Кинематический расчет и оптимизация параметров механического привода

КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЧЕСКОГО ПРИВОДА

В ПРОГРАММНОМ КОМПЛЕКСЕ MathCad

 

МЕТОДИЧЕСКОЕ УКАЗАНИЕ

к практическим занятиям по дисциплинам
	(вид занятий)
"Детали машин и основы конструирования" и "Прикладная механика"
для студентов специальностей	НР-090600; НРГ-090602; НРК-090603;
		(код и наименованиеспециальности)
СТХ-090702; НТХ-090703; НБ-090800; МОП-130602; МХП-170500;
МКС-120200; ТМ-120100; МвМ-120800; ТПП-271200; АТХ-150200;
СТЭ-230100; ЭАТ-240100; ПДМ-170900; СП-120500; ПМб-553300;
ГФН - 080200, ГН - 080500, ГИГ – 011400, Дизайн-152400
очной и заочной форм обучения

 

Тюмень 2005

Утверждено редакционно-издательским советом

Тюменского государственного нефтегазового университета

 

СОСТАВИТЕЛИ: к.т.н., доцент К.В. Сызранцева

к.т.н., доцент А.П. Школенко

ассистент Е.В. Попова

 

 

© государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"Тюменский государственный нефтегазовый университет" 2005 г.

ВВЕДЕНИЕ

Проектирование приводных устройств следует начинать с кинематического расчета привода. Исходными данными, необходимыми для расчета, обычно являются такие показатели: схема привода, номинальный крутящий момент приводимой в движение машины, его угловая скорость, график изменения нагрузки (или момента) во времени. По этим данным нетрудно определить значения моментов и угловых скоростей. Определив предварительно требуемую номинальную мощность электродвигателя и угловую скорость вращения его вала, вычисляют общее передаточное число привода для одного или нескольких вариантов. Оценивая полученное значение передаточного числа всего привода, намечают несколько вариантов его разбивки по ступеням. Окончательное решение вопроса о выборе варианта разбивки общего передаточного числа между механическими передачами разных типов требует сопоставления на основе технико-экономических расчетов нескольких вариантов.

Выбрать из множества вариантов оптимальный более удобно с использованием программного обеспечения, позволяющего провести анализ вариантов в автоматизированном режиме. Наиболее целесообразно реализовать процесс оптимизации разбивки передаточного числа привода в программном комплексе MathCad – универсальном математическом процессоре.

Кинематический расчет привода

 

Исходные данные:

1) Р_р - мощность на валу приводимой в движение машины (приводном валу)

2) n_p - число оборотов приводного вала.
Примечание: если задана w_р - угловая скорость приводного вала, то число его оборотов можно вычислить по формуле n = w · 30 / p об/мин.

Цель расчета: выбрать электродвигатель и определить передаточное число привода и его ступеней

Выбор электродвигателя

1. Вычислить h - общий КПД привода, включающего 3 ступени

h = h₁ · h₂ · h₃,

где h₁, h₂, h₃ – КПД отдельных ступеней, выбираются по Таблице 1 в зависимости от вида передачи. Если привод включает только 2 ступени, во всех расчетах необходимо исключать третью ступень. При выборе значений из всех таблиц рекомендуется брать средние значения в указанном интервале.

2. Вычислить требуемую мощность двигателя

P₁ = P_p / h,

3. Вычислить примерное общее передаточное число привода, включающего 3 ступени

u_пр.об = u_пр1 · u_пр2 · u_пр3

где u_пр1, u_пр2, u_пр3 – примерные передаточные числа ступеней, выбираются по Таблице 2 в зависимости от вида передачи.

Примечание: Если проектируется цилиндрический двухступенчатый редуктор, то передаточное число быстроходной ступени следует выбирать большим, чем для тихоходной с целью оптимизации размеров редуктора и условий смазки.

Передаточные числа для редукторов необходимо округлить до ближайшего значения из ряда по ГОСТу (Таблица 3)

4. Вычислить примерную частоту вращения вала электродвигателя

n_пр.эд = n_p · u_пр.об

5. Выбрать синхронную частоту вращения вала электродвигателя, ближайшую из ряда:

750, 1000, 1500, 3000 об/мин

6. Выбрать по Таблице 4 электродвигатель с выбранной синхронной частотой вращения, у которого мощность P_эд – ближайшая большая, чем вычисленная Р_1.

7. Частоту вращения первого вала принять равной частоте вращения вала выбранного электродвигателя (по каталогу)

n₁ = n_эд

Примечание: Мощность двигателя P₁ следует оставить без изменения!

ПРИМЕР КИНЕМАТИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ПРИВОДА, ВКЛЮЧАЮЩЕГО ДВЕ СТУПЕНИ

Исходные данные.

Мощность на валу конвейера Вт

Частота вращения вала конвейера об/мин

Выбор электродвигателя

1.Вычисляем КПД привода.
Первая ступень: плоскоременная передача, ее КПД

Вторая ступень: редуктор, общий КПД вычисляется перемножением КПД закрытой зубчатой передачи и КПД двух пар подшипников

Общий КПД привода

2. Требуемая мощность двигателя

Вт

3.Вычисляем примерное передаточное число привода. Значения передаточных чисел передач выбираются по Таблице 2.

Первая ступень: плоскоременная передача, ее передаточное число

Вторая ступень: закрытая цилиндрическая зубчатая передача

Примерное общее передаточное число привода

4. Примерная частота вращения вала электродвигателя

об/мин

5. Ближайшая синхронная частота вращения вала электродвигателя

об/мин

6. В каталоге электродвигателей с синхронной частотой вращения 750 находим первый электродвигатель, мощность P эдкоторого превысит вычисленную Р 1

Это электродвигатель 4А132S8У3 с мощностью 4000 Вт

7. Частота вращения первого вала равна частоте вращения вала выбранного электродвигателя 4А132S8У3

об/мин

ПРИМЕР КИНЕМАТИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ПРИВОДА, ВКЛЮЧАЮЩЕГО ТРИ СТУПЕНИ

Исходные данные.

Мощность на приводном валу Вт

Угловая скорость приводного вала 1/с

Частота вращения вала конвейера вычисляется по формуле

следовательно об/мин.

Выбор электродвигателя

1. Вычисляем КПД привода.

Первая ступень: быстроходная ступень цилиндрического редуктора, общий КПД вычисляется перемножением КПД закрытой цилиндрической зубчатой передачи, КПД первой пары подшипников и КПД муфты

(значения выбраны из Таблицы 1)

Вторая ступень: тихоходная ступень редуктора, общий КПД вычисляется перемножением КПД закрытой цилиндрической зубчатой передачи и КПД двух пар подшипников

Третья ступень: открытая цепная передача, ее КПД

Общий КПД привода

2. Требуемая мощность двигателя

Вт

3. Вычисляем примерное передаточное число привода. Значения передаточных чисел передач выбираются по Таблице 2.

Первая ступень: закрытая цилиндрическая зубчатая передача, ее передаточное число

(округлили по первому ряду Таблицы 3)

Вторая ступень: закрытая цилиндрическая зубчатая передача

(округлили по второму ряду Таблицы 3)

Третья ступень: открытая цепная передача

Примерное общее передаточное число привода

4. Примерная частота вращения вала электродвигателя

5. Ближайшая синхронная частота вращения вала электродвигателя, согласно Таблице 4, равна об/мин

6. В каталоге электродвигателей (Таблице 4) с синхронной частотой вращения 1500 об/мин находим первый электродвигатель, мощность P эдкоторого превысит вычисленную Р 1. Это электродвигатель 4А100L4У3 с мощностью 4000 Вт

7. Частота вращения первого вала равна частоте вращения вала выбранного электродвигателя 4А100L4У3 об/мин

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица 1

Примерные значения КПД различных передач

Вид передачи	Закрытая	Открытая
Цилиндрическая зубчатая передача	0.96…0.98	0.93…0.95
Коническая зубчатая передача	0.95…0.97	0.92…0.94
Червячная передача - самотормозящая z1=1 - несамотормозящая z1=1 z1=2 z1=4	0.45 0.68…0.72 0.73…0.78 0.78…0.84	0.40 0.52…0.62 0.62…0.72
Цепная передача	0.95…0.97	0.90…0.93
Плоскоременная передача	——	0.93…0.95
Клиноременная передача	——	0.94…0.96
Фрикционная передача	0.90…0.96	0.70…0.80
Одна пара подшипников качения	0.990…0.995
Муфта	0.98…0.99

Примечание: рекомендуется брать среднее значение в указанном интервале.

Таблица 2

ЛИТЕРАТУРА

1. Детали машин: Учебник для машиностроительных специальностей вузов/ М.Н. Иванов, В.А. Финогенов – 8-е изд.,испр.– М.: Высш. шк., 2003.– 408с.: ил.

2. Детали машин/ К.И. Заблонский.– К.: Вища шк. Головное изд-во, 1985.– 518с.

3. Дунаев П.Р., Леликов О.П. Конструирование деталей и узлов машин. М.: Высшая школа, 2001. – 447с.

4. Дьяконов В. Mathcad 2001: Специальный справочник. – СПб.: Питер, 2002.– 832с.: ил.

5. Кирьянов Д.В. Самоучитель Mathcad 11.- СПб.: БХВ-Петербург, 2003.- 560с.: ил.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 3

1. Кинематический расчет привода 4

1.1. Выбор электродвигателя 4

Методическое указание

к	практическим занятиям	по дисциплинам	"Детали машин и основы
	(вид занятий)
конструирования" и "Прикладная механика"
для студентов специальностей	НР-090600; НРГ-090602; НРК-090603;
		(код и наименованиеспециальности)
СТХ-090702; НТХ-090703; НБ-090800; МОП-170200; МХП-170500;
МКС-120200; ТМ-120100; МвМ-120800; ТПП-271200; АТХ-150200;
СТЭ-230100; ЭАТ-240100; ПДМ-170900; СП-120500; ПМб-553300;
ГФН - 080200, ГН - 080500, ГИГ – 011400, Дизайн-152400
очной и заочной форм обучения.

 

СОСТАВИТЕЛИ: к.т.н., доцент К.В. Сызранцева

к.т.н., доцент А.П. Школенко

ассистент Е.В. Попова

 

 

Подписано к печати Бум. писч №1

Заказ № Уч. изд. л.

Формат 60/90 1/16 Усл. печ. л.

Отпечатано на RISO GR 3750 Тираж 300 экз.

Издательство «Нефтегазовый университет»

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Тюменский государственный нефтегазовый университет»

625000, г.Тюмень, ул.Володарского, 38

Отдел оперативной полиграфии издательства «Нефтегазовый университет»

625039, г.Тюмень, ул. Киевская, 52

 

КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ И ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ МЕХАНИЧЕСКОГО ПРИВОДА