Выбор электродвигателя, кинематический и силовой расчет привода

ВВЕДЕНИЕ

Развитие хозяйства тесно связано с ростом машиностроения, ибо материальное могущество человека заключено в технике – машинах, механизмах, аппаратах и приборах, выполняющих весьма разнообразную полезную работу. В настоящее время нет такой отрасли хозяйства, в которой не использовались бы машины и механизмы в самых широких масштабах.

Технический уровень всех отраслей хозяйства тесно связаны и в значительной степени определяется уровень развития машиностроения. На основе развития машиностроения осуществляется комплексная механизация в промышленности сельского хозяйства, строительстве, на транспорте, в коммунальном хозяйстве.

В решениях правительства постоянно уделяется внимание усовершенствованию и развитию конструкции современных машин. Указываются направления и требования, которые необходимо учитывать при проектировании новых машин и механизмов.

Проектируемые машины и механизмы должны иметь наиболее высокие эксплуатационные показатели (производительность, КПД), небольшой расход энергии и эксплуатационных материалов.

Весьма различные машины и механизмы в большинстве своем состоят из однотипных по служебным функциям деталей и сборочных единиц. Отсюда следует, что одни и те же методы анализа, расчета и проектирования находят применение казалось бы в далеких друг от друга отраслях техники. Поскольку большинство деталей машин общего назначения используются в приводах, то они выбраны одним из объектов курсового проектирования. Привод машин и механизма – система, состоящая из двигателя и связанных с ним устройств для приведение в движение рабочих органов машин.

Редуктор – это комплексная зубчатая передача, состоящая из зубчатых колес, валов, осей, подшипников, корпуса и системы смазки.

По большому счету редуктор используется для передачи мощности отэлектродвигателя к рабочим механизмам.

Редуктора рассматриваемого типа изготавливаются с прямозубыми,

кривозубыми и шевронными колесами. Валы монтируются на подшипниках качения или скольжения.

Корпус изготавливается чаще литым чугунным и реже стальным, сварным.

Наиболее распространены редукторы с валами, расположенными в горизонтальной плоскости, и поэтому они специального обозначения не имеют (у червячных редукторов валы скрещиваются, оставаясь горизонтальными).

Выбор горизонтальной или вертикальной схемы для редукторов всех типов обусловлен удобством общей компоновки привода (относительным расположением двигателя и рабочего вала приводимой в движение машины и

т. д.).

 

 

а - кинематическая схема; б - общий вид редуктора с косозубыми колесами

Рисунок 1.1 - Одноступенчатый горизонтальный редуктор с цилиндрическими зубчатыми колесами

 

 

а - кинематическая схема; 6 - общий вид

Рисунок 1.2 - Одноступенчатый вертикальный редуктор с цилиндрическими колесами

 

Цилиндрические редукторысостоят из цилиндрических зубчатых передач. Благодаря своей долговечности, широкому диапазону передаваемых вращающих моментов, простоте изготовления и обслуживания они широко распространены в машиностроении.

Одноступенчатые редукторы типа Ц применяют при передаточных числах и<6,3. Зацепление в большинстве случаев косозубое.

Двухступенчатые редукторы выполняют по развёрнутой, раздвоенной и соосной схемам. Диапазон и=6,3... 40.

Наиболее распространены цилиндрические двухступенчатые горизонтальные редукторы типа Ц2, выполненные по развёрнутой схеме. Они конструктивно просты, технологичны, имеют малую ширину. Недостатком этих редукторов является неравномерность распределения нагрузки по длине зуба из-за несимметричного расположения колёс относительно опор.

Для улучшения условий работы зубчатых колёс наиболее нагруженной тихоходной ступени применяют редукторы с раздвоенной быстроходной ступенью типа Ц2Ш. Для равномерной нагрузки обеих зубчатых пар быстроходной ступени их выполняют косозубыми, а один из валов делают «плавающим», что обеспечивает самоустановку вала в осевом направлении. Такие редукторы легче редукторов по развёрнутой схеме (на 20%).

 

а - кинематическая схема; б — редуктор со снятой крышкой (колеса косозубые); в — общий вид редуктора, у которого подшипниковые узлы закрыты врезными крышками; г - общий вид редуктора, у которого подшипниковые крышки привернуты винтами.

Рисунок 1.3 - Двухступенчатый горизонтальный редуктор с цилиндрическими колесами

 

а - кинематическая схема; 6 - общий вид (без крышки)

Рисунок 1.4 - Двухступенчатый горизонтальный редуктор с

раздвоенной первой (быстроходной) ступенью

Соосные редукторы типа Ц2С имеют меньшую длину корпуса, это их основное преимущество. Они проще по конструкции, легче и менее трудоёмки в изготовлении, но быстроходная ступень зачастую недогружена, так как силы, возникающие в зацеплении колес тихоходной ступени, значительно больше, чем в быстроходной, а межосевые расстояния ступеней одинаковы (a_w = a_w). Указан­ное обстоятельство является одним из основных недостатков соосных редукторов.

а - кинематическая схема; б - общий вид

Рисунок 1.4 - Двухступенчатый горизонтальный соосный редуктор

 

Расчётный раздел.

 

Суммарные реакции

(1.57)

Подбираем подшипники по наиболее нагруженной опоре.

Эквивалентная нагрузка

Р_э = (X V P_r1 + Y P_a)K_б*K_T, (1.58)

где Р_r1 – радиальная нагрузка;

Р_а – осевая нагрузка;

V=1,так как вращается внутреннее кольцо;

К_б – коэффициент безопасности для приводов ленточных конвейеров

К_б=1; К_т=1 (см. табл. Г.16,17).

 

Определяем отношение F_а/С_о=0,018 по которому по табл. Г.18 определяем коэффициент осевого нагружения e=0,20.

Определяем отношение Р_а/ Р_r1.

Так как Р_а/ Р_r1>e

P_э= (X V P_r+ Y P_a)K_бK_T=(319,2+555,4)·1·1=8746Н (1.59)

 

 

Расчетная долговечность, млн. об

(1.60)

где С – динамическая грузоподъемность по каталогу;

Р – эквивалентная нагрузка;

р – показатель степени: для шарикоподшипников р=3;

для роликоподшипников р=10/3.

Номинальная долговечность в часах

(1.61)

При расчетах следует строго следить за тем, чтобы в формулах С и Р были выражены в одних и тех же единицах.

 

По ГОСТ 16162 – 85 минимальная долговечность подшипников для зубчатых редукторов L_h=10000 ч.

 

Ведомый вал (рис. 2.8).

Реакции опор:

в горизонтальной плоскости

(1.62)

Проверка:

(1.63)

в вертикальной плоскости

(1.64)

Рисунок 1.8 Ведомый вал

 

Проверка:

(1.65)

Суммарные реакции

=35H

(1.66)

Выбираем подшипники по наиболее нагруженной опоре. Далее расчет ведем так же, как и для ведущего вала.

³ =1239399,3H (1.67)

 

Проверочный расчет валов

 

Примем, что нормальные напряжения от изгиба изменяются по симметричному циклу, а касательные от кручения – по отнулевому (пульсирующему).

Проверочный расчет состоит в определении коэффициентов запаса прочности s для опасных сечений и сравнении их с требуемыми (допускаемыми) значениями [s]. Прочность соблюдена при s ³ [s].

Производим расчет для предположительно опасных сечений каждого из валов.

Ведущий вал (рис. 1.7).

Материал вала тот же, что и для шестерни (шестерня выполнена заодно с валом).

По табл. Б.3 определим среднее значение предела прочности.

Предел выносливости при симметричном цикле изгиба

s_-1» 0,43 s_в.

Предел выносливости при симметричном цикле касательных напряжений

t_-1» 0,58 s_-1.

Сечение А—А. Концентрацию напряжений вызывает наличие шпоночной канавки.

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям

(1.89)

где s_-1 – предел выносливости стали при симметричном цикле изгиба; для углеродистых конструкционных сталей s_-1= 0,35s_в + (70…120) МПа;

k_s - эффективный коэффициент концентрации нормальных напряжений, табл. Д.20;

e_s - масштабный фактор для нормальных напряжений, табл. Д.21;

s_u – амплитуда цикла нормальных напряжений, равная наибольшему напряжению изгиба s_и в рассматриваемом сечении

(1.90)

s_m – среднее напряжение цикла нормальных напряжений; если осевая нагрузка F_а на вал отсутствует или пренебрежимо мала, то принимают s_m=0; в противном случае

(1.91)

коэффициент

(1.92)

для углеродистых сталей, имеющих s_в=650…750 МПа, принимают y_s=0,2; для легированных сталей y_s=0,25…0,30.

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям

(1.93)

где t_-1 – предел выносливости стали при симметричном цикле кручения; для конструкционных сталей принимают t_-1=0,58s_-1;

t_u - амплитуда и среднее напряжение отнулевого цикла,

(1.94)

где W_KHETTO — момент сопротивления изгибу,

(1.95)

k_t, e_t - определяем по таблицам Д.20 и Д.21.

 

Результирующий коэффициент запаса прочности

(1.96)

Расчетное значение s должно быть не ниже допускаемого [s] = 2,5.

Выбор сорта масла

Смазывание зубчатого зацепления производится окунанием зубчатого

колеса в масло, заливаемое внутрь корпуса до уровня, обеспечивающего погружение колеса примерно на 10 мм. Объем масляной ванны определяем

из расчета 0,25 дм3 масла на 1 кВт передаваемой мощности

 

(1.77)

 

где Рmp—требуемая мощность, кВт.

По табл. Е.21 устанавливаем вязкость масла. По табл. Е.22 определяем

тип масла.

Камеры подшипников заполняем пластичным смазочным материалом,

периодически пополняем его шприцем через пресс-масленки.

Определяем уровень масла.

 

 

Сборка редуктора

. Перед сборкой внутреннюю полость корпуса редуктора тщательно

очищают и покрывают маслостойкой краской.

Сборку производят в соответствии со сборочным чертежом редуктора,

начиная с узлов валов;

На ведущий вал насаживают мазеудерживающие кольца и

шарикоподшипники, предварительно нагретые в масле до 80-100оС;

В ведомый вал закладывают шпонку и напрессовывают зубчатое

колесо до упора в бурт вала; затем надевают распорную втулку,

мазеудерживающие кольца и устанавливают шарикоподшипники,

предварительно нагретые в масле.

Собранные валы укладывают в основание корпуса редуктора и

надевают крышку редуктора, покрывая предварительно поверхности стыка

крышки и корпуса спиртовым лаком. Для центровки устанавливают крышку

на корпус с помощью двух конических штифтов; затягивают болты,

крепящие крышку к корпусу.

После этого на ведомый вал надевают распорное кольцо, в

подшипниковые камеры закладывают пластичную смазку, ставят крышки

подшипников с комплектом металлических прокладок для регулировки.

Перед постановкой сквозных крышек в проточки закладывают

войлочные уплотнения, пропитанные горячим маслом. Проверяют

проворачиванием валов отсутствие заклинивания подшипников (валы

должны проворачиваться от руки) и закрепляют крышки винтами.

Далее на конец ведомого вала в шпоночную канавку закладывают

шпонку, устанавливают звездочку и закрепляют ее торцовым креплением;

винт торцового крепления стопорят специальной планкой.27

Затем ввертывают пробку маслоспускного отверстия с прокладкой и

жезловый маслоуказатель.

Заливают в корпус масло и закрывают смотровое отверстие крышкой с

прокладкой из технического картона; закрепляют крышку болтами.

Собранный редуктор обкатывают и подвергают испытанию на стенде

по программе, устанавливаемой техническими условиями.

 

 

ГРАФИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

 

 

Лист 1 – Филиал ТюмГНГУ в г. Ноябрьске 150411 02 01 00 СБ-

Редуктор прямозубый. Сборочный чертёж.

Лист 2 - Филиал ТюмГНГУ в г. Ноябрьске 150411 02 01 03 – Вал

тихоходный.

Спецификация – Филиал ТюмГНГУ в г. Ноябрьске 150411 02 01 00 –

Редуктор прямозубый. Спецификация.

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

 

Мною был спроектирован одноступенчатый цилиндрический редуктор

с цепной передачей, передающей вращательное движение от вала

электродвигателя ведущему валу редуктора.

По ходу работы мной были последовательно выполнены следующие

расчеты:

- выбор электродвигателя; кинематический и силовой расчет,

- расчет цепной передачи,

- проектный расчет валов,

- конструктивные размеры зубчатой пары,

- конструктивные размеры корпуса и крышки редуктора,

- расчет параметров клиноременной передачи,

- проверка долговечности подшипников,

- проверка прочности соединений,

- проверочный расчет валов.

А также мной был выбран определенный сорт масла для данного типа

редуктора.

Согласно полученным данным я выполнил сборочный чертеж

редуктора и чертеж ведомого вала.

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

 

1 Анурьев В.Н. Справочник конструктора машиностроителя. В 3-х т. –

М.: Машиностроение, 2001.

2 Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. –

М.: Издательский центр «Академия», 2008. – 496 с.

3 Иванов М.Н., Финогенов В.А. Детали машин. 12-е изд. 2008 год.

4 Курмаз Л. В., Курмаз О. Л. (младший). Конструирование узлов и

деталей машин. - 2007. - 457 с.

5 Новичкова Г.В. Курсовое проектирование по деталям машин.

Методические указания. – Ноябрьск, 2013.

6 Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин. –

Калининград: Янтарный сказ, 2002. – 454 с.

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Развитие хозяйства тесно связано с ростом машиностроения, ибо материальное могущество человека заключено в технике – машинах, механизмах, аппаратах и приборах, выполняющих весьма разнообразную полезную работу. В настоящее время нет такой отрасли хозяйства, в которой не использовались бы машины и механизмы в самых широких масштабах.

Технический уровень всех отраслей хозяйства тесно связаны и в значительной степени определяется уровень развития машиностроения. На основе развития машиностроения осуществляется комплексная механизация в промышленности сельского хозяйства, строительстве, на транспорте, в коммунальном хозяйстве.

В решениях правительства постоянно уделяется внимание усовершенствованию и развитию конструкции современных машин. Указываются направления и требования, которые необходимо учитывать при проектировании новых машин и механизмов.

Проектируемые машины и механизмы должны иметь наиболее высокие эксплуатационные показатели (производительность, КПД), небольшой расход энергии и эксплуатационных материалов.

Весьма различные машины и механизмы в большинстве своем состоят из однотипных по служебным функциям деталей и сборочных единиц. Отсюда следует, что одни и те же методы анализа, расчета и проектирования находят применение казалось бы в далеких друг от друга отраслях техники. Поскольку большинство деталей машин общего назначения используются в приводах, то они выбраны одним из объектов курсового проектирования. Привод машин и механизма – система, состоящая из двигателя и связанных с ним устройств для приведение в движение рабочих органов машин.

Редуктор – это комплексная зубчатая передача, состоящая из зубчатых колес, валов, осей, подшипников, корпуса и системы смазки.

По большому счету редуктор используется для передачи мощности отэлектродвигателя к рабочим механизмам.

Редуктора рассматриваемого типа изготавливаются с прямозубыми,

кривозубыми и шевронными колесами. Валы монтируются на подшипниках качения или скольжения.

Корпус изготавливается чаще литым чугунным и реже стальным, сварным.

Наиболее распространены редукторы с валами, расположенными в горизонтальной плоскости, и поэтому они специального обозначения не имеют (у червячных редукторов валы скрещиваются, оставаясь горизонтальными).

Выбор горизонтальной или вертикальной схемы для редукторов всех типов обусловлен удобством общей компоновки привода (относительным расположением двигателя и рабочего вала приводимой в движение машины и

т. д.).

 

 

а - кинематическая схема; б - общий вид редуктора с косозубыми колесами

Рисунок 1.1 - Одноступенчатый горизонтальный редуктор с цилиндрическими зубчатыми колесами

 

 

а - кинематическая схема; 6 - общий вид

Рисунок 1.2 - Одноступенчатый вертикальный редуктор с цилиндрическими колесами

 

Цилиндрические редукторысостоят из цилиндрических зубчатых передач. Благодаря своей долговечности, широкому диапазону передаваемых вращающих моментов, простоте изготовления и обслуживания они широко распространены в машиностроении.

Одноступенчатые редукторы типа Ц применяют при передаточных числах и<6,3. Зацепление в большинстве случаев косозубое.

Двухступенчатые редукторы выполняют по развёрнутой, раздвоенной и соосной схемам. Диапазон и=6,3... 40.

Наиболее распространены цилиндрические двухступенчатые горизонтальные редукторы типа Ц2, выполненные по развёрнутой схеме. Они конструктивно просты, технологичны, имеют малую ширину. Недостатком этих редукторов является неравномерность распределения нагрузки по длине зуба из-за несимметричного расположения колёс относительно опор.

Для улучшения условий работы зубчатых колёс наиболее нагруженной тихоходной ступени применяют редукторы с раздвоенной быстроходной ступенью типа Ц2Ш. Для равномерной нагрузки обеих зубчатых пар быстроходной ступени их выполняют косозубыми, а один из валов делают «плавающим», что обеспечивает самоустановку вала в осевом направлении. Такие редукторы легче редукторов по развёрнутой схеме (на 20%).

 

а - кинематическая схема; б — редуктор со снятой крышкой (колеса косозубые); в — общий вид редуктора, у которого подшипниковые узлы закрыты врезными крышками; г - общий вид редуктора, у которого подшипниковые крышки привернуты винтами.

Рисунок 1.3 - Двухступенчатый горизонтальный редуктор с цилиндрическими колесами

 

а - кинематическая схема; 6 - общий вид (без крышки)

Рисунок 1.4 - Двухступенчатый горизонтальный редуктор с

раздвоенной первой (быстроходной) ступенью

Соосные редукторы типа Ц2С имеют меньшую длину корпуса, это их основное преимущество. Они проще по конструкции, легче и менее трудоёмки в изготовлении, но быстроходная ступень зачастую недогружена, так как силы, возникающие в зацеплении колес тихоходной ступени, значительно больше, чем в быстроходной, а межосевые расстояния ступеней одинаковы (a_w = a_w). Указан­ное обстоятельство является одним из основных недостатков соосных редукторов.

а - кинематическая схема; б - общий вид

Рисунок 1.4 - Двухступенчатый горизонтальный соосный редуктор

 

Расчётный раздел.

 

Выбор электродвигателя, кинематический и силовой расчет привода

 

Определяем требуемую мощность электродвигателя

(1.1)

где h - общий кпд привода.

h =h_зп×h_рп×h_м×h_пⁿ, (1.2)

где h_зп - кпд зубчатой передачи, 0.98

h_рп - кпд ременной передачи, 0.95

h_м- кпд муфты, 0.98

h_п- кпд подшипников, 0.99

n- количество пар подшипников. 2 (таблица 1.1 [1]).

h=0.98×0.95×0.98×0.99²=0.9

 

Требуемая частота вращения вала электродвигателя

n_этр =n₃×u_ред× u_цп, (1.3)

где u_ред— передаточное число редуктора,

u_цп – передаточное число цепной передачи по таблице 1.2[1].

Значение передаточного числа выбираем по стандартному ряду

u: 1; 1,25; 1,5; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; …

Для одноступенчатого цилиндрического редуктора u=2…5.

n_этр=250×3×2.5=1875

Затем по таблице 19.27[1] или А.1 по требуемой мощности Р_тр и частоте вращения n_этр выбираем электродвигатель. Перегрузка асинхронного двигателя допускается до 8%.Из таблицы выписываем маркировку двигателя, мощность, частоту вращения вала двигателя. По таблице 19.28 [1] или А.2 определяем габаритные основные размеры (обязательно диаметр выходного конца вала ротора d₁). Рисуем эскиз электродвигателя с нанесением габаритных основных и присоединительных размеров.

Рисунок 3.2 Эскиз электродвигателя

 

Проверяем общее передаточное число

(1.4)

Корректируем передаточное число ременной передачи

(1.5)

 

Расчет частот вращения и угловых скоростей сводим в таблицу.

 

Таблица 3.1— Частоты вращения и угловые скорости валов редуктора и рабочей машины

Вал	Частота вращения вала, об/мин	Угловая скорость вала, рад/с
Вал А	n1=nдв=1435
Продолжение табл. 3.1
Вал В
Вал С	n3=250

 

Вращающие моменты:

на валу ведущего шкива ременной передачи редуктора

(1.6)

где Т₁—требуемая мощность электродвигателя, Вт;

на валу шестерни редуктора

(1.7)

на валу колеса

(1.8)