Расчёт и проектирование воздушной линии электропередач напряжением 500кВ и механической передачи

 

Министерство образования РФ

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙЙ УНИВЕРСИТЕТ

Расчётно-пояснительная записка к курсовой работе

по прикладной механике

на тему

расчёт и проектирование ВЛЭП напряжением 500кВ и механической передачи

Tехническое задание

Напряжение 500кВ

Количество цепей ЛЭП -1

Район гололёдности III

Скорость ветра 25м/с

Длина пролёта 340м

Сечение провода 3*500/64

Температура воздуха

tmin=-50°C ,tср=-7°C ,tmах=35°C

Кинематическая схема механизма:

для натяжения провода nвх=96об/мин

(цилиндрический косозубый nб=8 об/мин

редуктор и открытая Dб=0,3 м

коническая передача). Pб=85 кН

Общая характеристика воздушной линии электропередач

Воздушная линия электропередачи (ВЛ) -устройство для передачи и распределения электрической энергии по проводам,расположенным на открытом воздухе и прикрепленным к опорам или кронштейнам и стойкам на инженерных сооружениях при помощи изоляторов и арматуры.Ответвления к вводам в здания относятся к ВЛ.

Трасса ВЛ -положении оси линии электропередачи на земной поверхности.

Опоры ВЛ- сооружения ,поддерживающие провода с помощью изоляторов и арматуры на заданном расстоянии между собой и от поверхности земли

Пролет или , точнее , длина пролета -измеренное по горизонтали расстояние между двумя опорами, на которых подвешен провод.

Стрела провеса провода- вертикальное расстояние от горизонтальной прямой ,соединяющей точки подвеса провода,до низшей точки провода в пролете.

Запас прочности или коэффициент запаса прочности отдельных элементов ВЛ(проводов,изоляторов, арматуры и др.)-отношение величины нагрузки, разрушающей данный элемент ,к величине нормально действующей нагрузки, полученной по расчету для наиболее тяжелых условий.

[3] Основными элементами воздушных линий являются провода ,изоляторы, линейная арматура, опоры и фундаменты.Дополнительными элементами, необходимыми на некоторых линиях для обеспечения надежности их работы, являются грозозащитные тросы ,заземления ,разрядники ,виброгасители и т.д.

На ВЛ переменного трехфахного тока подвешивается не менее трех проводов, составляющих одну цепь По числу цепей линии электропередачи делятся на одноцепные двухцепные и многоцепные Число цепей зависит от передаваемой мощности напряжения линии электропередачи и необходимости резервирования.

На рисунке показаны основные элементы ВЛ:

2-траверсы

1-ствол опоры;

;

3-гирлянды изоляторов;

4-провода;

5-фундамент;

6-грозозащитный трос.

Опоры, в зависимости от способа подвески проводов ,делятся:

На опоры промежуточные,на которых провода закрепляются и поддерживаются зажимами;

На опоры анкерного типа,служащие для натяжения проводов.

ВЛ может находится в трех режимах: нормальном,аварийном,монтажном.

Нормальный режим-состояние ВЛ при необорванных проводах и тросах.

Аварийный режим- состояние при оборванных одном или нескольких проводах или тросах

Монтажный режим- состояние в условиях монтажа опор, проводов и тросов.

[2] Промежуточные опоры устанавливаются на прямых участках трассы и ,как правило,не воспринимают тяжения (усилия,направленные по оси провода или троса,с которыми они натягиваются и закрепляются на анкерных опорах) от проводов и тросов в нормальном режиме работВЛ.Допускается установка промежуточных угловых опор на углах ,не превышающих 10-200.

Анкерные опоры устанавливаются на прямых участках трассы и полностью воспринимают тяжение проводов и тросов в аварийном и монтажном режимах и разность тяжений по проводам и тросам в смежных пролетах вдоль ВЛ в нормальном режиме работы ВЛ.

Опоры ВЛ 500кВ выполняются металлическими,деревянными и железобетонными.

Опоры ВЛ должны размещаться так ,чтобы не загораживались входы в здания,въезды во дворы и не затруднялось движение транспорта и пешеходов.

В местах, где имеется опасность наезда транспорта, опоры ВЛ необходимо защищать железобетонными отбойными тумбами. Опоры ВЛ следует устанавливать по возможности в отдалении от размываемых берегов рек с учетом возможных перемещений русл и затопляемости района, а также вне мест,где могут быть потоки дождевых и других вод, ледоходы и др.

В курсовом проекте рассматривается только нормальный режим с учетом профилактических работ.

1. Расчёт механики проводов воздушной линии электропередач

.1 Характеристика провода (А:С=7,71 ¸8,04) [1];

площадь сечения провода 3*500/64 мм2 (аллюминий/сталь);

диаметр провода 30,6 мм;

масса провода 1852 кг/км;

приведенный модуль упругости Е=7,7*103 даН/мм2;

температурный коэффициент линейного удлинения a=19,8*10-6град-1

.2Определение удельных нагрузок:

1)удельная нагрузка от собственного веса провода

[4]

G-вес(масса провода)

F(площадь сечения)=553,5 мм2

)удельная нагрузка от веса гололеда:

с-толщина стенки гололеда (III зона гололедности), с=15мм

d=30,6мм (диаметр провода)

)удельная нагрузка от веcа провода и гололеда

4)удельная нагрузка от горизонтального ветрового напора:

Выбираю опору ПС 330-7 -промежуточная стальная одноцепная опора для напряжения 500кВ (район гололедности III-IV) H=31м[1]

Кn=1,35; Kl=1;

a-коэффициент, учитывающий неравномерность скоростного напора; при 25м/с (скорость ветра)

Чтобы найти значение коэффициента a, надо воспользоваться линейной интерполяцией.

Сx -коэффициент лобового сопротивления

Сx =(d=30,6мм³20мм)=1,2 (т.к. провод покрыт льдом)

qmax-максимальный скоростной напор

qmax=V2max/16 , Vmax-максимальная скорость ветра

Vmax=25м/с ;qmax=(25)2/2=39,06даН/м2

5) Горизонтальная ветровая нагрузка на провод, покрытый гололедом:

Cx=1,2г=V2/16 , V=0.5Vmax [4]

6) Результирующая удельная нагрузка от веса провода без гололеда и ветрового напора:

)Результирующая удельная нагрузка от веса провода,покрытого гололедом, и ветрового напора:

.3 Нахождение исходного режима работы провода

Исходный режим работы провода определяется по заданной величине пролёта и характеризуется действующим напряжением.

NРасчетные условияРасчетная нагрузка, даН_ м×мм2Допускаемые напряжения, даН мм2V, м/сС, ммt,°CIt°min00-50g1=3,345×10-3[s]I=0,3sв=8,1IIa IIbgmaxVmax=35 0,5Vmax =17,50 Cmax=20-5 -5g6=4,498×10-3 g7=7,274×10-3[s]II=0,45sв=12,15IIItэкспл. сред.темп00-7g1=3,345×10-3[s]III=[s]IV=0,45sв=12,15IVtmax0035g1=3,345×10-3(зависит от типа провода)

Первый критический пролёт (определяется с помощью I и III режима):

I

III

Второй критический пролёт (определяется с помощью I и II режима):

I

a II b

Третий критический пролёт (определяется с помощью I и II режима):

I

a II b

Определение исходного режима. Сравнение действующего пролёта с критическими и получаем:

LкрI> LкрII> LкрIII

№исходный режим1. 2. 3. 4.L<Lкр I; L>Lкр II; Lкр I<L<Lкр III; Lкр I>Lкр II>Lкр III; L<Lкр II; L>Lкр II; 1) 2) 3) 2б) 2a)

Выбираю 2a) температурный режим - режим минимальных температур.

.4 Расчёт промежуточной опоры

.4.1 Подбор изоляторов и определение длины подвесной гирлянды

Определяем коэффициент запаса нагрузки для ветрового режима при гололеде.

P- гарантированная нагрузка на изолятор

F- площадь поперечного сечения провода

k- число проводов в фазе, k=1

Lвесовое=1,25L действующей - весовой пролёт, Lb =425м

G- вес гирлянды изоляторов

Выбираем изоляторы ПС-70Д

.4.2 Определение коэффициента запаса нагрузки без воздействия ветра и гололеда

1.4.3 Определение максимальной величины провеса провода

f- величина провеса

i- расчетный режим эксплуатации

L- длина пролета

g- удельная нагрузка (примем = , т.к. режим - 2а))

d- нормальное напряжение (=)

Максимальное значение величины провеса 8,251м.

1.4.4 Определение высоты опоры

Определение длины подвесной гирлянды

n- число изоляторов

H- высота изолятора

- длина монтажного инструмента

Высота траверсы:

fmax- максимальный провес

ho=0,02L=6,8м- опускание центра тяжести провода от обрыва в соседнем пролете

hГ - габаритная высота (зависит от напряжения: 500кВ - 7м)

.4.5 Определение вертикальных нормативных нагрузок

1) - от веса опоры

) - от веса изоляторов

) - от веса провода без гололеда

) - от веса гололеда

) - моментальная нагрузка

1.4.6 Определение расчетных вертикальных нагрузок

)

)

)

)

)

.4.7 Определение горизонтальных нормативных нагрузок

1)Нагрузка от веса свободно стояще опоры:

Cx=0.52

qb- нормальный скоростной напор

KП - коэффициент скоростного напора на высоте H/2

- коэффициент, учитывающий воздействие динамического ветрового напора

S- площадь проекции опоры по наружному контуру, перпендикулярному направлению ветрового потока

)Нормативная нагрузка от ветра на провода без гололеда:

)Нормативная нагрузка от ветра на провод, покрытый гололедом:

.4.8 Горизонтальные расчётные нагрузки

1)

)

)

.4.9 Определение реакций в опорах башмаках:

1)Составление расчётной схемы:

Наибольшее опасное сочетание нагрузок с учётом гололёда:

Gp=Gизp+Gпp+Gгp+Gмp =96,25+2596,66+4928,7+325=7946,61 даН

Рр=Рр п+г=2453,2даН

Опирание опорных секций рассматривается как шарнирное.Реакции на одноименные башмаки одинаковы.

)Определение горизонтальных реакций по приближенным формулам:

горизонтальная реакция в точке А:

горизонтальная реакция в точке В:

)Определение вертикальных реакций:

åM(B)=0

2VA×C1-P0p×H/2-3×Pp×H+G0p×C1/2+Gp(C1/2-a2)+Gp×C1/2+ Gp(C1/2+a1)=01=5,42м ; H=31м ; a1=5,75м ;a2=5,75м ; - для опор ПC 330-7 [1]

10.84Va+23046.11-48797.1+64605.94-236902.62=0

Va=18270,08 даН ;

åМ(А)=0

VВ×C1-P0p×H/2-3Pp×H-G0p×C1/2-Gp(a2+C1/2)-Gp×C1/2-Gp(C1/2-a1)=0

10.84VB-23046.11-48797.1-64605.94-236902.62=0

VB=34442.05 даН ;

Проверка:

Gp+Gop=-2VA+2VB

3×7946,61+8504.1=-2×18270,08+2×34442,05

,93=32343,94

.5 Определение расчётных усилий в раскосах опорной секции

.5.1 Составление расчётной схемы опорной секции.

C=(0,75…0,5)C1=0,625×5.42=3,387 м

h=(0,25…0,4)H= 0,3×31= 9,3 м

l£(0,8…1) м = 0,9 м

Определим a и b исходя из геометрии нижней опорной секции:

.5.2 Определяем расчётное усилие, действующее в точке А

åPx=0 åPy=0 a=83.76° b=64.64°

-HA+N1cosa- N2cosb=0

-VA-N2sinb+ N1sina=0

-1838,86+N1cos83.76°-N2cos64.64°=0

-18270,08- N2sin64.64°+ N1sin83.76°=0

1=18817.06 даН ;2=481.97 даН ;

1.5.3 Определение расчётных усилий, действующих в точке В

åPx=0 åPy=0 a=83.76° b=64.64°

-HB+N4cosa - N3cosb=0

VB+N4sina-N3sinb=0

-3415.03-N3cos64.64°+N4cos83.76°=0

.05-N3sin64.64°+N4sin83.76°=04=35615.4даН ;3=1064.96 даН ;

Проверка путём построения силовых многоугольников (1 см = 1000 даН):

.5.4 Таблица расчётных усилий

НаименованиеУсилияЗначениеВид деформацииНаружные раскосыN118817,06даНmax растяжениеN435615,4даНmax сжатиеВнутренние раскосыN2481,97даНсжатиеN31064,96даНрастяжение

1.6 Подбор сечения стержней опорной секции

.6.1 Расчёт на сжатие с учётом продольного изгиба

1) Задаёмся гибкостью l=80 для стали 10Г2С1 j1=0,637 (j- коэффициент понижения сжимающих усилий).

l1108555j0,40,60,8

2) Определяем величину минимального радиуса инерции:

l=0,9 м rmin=0,9/80=0,01125 м = 1,125 см

) Определяем № стандартного однобокого уголка и соответствующую площадь сечения

F1=4,38 см2 уголок №5,6 [5]

) Проверить уголок на устойчивость:

[R]=2900 даН/см2 - расчётное сопротивление стали

перегрузка более 5%

Так как перегрузка более 5%, выберем следующее по величине rmin2=1.58см, тогда номер уголка 8, сечение F2=10.8 см2

) Определить гибкость l2

Проверяем действующее значение напряжения

перегрузка превышает 5%

Выберем уголок сномером 10, у которого F=15.6 см2, rmin=1.98 см, тогда

Проверяем действующее значение напряжения:

недогрузка на 8,46% < 10%

Сечение уточняется при недогрузке более чем на 10% и при перегрузке более чем на 5%. Принимаем уголок №10, F=15,6 см2, rmin=1,98 см.

1.6.2 Расчёт на сжатие с учётом ослабления сечения:

,8-коэффициент ослабления (дырки под болты).

Выбираем стандартный уголок номер 10, у которого F=15.6 см2

Недогрузка 1,6%

1.6.3 Расчёт на растяжение с учётом ослабления сечения

Выбираем стандартный уголок номер №8, у которого F=8.63 см2

Недогрузка 6%

Вывод: окончательно принимаем уголок №10, площадь сечения F=15.6см2, с толщиной стенки d=8мм

.6.4 Подбор сечения стержня внутренней решетки опорной секции

Стержни внутренней решётки не воспринимают усилий от нагрузки.

l3=1,12 м

) Принимаем для внутреннего нерабочего стержня l3 предельную гибкость lпр=200

) Определяем минимальный радиус инерции:

l3 - наиболее длинный стержень решетки

l3=C/2+l, где l=[(h-h1)/h]*[(C-C1)/2] (по подобию треугольника)

h1=tgb*C1/2=tg64.64*5.42/2=5.71 м, тогда

l3=3.387/2+[(9.3-5.71)/9.3]*[(5.42-3.38)/2]=2.08 м

С учетом rmin=1.04 выбираем уголок №5

.7 Расчёт и конструирование узлов опорной секции

.7.1 Характеристика узлов опорной секции

-центральный узел выполняется

в болтовом варианте;

-верхние опорные узлы, также в

болтовом варианте;

-нижние опорные узлы

выполняются сварными.

.7.2 Расчёт центрального узла опорной секции

1. В центральном узле появляются внутренние уравновешивающиеся силы.

R2= N2 2+N32-2 N2N3cos2b =±Ö(N22+N32-2N2N3cos2b)=±Ö[(481,97)2+(1064,96)2-2×481,97×1064,96×cos129,28]= ±1419,98даН

2)Расчет болтового соединения на срез

Количество болтов из условия на срез

[t] =500 даН/см2 - касательное напряжение на срез.

dб=10 мм =1 см

) Определение количества болтов из условия на смятие.

dmin=0,8…1 см - линейная толщина наименьшей накладки.

С учётом расчёта на срез и смятие принять количество болтов для центрального узла опорной секции- 4штуки с диаметром равным 10 мм.

) Расчёт сварного соединения для нижнего опорного узла.

an=0,3 коэффициенты,учитывающие распределение усилий на сварные швы

a°=0,7

b= коэффициент ,учитывающий вид сварки

а) ручная b=0,7

б)машинная b=1

[t]СВ=15даН/мм2

hш=d=8мм=0,8см (уголок №10)

2. Проектирование механического привода

2.1 Назначение и сравнительная характеристика привода

Редуктором называют механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненный в виде отдельного агрегата и служащий для передачи вращения от вала двигателя к валу рабочей машины. Кинематическая схема привода может включать, помимо редуктора, открытые зубчатые передачи, цепные или ременные.

Назначение редуктора - понижение угловой скорости и соответственно повышения вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим. Механизм для повышения угловой скорости, выполненные в виде отдельных агрегатов, называют ускорителями или мультипликаторами.

Редуктор состоит из корпуса (литого чугунного или сварного стального), в котором помещают элементы передачи - зубчатые колеса, валы, подшипники и т.д. В отдельных случаях в корпусе редуктора размещают также устройства для смазывания зацеплений и подшипников (например, внутри корпуса редуктора может быть помещен шестеренный масляный насос) или устройства для охлаждения (например, змеевик с охлаждающей водой в корпусе червячного редуктора).

Редуктор проектируют либо для привода определенной машины, либо заданной нагрузке (момент на выходном валу) и передаточному числу без указания конкретного назначения. Второй случай характерен для специализированных заводов, на которых организовано серийное производство редукторов.

Редукторы классифицируют по следующим основным признакам: типу передачи (зубчатые, червячные или зубчаточервячные); числу ступеней (одноступенчатые, двухступенчатые и т.д.); типу зубчатых колес (цилиндрические, конические, коническо-цилиндрические и т.д.); относительному расположению валов редуктора в пространстве (горизонтальные, вертикальные); особенностям кинематической схемы (развернутая, соосная, с раздвоенной ступенью и т.д.).

Возможности получения больших передаточных чисел при малых габаритах обеспечивают планетарные и волновые редукторы.

Одноступенчатые цилиндрические редукторы могут иметь колеса с прямыми, косыми или шевронными зубьями. Корпуса чаще выполняют литыми чугунными, реже - сварными стальными. Максимальное передаточное число одноступенчатого цилиндрического редуктора по ГОСТ 2185-66 Umax=12,5. Высота одноступенчатого редуктора с таким или близким к нему передаточным числом больше, чем двухступенчатого с тем же значением U. Поэтому практически редукторы с передаточными числами, близкими к максимальному, применяют редко, ограничиваясь U£6.

Одноступенчатые конические редукторы применяют для передачи движения между валами, оси которых пересекаются обычно под углом 90°. Передачи с углами, отличными от 90°, встречаются редко. Передаточное число U одноступенчатых конических редукторов с прямозубыми колесами, как правило, не выше трех; в редких случаях U=4. При косых или криволинейных зубьях U=5 (в виде исключения U=6,3).

У редукторов с коническими прямозубыми колесами допускаемая окружная скорость (по делительной окружности среднего диаметра) V£5м/с. При более высоких скоростях рекомендуют применять конические колеса с круговыми зубьями, обеспечивающими более плавное зацепление и большую несущую способность.

Двухступенчатые цилиндрические редукторы

Наиболее распространены двухступенчатые горизонтальные редукторы. Эти редукторы отличаются простотой, но из-за несимметричного расположения колес на валах повышается концентрация нагрузки по длине зуба. Поэтому в этих редукторах следует применять жесткие валы.

В отношении типа зубьев и подшипников в двухступенчатых редукторах справедливо сказанное относительно одноступенчатых цилиндрических редукторов; часто быстроходную ступень выполняют косозубой, а тихоходную - прямозубой.

Редуктор с раздвоенной быстроходной ступенью может иметь либо шевронные колеса, либо прямозубые. При раздвоенной быстроходной (или тихоходной) ступени колеса расположены симметрично относительно опор, что приводит к меньшей концентрации нагрузки по длине зубьев, чем при применении обычной развернутой или соосной схемы. Это позволяет иметь в рассматриваемом случае менее жесткие валы.

Двухступенчатые цилиндрические редукторы обычно применяют в широком диапазоне передаточных чисел: по ГОСТ 2185-66 U=6,3¸63.

От целесообразной разбивки общего передаточного числа двухступенчатого редуктора по его отдельным ступеням в значительной степени зависят габариты редуктора, удобство смазывания каждой ступени, рациональность конструкции корпуса и удобство компоновки всех элементов передачи.

Коническо-цилиндрические редукторы

В двухступенчатых коническо-цилиндрических редукторах коническая пара может иметь прямые, косые или криволинейные зубья. Цилиндрическая пара также может быть либо прямозубой, либо косозубой. Наиболее употребительный диапазон передаточных чисел для таких редукторов U=8¸15. Наибольшие значения при прямозубых конических колесах с круговыми зубьями Umax=34.

Червячные редукторы

Червячные редукторы применяют для передачи движения между валами, оси которых перекрещиваются.

По относительному положению червяка и червячного колеса различают три основные схемы червячных редукторов: с нижним, верхним и боковым расположением червяка. При нижнем расположении червяка условия смазывания зацепления лучше, при верхнем хуже, но меньше вероятность попадания в зацепление металлических частиц - продуктов износа.

Выбор схемы редуктора обусловлен удобством компановки привода в целом : при окружных скоростях червяка до 4-6 м/с предпочтительно нижнее расположение червяка. Передаточные числа червячных редукторов обычно колеблются в пределах U=8¸80.Т.к. КПД червячных редукторов невысок ,то для передачи больших мощностей и в установках, работающих непрерывно, проектировать их нецелесообразно. Практически червячные редукторы применяют для передачи мощности до 45 кВТ и в виде исключения до 150кВТ.

2.2 Кинематический и силовой расчет привода

.2.1 Определить момент сопротивления барабана

TЗ=РБ×(DБ/2)

Рб=85кН -усилие на барабане;

Dб=0,3м-диаметр барабана;

.2.2 Опредилить угловую скорость на барабане (выходном валу)

nвых= nб=8 об/мин (число оборотов барабана)

.2.3 Определить мощность привода

N3=T3×w3=12750Н×м×0,838с-1=10685Вт»10,685кВт

2.2.4 Определить КПД привода

hР-КПД редуктора,

h0П-КПД открытой передачи,

hn-КПД пары подшипников,

h3-КПД закрытой передачи.

h=hР ×h0П×hn

hР=h3×hn2 .

Выбираем средние значения КПД механических передач:

h0П=0,95;

hn=0,99;

hР =0,97;

hР=0,97×(0,99)2=0,95

h=0,95×0,95×0,99=0,89 [6]

.2.5 Определить передаточное отношение привода

U=nвх/nвых

nвх, nвых- частота вращения входного и выходного валов соответственно

nвх=96 об/мин,

nвых=8 об/мин

U =96/8=12

.2.6 Передаточное отношение открытой передачи:

Выбираем U0П=3,81 (ГОСТ 2185-66) [6] стр.7

.2.7 Определение передаточного отношения редуктора

Uр= U/ U0П=12/3,81=3,15;

Полученное значение входит в стандартный ряд по ГОСТ 2185-66.

2.2.8 Определить момент сопротивления на промежуточном валу

T2=T3/U0П×h0П=12750 Н×м/(3,81×0,95)=3522,6Н×м

.2.9 Определить угловую скорость на входе

w1=p×nвх/30=3,14×96об/мин/30=10,05с-1

2.3 Геометрический прочностной расчёт цилиндрических закрытых передач (редукторов)

2.3.1 Выбор материала

Выбираем материал: сталь 45

[s]н =550 МПа -допускаемое напряжение на контактную прочность.

.3.2 Расчет геометрических параметров зубчатой передачи

1)Примем, z1=18 - количество зубьев на шестерне, тогда

z2= z1× Uр=18×3,15=56,7»57 - число зубьев на колесе.

)Межосевое расстояние :

Для косозубых передач

КН?=1,1(примем)- коэффициент, учитывающий неравномерность

распределения нагрузки между зубьями.

КНb=1,11 - учитывает неравномерность распределения нагрузки по

ширине венца.

КНu=1,02 - учитывает влияние динамической нагрузки, возникающей в

зацеплении.

yва=0,4 коэффициент ширины венца по межосевому расстоянию для косозубых колёс [6]табл. 3.1,3.6

Ближайшее стандартное значение аw=250мм

)Определение нормального модуля зацепления:

?=260 - угол наклона линии зуба (примем), тогда

Входит в ряд стандартных значений [6].

)Определим основные размеры для шестерни и колеса:

А)диаметры делительные:

- на шестерне

на колесе

Проверка:

Б)диаметры вершин зубьев:

на шестерне

da1=d1+2mn=120мм+2×5мм=130мм

на колесе

da2=d2+2mn =380мм+2×5мм=390мм

В) диаметры впадин

на шестерне

df1=d1-2,5mn=120мм-2,5×5мм=107,5мм

на колесе

df2=d2+2,5mn=380мм-2,5×5мм=367,5мм

Г)ширина венца колеса

b2=yba×aw=0,4×250=100мм;

Д)ширина венца шестерни

b1= b2+5мм=105мм

Е)длина зуба

bз2= b2/cos ?=100мм/cos 260=111,26мм

bз1= b1/cos ?=105мм/cos 260=116,82мм

Окружная скорость колёс:

При такой скорости для косозубых колёс следует принять восьмую степень точности ([6] табл.3.4)

Уточняем коэффициенты :КH= КHb× КHa× ×КHV

КHa=1,06;

КHb=1,15;

КHV=1,0; при условии, что ybd=b1/d1=105мм/120мм=0,875 и симметричном рясположении колёс

КH=1,06×1,15×1,0=1,219

.3.3 Проверка зубчатой передачи на контактную прочность

,24Н/мм2<550 Н/мм2=[s]H

2.3.4Определение усилий зацепления

- окружные:

радиальные:

?=200 - угол защепления зубьев, тогда

- осевые:

2.4 Расчёт открытой конической передачи

.4.1 Выбор материала

Принимаем для шестерни и колеса одну и ту же марку стали .

Сталь 45 с твёрдостью НВ 190 Н/мм2

Допускаемое напряжение при проверке зубьев на выносливость по напряжению изгиба

Коэффициент запаса прочности [n]f определяют как произведение двух коэффицитов [n]f=[n]f¢×[n]f¢¢ [6]

[n]f¢ - учитывает нестабильность свойств материала зубчатых колёс ([6],табл. 3.9)

[n]f¢=1,75-учитывает нестабильность свойств материала зубчатых колес;

[n]f¢¢ - учитывает способ получения заготовки зубчатого колеса

[n]f¢¢ =1,0- для поковок и штамповок, тогда

[n]f=1,75

sf°limb=1,8×HB=1,8×190 Н/мм2=342 Н/мм2

2.4.2 Геометрические параметры конической передачи

) Примем количество зубьев на

шестерне

Z1=20, тогда

Z2= Z1 ×UОП=20×3,81=76,2»77 - количество

зубьев на колесе.

) Угол делительного конуса колеса:

d2=arctg(U0П)=75,3°;

угол делительного конуса шестерни:

d1=90-d2=14,7°

3)Расчёт среднего окружного модуля:

ybm - коэффициент ширины венца по отношению к среднему

модулю.

KF - коэффициент нагрузки при расчёте на изгиб

KF=KFb×KFV;

KFb=1,34 - учитывает неравномерность распределения нагрузки по длине зуба;

KFV=1,45 - коэффициент динамичности; [6] стр.35

KF=1,943 .

YF - коэффициент формы зубьев, выбираемый в зависимости от эквивалентного числа зубьв Zv:

Расчёт ведём по тому колесу, у которого отношение [sF]/ YF меньше,

т.к. материал одинаковый, то выбираем шестерню.

qF=0,85 - опытный коэффициент нагрузочной способности.

Т= Т2=3522,6×103 Н×мм-вращающий момент на промежуточном валу.

)Расчёт внешнего окружного модуля:

b - ширина зубчатого венца:

)Определение среднего делительного диаметра:

шестерни: d1=m×Z1=10,84×20=216,8 мм

колеса: d2=m×Z2=10,84×77=834,68 мм

)Определение внешнего делительного диаметра:

шестерни: dе1= mе×Z1=12,65×20=253 мм

колеса: dе2= mе×Z2=12,65×77=974,05 мм

)Внешнее конусное расстояние:

)Среднее конусное расстояние:

R=Rе - 0,5×b=503,5мм - 0,5×142,44мм=432,3 мм

)Внешняя высота головки зуба:

hae = mе =12,65 мм

)Внешний диаметр вершин зубьев:

шестерни: dае1= dе1+2× hae×cos(s1)=253+2×12,65×cos14.7°=277,2 мм

колеса: dае2= dе2+2× hae× cos(s2)=974,05+2×12,65×соs75,3°=980,4мм

2.4.3 Определение усилий, действующих в зацеплении

окружное:

радиальные и осевые усилия:

Pr2 = Pa1=P×tg(?) ×cos(s1)=32500Н×tg20°×cos14.7°=11441,8Н

Pa2= Pr1= P×tg(?) ×cos(s2)=32500Н×tg20°×cos75,3°=3001,7Н

2.4.4 Проверка зубьев на выносливость по напряжению изгиба

2.5 Конструирование деталей и эскизная компоновка редуктора

2.5.1 Ориентировочный расчёт валов из условия на кручение:

Определить диаметры выходного конца ведущего и ведомого валов:

Материал - сталь 45, тогда [t]k - допускаемое касательное напряжение

при кручении,причем:

[t]kР ведущего вала=25Н/мм2 ; [6]

[t]k ведомого вала=20 Н/мм2.

T - крутящий момент, действующий на валу, тогда:

Принимаем стандартные значения:

dВ1=60мм; dВ2=95мм.

2.5.2 Определение основных конструктивных размеров валов

1) диаметры под подшипник:

А) ведущий вал: dn1 = dВ1+(2…5)мм=60мм+5мм=65мм,

Б) ведомый вал: dn2 = dВ2+(2…5)мм=95мм+5мм=100мм

Принять за основу ступенчатую конструкцию вала.

Шарикоподшипники радиально-упорные (ГОСТ 831-75)

А)№46313 d=65мм - диаметр внутреннего кольца;

D=140мм - диаметр внешнего кольца подшипника;

В=33мм - ширина подшипника;

С=113кН - динамическая грузоподъемность;

С0=75 кН - статическая грузоподъемность;(средняя узкая серия)

Б) №46320, где d=100мм, D=215мм, В=47мм,

С=213кН, С0=177кН.(тяжелая серия)

Шестерню выполняем за одно целое с валом, где

dш =d1 =120мм

da1=130мм

bш= b1=105мм,

(2…2,5) dв1=2,4×60=144мм

Ведомый вал:

b2=100мм-ширина колеса

dk2=dn2+(2…5)мм=100мм+5мм=105мм - размер под колесо;

dS=dk2+(2…5)мм=110мм - размер под бортик.

продольные размеры:

LK=(1,2…1,5)×dk2=1,4×105=147мм - длина ступицы колеса;

S=5мм - длина под бортик;

(2…2,5) dв2=2,4×95=228мм.

Входной вал:

Выходной вал:

2.5.3 Конструирование колеса:

Dст=1,6×dk=168 мм - диаметр ступицы;

d =(2,5…4)×mn=4×5=20 мм-толщина обода;

b2=100мм - ширина венца колеса;

df2=367,5мм;

d2=380мм;

dа2=390мм;

Lк=147мм;

С=0,3×b2=30мм - толщина диска.

2.5.4 Определение конструктивных размеров корпуса редуктора

- Толщина стенки корпуса редуктора:

d=0,025aw+1мм=0,025×250мм+1мм=7,25 мм

Толщина стенки крышки редуктора:

d1=0,02aw+1мм=0,02×250мм+1мм=6 мм.

Первый этап компоновки редуктора: служит для приближённого определения положения зубчатых колёс относительно опор для

последующего определения опорных реакций и подбора подшипников.

Очерчиваем внутреннюю стенку корпуса:

а) принимаем зазор между торцом колеса и внутренней стенкой корпуса А=1,2d=1,2×7,25мм=8,7мм

б) принимаем зазор от окружности вершин зубьев шестерни до внутренней

стенки корпуса А=8,7мм

Причем:

у=8…10мм=8мм;

а1= а2=А+ b2/2+y+ bn1/2=8,7+100/2+8+33/2=83,2мм.1= b2=А+ b2/2+y+ bn2/2=8,7+100/2+8+47/2=90,2мм.3 = (2…2,5) dв2+ bn2/2=237,5+47/2=261мм.

2.6 Расчет долговечности подшипников

Расчет вала на усталостную прочность.

.6.1 Ведущий вал

2.6.1.1 Определение сил и моментов

Р=18540Н (окружная сила )

Рa=5316Н (радиальная сила)

Рr=7020Н (осевая сила)

М=Ра×(d1/2)=5316Н×(120мм/2)= 319000Н×мм

.6.1.2 Определение реакций в опорах

Вертикальная плоскость:

åМ(А)=0

Pr×а1+M-VB2а1=0

VB= (Pr×а1+M)/2а1=(7020Н×83,2мм+319000 Н×мм )/2×83,2мм=5427H

åM(B)=0

VA2а1 -Pr×а1+M=0

VA= (Pr×а1-M)/2а1=(7020Н×83,2-319000Н×мм)/2×83,2мм=1593H

Проверка: VA-Pr+VB=0

Горизонтальная плоскость:

åМ(А)=0

P×а1+НВ ×2×а1=0

НВ= HA=P×а1/ 2×а1=Р/2=18540Н/2=9270Н.

åM(B)=0

HA ×2 ×a1+P ×a1=0

HA=P/2=9270H

2.6.1.3 Определение эквивалентной нагрузки

РЭ=(х×КV×Fr+y×Fa)×KБ×КТ [4]

х,у-коэффициенты радиальной и осевой нагрузки;

КV=1-коэффициент, учитывающий вращение колец подшипника

KБ=1,2 -коэффициент безопасности

КТ=1 ,если t<100°C -температурный коэффициент

Fr=Rmax=RB;

Fа= Ра=5316Н - осевая нагрузка;

отношение Fa/C0=5316/75000=0,071, этой велечине соответствует l»0,68 [6]

Отношение Pa/RB=5316/10740=0,495<l ,следовательно х=1,у=0.

РЭ=(1×10740Н+0) ×1,2×1=12888Н

.6.1.4 Определение расчетной долговечности

- в миллионах оборотов:

- в часах:

Оставляем данную серию подшипников.

.6.2 Ведомый вал

2.6.2.1.Определение сил и моментов

Р=18540Н, Р1=32500Н - окружная сила;

Рa=5316Н, Рa1=11441.8Н - осевая сила;

Рr=7020Н, Рr1=3001.7Н - радиальная сила;

Ма=Ра×(d2/2)=5316Н×(380мм/2)=1010000Н×мм; Ма1=Ра1×(d1оп/2)=11441.8Н×(216,8мм/2)=1240000 Н×мм.

b1=b2=90.2мм; b3=261мм

2.6.2.2 Определение реакций в опорах.

Вертикальная плоскость:

åМ(А)=0

Pr×b1+Ma-VB×2×b1+Pr1(2×b1+b3)-Ma1=0

VB= (Pr×b1+Ma+Pr1(2×b1+b3)-Ma1)/2×b1B=(7020Н×90,2мм+1010000Н×мм+3001.7Н(2×90,2мм+261мм)-1240000Н×мм)/ 2×90,2мм=9580H

åM(B)=0A×2×b1-Pr×b2+Ma -Ma1+Pr1b3=0A= (Pr×b2-Ma +Ma1-Pr1b3)/2×b1A=(7020Н×90,2мм-1010000Н×мм+1240000Н×мм-3001.7Н×261мм)/ 2×90,2мм =442H

Проверка: VA-Pr+VB-Pr1=0

Горизонтальная плоскость:

åМ(А)=0

P×b1-НВ 2×b1 +P1(2×b1+b3)=0

НВ=( P1(2×b1+b3)- P×b1)/ 2×b1=(32500Н×(2×90,2мм+261мм)-18540Н×90,2мм)/

2×90,2мм=70251H

åM(B)=0

HA×2b1-P×b2-P1×b3=0A=( P×b2+P1×b3)/2b1=(18540Н×90,2мм+32500Н×261мм)/2×90,2мм= 56291Н

Проверка: НА+Р1-НВ-Р=0

2.6.2.3 Построение эпюр

Вертикальная плоскость.

)-VA×x=M(x) 0£x£b1

M(0)=0 (b1)=-442H×0.0902м=-39.86Н×м

) b1£x£b2+b1 M(x)=-VA×x-Ma+Pr(x-b1)(b1)= -VA× b1-Ma=-39.86Н×м-1010H×м= -1049.86Н×м

M(2b1)=-VA×2b1-Ma +Pr×b1=-39.86Н×2×0,0902м-1010Н×м+7020Н×0,0902м=

=-383.98Н×м

) b1+b2£x£b2+b1+b3 M(x)= -VA×x-Ma+Pr(x-b1) -VB(x-2b1)(2b1)= -383.98H×м(2b1 +b3)= -VA×(2b1+b3)- Ma +Pr×(b2+b3) -VB×b3= -1240H×м

Горизонтальная плоскость

)М(х)=НА×х 0£x£b1

M(0)=0

M(b1)=НА×b1=56291H×0,0902м=5077Н×м

) b1£x£b2+b1 M(x)=НA×x-Pr(x-b1)

М(b1)= 5077Н×м

М(b1+b2)=HA×2b1-P×b1=56291Н×2×0.0902м-18540Н×0,0902м=8483Н×м

) b1+b2£x£b2+b1+b3 M(x)=НA×x-Pr(x-b1)-НB(x-2b1)

М(b1+b2)=8483Н×м

М(b1+b2 +b3)=HA×(2b1+b3)-Pr×(b2+b3)-HB×b3=56291Н×(2×0,0902м+0,261м)-

Н×(0,0902м+0,261м) -70251Н×0,261м= 0,088»0 Н×м

Построение эпюр:

2.6.2.4 Определение эквивалентной нагрузки

РЭ=(х×КV×F2+y×Fa)×KБ×КТ

F2=Rmax=RB

Fa= Рa =2650Н

КV=1-коэффициент учитывающий вращение колец подшипника

KБ=1,2 -коэффициент безопасности

КТ=1 ,если t<100°C -температурный коэффициент

Fa/C0=5316Н/177000Н=0,03, этой величине соответствует l»0,68

( [6],стр.119 )

Отношение Pa/RB=5316Н/70901Н=0,075<l ,следовательно

х=1,у=0

РЭ=1×1×70901Н×1,2×1=85081Н

.6.2.5 Определение расчетной долговечности

- в млн. об.

в часах:

Оставляем данную серию подшипников.

2.7 Уточнённый расчет валов

.7.1 Выбрать материал вала

Примем для вала углеродистую сталь 30ХГС.

Предел временного сопротивления sв=1020МПа.

.7.2 Определить изгибающие моменты

вертикальная плоскость: Миз А-А=-1050Н×м; Миз В-В=-457Н×м

горизонтальная плоскость: Миз А-А=5077Н×м; Миз В-В=8483Н×м

Наиболее опасное сечение : В-В

.7.3 Полярный момент сопротивления

W?=0,2dn23 =0,2×(100мм)3=200×103×мм3

.7.7Определение амплитуды касательных напряжений:

tа=T2/W?=(3522,6×103Н×мм)/200×103мм3=17,613Н/мм2.

Т2=3522,6Н×м - момент сопротивления на промежуточном валу.

2.7.8Определение коэффициентов запаса прочности по нормальным и касательным напряжениям:

s-1 ,?-1 - пределы выносливости при симметричном цикле для нормальных и касательных напряжений.

s-1=0,43sв=0,43×1020=438,6МПа;

?-1=0,58s-1=0,58×438,6=254,4МПа;

?s ,?? - масштабные коэффициенты;

Считая,что диаметр вала в сечении В-В равен 100мм,тогда:

?s=0,70;

??=0,59; [6]

? - коэффициент, учитывающий влияние шероховатости поверхности;

?=0,97, если шероховатость Ra=0,32мкм;

кs, к? - эффективные коэффициенты концентрации напряжений.

Концентрация напряжений обусловлена переходом от диаметра 100мм к диаметру 95мм,и считая что,

dn2/dв2=100мм/95мм=1,05 и r/dв2=2,5мм/95мм=0,026 примем:

кs=2,35-0,54×0,016/0,02=1,9

кt=1,45-0,16×0,016/0,02=1,32 /используя интерполяцию/ [6]

2.7.9 Результирующий коэффициент запаса прочности:

Этот коэффициент возможен только при расчете вала на жесткость.

.7.10 Расчет вала на жесткость:

[?0]=[5-22]×10-3рад/м - допускаемый угол закручивания;

МКР - крутящий момент, действующий в расчетном сечении:

МКР= М=8495,3×103Н×мм;

G - модуль сдвига /для стали G=8×104Н/мм2/;

I? - полярный момент инерции расчетного сечения:

Проверка на жесткость выполнена.

2.8 Выбор и анализ посадок

.8.1 Выбор посадок для основных сопрягаемых деталей

1. Æ65К6, Æ100К6-соединение внутренних колец подшипников качения на

валы, /отклонение вала/.

1. Æ140Н7, Æ215Н7- соединение наружных колец подшипников качения в корпусе,/отклонение отверстия/.
2. Æ105Н7/6 - зубчатое колесо на вал, в случае частого демонтажа /переходная посадка/.

2.8.2 Анализ посадок

1)Определение предельного отклонения основного отверстия Æ105Н7/n6:

Для основного отверстия Н7:

верхнее отклонение Æ105 ЕS=+35мкм

нижнее отклонение Æ105 ЕI=0мкм

Для вала таблица 10.12.[6] n6

верхнее отклонение es=+45

нижнее отклонение ei=+23

Предельные размеры, мм:

Отверстие Н7 Dmax=105,035 Dmin=105,000

Вал n6 dmax=105.045мм, dmin=105.023мм

.Определение минимального значения натяга

Nmin=ES-ei=0,035-0,023=0,012мм

.Определение максимального значения натяга

Nmax=es-EI=45-0=0.045мм

.Определить допуск на отверстие и на вал:

ТД=ES=EI=0,035мм

Тd=es-ei=0,022мм

4. Построим схему допусков:

Cписок использованной литературы

провод воздушная линия коническая передача

1. Справочник по проектированию линий электропередачи /М.Б. Вязьменский, В.Х. Ишкин, К.П. Крюков и др. Под ред.М.А. Реута и С.С. Рокотяна.-2-е изд.,перераб. и доп.-М.:Энергия,1980.-296 с.,ил.
2. Кастанович М.М. Монтаж воздушных линий электропередачи до 110кВ. М.,Энергия,1976. 272 с. ил. (Справочник электромонтажника).
3. Выбор исходного режима и построение монтажных графиков при расчете ЛЭП с применением ЭВМ. Методические указания к выполнению курсового проекта по курсу Прикладная механика для студентовЭЭФ II курса всех форм обучения. НЭТИ Новосибирск 1987.
4. Конспект лекций и практика . Козлов А.Г.
5. Сопротивление материалов, Н.М. Беляев, Главная редакция физико-математической литературы изд-ва Наука ,1976г., стр.608 с ил.
6. Курсовое проектирование деталей машин:

Учебное пособие для учащихся машиностроительных специальностей техникумов/ С.А. Чернавский, К.Н. Боков, И.М. Чернин и др.-2-е изд., перераб. и доп.-М.: Машиностроение,1988.-416 с.: ил.

Министерство образования РФ НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙЙ УНИВЕРСИТЕТ Расчётно-пояснительная запи

Больше работ по теме: