIA WAŁÓW: Wszystkie wykresy zawarte są w załączniku, który zostaje dołączony do projektu. Wraz ze szkicem wałków, na którym widać zarys teoretyczny wałka. W obliczeniach podam jedynie siły i średnicę wałków, wszelkie obliczenia analityczne znajdują się na załączniku formatu A0. Wał nr 1: P = 2106,5 N Pr = 766,8 N dw1≥14,2 mm dw2≥38,275 mm dw3≥27,36 mm Ułożyskowanie wału 1: Ra = 6181,7 N Rb = 1362,8 N Obliczenie średnicy pod łożysko: d≥19,22 mm przyjęte d=20 mm Wyznaczenie trwałości łożysk tocznych w punkcie 1: Lh = 20000 h F = 6181,7 N = 618,17 [daN] vobr = 374,4 d=20 mm C = 47,35 N = 4735 daN Katalog łożysk: Dobrane łożysko: A6904 D = 37 mm B = 9 mm rmin = 0,3 mm Cmax ­= 6400 daN Wyznaczenie trwałości łożysk tocznych w punkcie 2: C = 10,705 N = 1070,5 daN Dobrane łożysko dla punktu 1 jest również odpowiednie dla punktu drugiego. Obliczenie wpustu: F= 2M1 / dw = 5055,5 N Doranie wpustu pod koło żebate: Materiał na wpust 45 kc = 145 MPa ktj = 65 MPa Wał pracuje przy stałym kierunku ruchu obrotowego i zmiennych obciążeniach. Przyjmujemy zatem średnie warunki pracy i ustalamy wartość nacisków dopuszczalnych zgodnie z wzorem: ko = 0,6 * kc = 87 MPa z PN/M-85005 tab. 11 b x h = 14 x 9 mm t = 5,5 t1 = 3,8 Obliczona dł. wpustu: l0 = F / t1 * ko = 15,29 l = lo + b = 29,29 przyjmujemy L=50 mm Oznaczenie wpustu: A 14x9x50 Wał nr 2: Pw1 = 2069,73 N Pw2 = 9888,8 N Rd = 8251,42 N Ra = 4470,58 N Ułożyskowanie wału 2: M3 = 534 Nm Pw1 = 2069,73 N Pw2 = 9888,8 N Mz1 = 569,6 Nm Mz2 = 2580,7 Nm Obliczenie średnicy pod łożysko: d1≥41,7 mm przyjęte d=45 mm d2≥69,01 mm przyjęte d=75 mm Wyznaczenie trwałości łożysk tocznych w punkcie 1: Lh = 20000 h F = 2069,76 N vobr = 78,9 d=45 mm C = 943,4 daN Katalog łożysk: Dobrane łożysko: A6907 D = 55 mm B = 10 mm Wyznaczenie trwałości łożysk tocznych w punkcie 2: C = 4507,7 daN Dobrane łożysko dla punktu 1 i 2 jest takie same. Obliczenie wpustu dla koła 1: F= 2M1 / dw = 23733,3 N Doranie wpustu pod koło żebate: Materiał na wpust 45 kc = 145 MPa ktj = 65 MPa Wał pracuje przy stałym kierunku ruchu obrotowego i zmiennych obciążeniach. Przyjmujemy zatem średnie warunki pracy i ustalamy wartość nacisków dopuszczalnych zgodnie z wzorem: ko = 0,6 * kc = 87 MPa z PN/M-85005 tab. 11 b x h = 16 x 10 mm t1 = 6 Obliczona dł. wpustu: l0 = F / t1 * ko = 45,46 l = lo + b = 61,46 przyjmujemy L=63 mm Oznaczenie wpustu: A 16x10x63 Obliczenie wpustu dla koła 2: F= 2M1 / dw = 14240 N Doranie wpustu pod koło żebate: Materiał na wpust 45 kc = 145 MPa ktj = 65 MPa Wał pracuje przy stałym kierunku ruchu obrotowego i zmiennych obciążeniach. Przyjmujemy, zatem średnie warunki pracy i ustalamy wartość nacisków dopuszczalnych zgodnie z wzorem: ko = 0,6 * kc = 87 MPa z PN/M-85005 tab. 11 b x h = 22x14 mm t1 = 9 Obliczona dł. wpustu: l0 = F / t1 * ko = 18,18 l = lo + b = 40,18 przyjmujemy L=63 mm Oznaczenie wpustu: A 22x14x63 Wał nr 3: P = 9253,9 N Pr = 3461,1 N Ułożyskowanie wału 3: Mz1 = 1988,25 Nm Obliczenie średnicy pod łożysko: d1≥63,27 mm przyjęte d=70 mm Średnica pod łożysko A: d = 60 mm Wyznaczenie trwałości łożysk tocznych w punkcie 1: Lh = 20000 h F = 4939,96 N vobr = 16,6 d=60 mm C = 1339 daN Katalog łożysk: Dobrane łożysko: 6812 D = 78 mm B = 10 mm Obliczenie wpustu dla koła 1: F= 2M1 / dw = 68214,28 N Dobranie wpustu pod koło zębate: Materiał na wpust 45 kc = 145 MPa ktj = 65 MPa Wał pracuje przy stałym kierunku ruchu obrotowego i zmiennych obciążeniach. Przyjmujemy zatem średnie warunki pracy i ustalamy wartość nacisków dopuszczalnych zgodnie z wzorem: ko = 0,6 * kc = 87 MPa z PN/M-85005 tab. 11 b x h = 20x12 mm t1 = 7,5 Obliczona dł. wpustu: l0 = F / t1 * ko = 104,5 l = lo + b = 124,5 Przyjmujemy dwa wpusty pryzmatyczne: Oznaczenie wpustu: A 20x12x70 Sprawdzenie wytrzymałości dwóch wpustów pryzmatycznych: F/l0 * h/2 * n ≤ k0 54,39 ≤ 87 Warunek wytrzymałościowy spełniony. Obliczenia korpusu oraz oleju: Sposób 1: Według zaleceń odlewniczych i formowania odlewu grubość ścianki g nie powinna być mniejsza niż g=0,32√h +2 [mm] gdzie h jest wysokością od dna odlewu do jego najwyżej położonego punku. Jest to spowodowane rozprowadzeniem czynnika pod formie odlewniczej i skurczu odlewniczym i po obliczeniach wyszło że g= 7,39 przyjmuję h=9[mm] Sposób 2: Z tabeli 4.5 ze strony 289 książki M.Dietrich- „Podstawy konstrukcji maszyn” Tom 2 można odczytać że dla stopów aluminium (silumin) najmniejsza grubość ścianki odlewu dla odlewów większych niż 800mm musi spełniać warunek że g>8 mm Z tego widać że wcześniejsze obliczenia i przyjęta grubość ścianki jest prawidłowa Do odlewu przyjmuję materiał Silumin AK12 AlSi13Mg1CuNi - dane materiałowe: Przeznaczony dla korpusów zamkniętych, dzielonych , lekkich, dla kratownic oraz tłoków silników. E=7*10^4 MPa G=2,7*10^3 MPa Twardość 50-100HB Skurcz odlewniczy - 0,9 - 1,4 % Sposób 3: Dla pewności obliczenia wspomagam obliczeniami na naciski powierzchniowe w gniazdach łożysk P=F/S ≤Pdop gdzie: S =3.14*d* h Po przekształceniu otrzymujemy: h≥F/3.14*d*Pdop h≥6,7mm Po obliczeniu wyszło że h- czyli szerokość piasty gdzie spoczywać będzie łożysko wyszło h≥ 6,7 mm Sposób 4: Obliczenia z wykorzystaniem wyboczenia elementu korpusu Przyjmuję grubość ścianki g=9mm Fmax= 8251 N Sprawdzam dla zadanej grubości ścianki smukłość pręta Warunek: λobl< λdop λdop dla stopów aluminium jest 120 λobl< 120 λ= lw/imin lw = μ*l gdzie μ=0,5 , l=284 [mm] lw= 142 [mm] imin=2,95 λ=48,1 Warunek został spełniony Dla obniżenia kosztów można pomniejszyć grubość ścianki aby warunek był spełniony O obliczeniach ustaliłem że minimalna grubość ścianki to g=5 [mm] Taka grubość ścianki musi przenieść siłę z łożyska(podpora) która wynosi F=8251 N Z wyboczenia wzór na siłe krytyczną jaką można przenieść pręt zanim nie wystąpi wyboczenie pręta Pkr=(3,14/μ)^2* (E*Jmin/l^2) Po obliczeniach wnioskuję że najmniejsza grubość ścianki która nie przekroczy warunku na smukłość pręta ale przeniesie siłę krytyczną wynosi g=8 [mm] Ugięcie wałów Wał 1 Ymax =0,005 * m = 0,005*6=0,03 [mm] Z wykorzystaniem metody Clebscha wyliczone zostało ugięcie wału : Yobl=0,7 * 10^-3 Ugięcie wału spełnia warunek Yobl < Ymax Wał 2 Yobl= 0,13 * 10^-4 Ugięcie wału spełnia warunek Yobl < Ymax Wał 3 Yobl= 0,5 *10^-5 Ugięcie wału spełnia warunek Yobl < Ymax Smarowanie przekładni: Dobór oleju Na podstawie prędkości obwodowej kół na wale II dobierana jest lepkość oleju. Maksymalna prędkość v=10,35 m/s. Z tabeli odczytana lepkość 50 mm^2/s i stąd dobierany jest olej Transol 40 wg PN 66/C-96076. Warunek do zastosowania smarowania rozbryzgowego jest spełniony dlatego wysokość oleju określona jest odległością korpusu od obwodu koła i jej minimalna wartość to h=35 mm	ηcałk= 0,88 n3=78,95[Obr/min] n2= 374,70[Obr/min] P1=4,55 [kW] P2=4,3 [kW] M1=60,2 [Nm] M2=113,75 [Nm] M3=534 [Nm] M4=2387,5 [Nm] M0= 72,24 [Nm] D1= 71 mm γ=8,39 [m/s] D2 = 140 [mm] urz = 1,99 az = 155,5 [mm] Lp^'= 649,92[mm] Lp=700 [mm] a= 180,54 [mm] ν=11,9 [s^-1] z= 3 Ft= 1720 [N] F0= 3701, [N] F= 4205,44 [N] dc= 67,3 [mm] B1= 45 [mm] Dp= 63 [mm] Lp=75,6 [mm] dc=136,3 [mm] B2= 45 [mm] e2= 3,7 [mm] Dp= 30 [mm] Lp= 36 [mm] m=2,5 v=1,05 kv=1,33 m=6 d1w2= 20 [mm] d2w2= 25 [mm] d3w2= 30 [mm] d4w2= 45 [mm] d5w2= 40 [mm] d6w2= 30 [mm] d7w2= 25 [mm]

---