Кинематический расчет передачи, выбор электродвигателя

Введение

Редуктор - узел машины, состоящий из одной или нескольких передач, заключенных в жесткий корпус.

Проектируемый одноступенчатый редуктор состоит из следующих частей:

1. корпус (литой чугунный или сварной стальной);

2. крышка корпуса;

3. зубчатая пара (в масляной ванне);

4. быстроходный (ведущий) и тихоходный (ведомый) валы;

5. подшипники качения;

6. крышки подшипников качения;

7. шпонки;

8. распорные втулки;

9. масло отражательные кольца;

10. крепежные детали;

11. смотровой люк;

12. пробка - отдушина;

13. масломерное устройство (щуп);

14. маслосливная пробка;

15.рым-болт;

Быстроходный вал редуктора соединяется с валом электродвигателя с помощью муфты и передает крутящий момент через зубчатую передачу рабочему органу конвейера (ведущему барабану), соединенному с тихоходным валом муфтой.

Зубчатые редукторы имеют более высокий КПД по сравнению с другими типами передаточных механизмов, но дороже в изготовлении.

Они служат для уменьшения угловой скорости вращения ω и увеличения крутящего момента Т на величину передаточного отношения.

Редуктор применяется в грузоподъемных механизмах, ленточных и цепных транспортерах, транспортерах механического передвижения башенных кранов, коробках переменных передач в автомобилях и тракторах.

 

Кинематический расчет передачи, выбор электродвигателя

1.1 Определяем КПД проектируемого редуктора:

 

Общий КПД редуктора равен произведению КПД последовательно соединенных подвижных звеньев, а именно: муфты, 2 пар подшипников качения и зубчатой передачи.

 

η_пр = η_{м. *} η_{пер *} η²_пк (1.1)

 

где - h_п.к. КПД подшипников качения на одном валу.

h_пер. -КПД передачи.

h_м - КПД муфты.

 

h_м = 0,98, h_пер.= 0,97; h_п.к. = 0,993.(стр.4 из [1])

 

Отсюда получаем: h_пр. = 0,93.

 

1.2 Определяем основные параметры валов:

1) требуемую мощность электродвигателя при соединении муфтой быстроходного вала с валом электродвигателя:

 

Р_тр = 2,3/0,93=2,47 (кВт).

 

2) мощность на ведущем валу:

 

P₁=P₂/η_пер*η_п.к²;

P₁=2,3/0,97*0,993²=2,42 (кВт) ^(1.3)

3) мощность на ведомом валу:

 

P₂=2,3 (кВт)

 

4) частоту вращения быстроходного вала:

 

n₁=n_э=720 об./мин

 

5) частоту вращения тихоходного вала:

 

n₂=9,55*ω₂;(1.4)

n₂ = 9,55*18=171,9 (об/мин).(стр.34 из [1])

 

6) крутящий момент для шестерни:

 

Т₁ = (2,42/720)*9550 = 32,09 (Н×м).

 

7) крутящий момент для колеса:

 

Т₂ = (2,3/171,9)*9550 = 127,77 (Н×м).

 

8) фактическое значение передаточного числа:

 

u=n_э/n₂

u=720/171,9=4,18

 

По 2 параметрам Р₁ и n₁ выбираем электродвигатель: реверсивный четырех полюсной асинхронный двигатель трехфазного тока в закрытом исполнении.

Мощность двигателя должна быть больше или равна требуемой мощности двигателя: Р_дв > Р_тр = 3 кВт

Таким условиям удовлетворяет электродвигатель 4А112МВ8УЗ.

 

Р_дв=3 (кВт); n=720 (об/мин).

Расчет зубчатой передачи

Предварительный выбор угла наклона зубьев для шевронной передачи

 

Применяемые в мощных редукторах шевронные зубчатые колеса не передают на подшипники осевые нагрузки, поэтому для них можно принимать β=25…40۫. Выбираем угол наклона 30۫. (стр.9 из [2])

 

Расчет валов

Эскизная компоновка

 

Целью эскизной компоновки является определение мест расположения ступеней передач, расстояний между опорами валов, т.е. определение геометрических параметров, необходимых для последующего расчета вала на статическую прочность.

Компоновочный эскиз выполняется на базе значении: a_w, d₁, d ₂, d_а1, d_а2, d_f1, d_f2, b₁, b₂, а также диаметра вала под подшипник.

Вычерчивание производится упрощенно, без излишних конструктивных подробностей. Построение начинается с осевых линий валов, отстоящих на расстоянии a_w. Затем прочерчиваются контуры шестерни и колеса по известным диаметрам и ширине; прочерчиваются внутренний корпус редуктора и габаритные размеры подшипников.

Расстояние между торцами колес и внутренним контуром корпуса - это конструктивный размер. Берем значение 7 мм.

Подшипники располагаются на расстоянии 3÷5 мм от внутреннего контура корпуса редуктора (для установки регулировочных колес).

 

Расчет вала на выносливость

Расчет валов на выносливость выполняется как проверочный для определения расчетного коэффициента запаса прочности n в опасном сечении вала. Опасным является то сечение вала, для которого коэффициент запаса усталочной прочности имеет наименьшее значение.

Хотя для обеспечения прочности вала достаточно иметь n = 1,7, рекомендуется иметь n = 2,5÷3, т.к при таких значениях можно не проводить расчета вала на жесткость.

Коэффициент n определяют из формулы:

 

n =1/[(1/n_σ)²+(1/n_т)²]^1/2≥[n]; (3.18)

 

где n_σ - запас прочности по нормальным напряжениям от изгиба;

n_т- запас прочности по касательным напряжениям от кручения;

[n] - допускаемый коэффициент запаса усталочной прочности;

[n] = 1,5;(стр. 20 из [3])

 

n_σ =σ_-1/[(k_σ/ε_σ) *σ_а + Ψ_σ*σ_m]; (3.19.)

 

где σ_-1 - предел выносливости материала вала при изгибе с симметричным циклом без концентрации напряжений, МПа;

k_σ - эффективный коэффициент концентрации напряжений при изгибе для рассматриваемого сечения;

ε_σ - масштабный фактор, учитывающий влияние абсолютных размеров вала на изменение пределов выносливости при изгибе;

σ_а - амплитуда колебаний цикла при изгибе, МПа;

Ψ_σ - коэффициент приведения несимметричного цикла к равно опасному симметричному;

σ_m - среднее напряжение цикла при изгибе, МПа;

σ_m =0;(стр. 21 из [3])

 

где σ_в- предел прочности материала вала, МПа;(стр. 19 из [3])

 

σ_в= 570 (МПа);

σ_-1 = 0,43*570 = 245,1 (МПа);

k_σ =1,76;(стр.22из[3])

ε_σ = 0,85;(стр. 24 из [3])

Ψ_σ = 0; (стр. 24 из [3])

 

где М_u - изгибающий момент в рассматриваемом сечении, (Н·м);

W_u- момент сопротивления изгибу в этом сечении, мм³;

 

М_u = M_иΣ = 21 (Н·м);

W_u = (3,14*30³)/32 - [10*5* (30 – 5)²]/(2*30) = 2128,54 (мм³);

σ_а= (44,59/2128,54) *1000 = 20,94 (МПа);

n_σ = 245,1/[(1,76/0,85) *20,94 + 0,05*0] = 5,65;

 

Запас прочности при действии одних напряжений кручения равен:

 

 

 

где τ_-1 - предел выносливости материала вала при кручении с симметричным циклом без концентрации напряжений;

 

τ_-1 = 0,58*245,1=142,15;

k_τ - эффективный коэффициент концентрации напряжений при кручении;

ε_τ- масштабный фактор для напряжения кручения

τ_а- амплитуда цикла напряжения кручения, МПа;;

Ψ_τ - коэффициент приведения несимметричного цикла к равно опасному симметричному;

τ_m - среднее напряжение цикла напряжения кручения, МПа;

 

k_τ = 1,54; (стр. 22 из [3])

ε_τ =0,85; (стр. 24 из [3])

Ψ_τ = 0; (стр. 24 из [3])

 

где W_кр - момент сопротивления рассчитываемого сечения при кручении, мм³;

 

 

W_кр = (3,14*30³)/16 - [10*5* (30-5)²]/(2*30) = 4777,92 (мм³);

τ_а = τ_m = (127,7/2*4777,92) *1000 = 13,36 (МПа);

n_τ= 142,15/[(1,54/0,85) *13,36 + 0] = 5,8;

n= 1/[(1/5,65)²+(1/5,8)²]^1/2= 4,1 > 1,5;

Подбор подшипников

По ГОСТ 8326-75 выбираем роликовые радиальные.

 

4.1 Находим приведенную (эквивалентную) нагрузку по формуле:

 

 

Где X - коэффициент радиальной нагрузки;

V - коэффициент вращения;

К_σ- коэффициент безопасности для редукторов общего машиностроения;

К_т - температурный коэффициент для редукторов общего машиностроения;

 

X = 1; V = 1; К₀= 1; К_т = 1;(стр. 30 из [1])

 F_г= (660,15²+ 277,35²)^1/2= 716 (Н);

Р= 1*1*554,7*1,3*1=721,11 (Н);

 

4.2 Предворительный выбор типоразмера (номера) подшипника качения:

 

Принимаем подшипник номер 2205; (стр. 117 из [7])

 

4.3 Определение требуемой долговечности подшипника по формуле:

 

L_тр=24*К_сут*365*К_год*Т (3.29.)

Где К_сут – Коэффициент загрузки привода;

Т – срок службы в годах;

К_год – коэффициент годичной загрузки;

Значения К_сут, К_год и Т приведены в задании на курсовой проект.

 

К_сут = 0,3;

К_год = 0,5;

Т = 10 (лет);

L_тр=24*0,3*365*0,5*10 = 13140 (ч);

 

4.4 Определение расчетной долговечности выбранного подшипника по формуле:

 

L_h =(10⁶/60*n)*(C/P)^ρ (3.30.)

 

Где n – частота вращения кольца, об/мин;

С – табличное значение динамической грузоподъемности выбранного подшипника, Н;

P – Динамическая эквивалентная нагрузка, Н;

ρ – Степенной показатель;

 

С = 14000 (Н);(стр.22из[3])

ρ = 3; (стр. 29 из [1])

L_h =(10⁶/60*171,9)*(14000/721,11)³= 709825 (ч);

 

Полученную величину расчетной долговечности L_h сравниваем с требуемой долговечностью L_тр. Должно быть выдержано условие L_h ≥L_тр. Т.к. условие выполняется, оставляем подшипник №2205 легкой серии. Поскольку для наиболее нагруженного вала выбирается подшипник легкой серий от и для второго вала выбираем подшипник этой же серий. Выбираем подшипник №2205.

 

 

Подбор муфт

Посредством муфт чаще всего осуществляют соединение вала двигателя с входным валом редуктора для передачи вращающего момента, а также для компенсации смещения осей соединяемых валов, амортизации возникающих при работе ударов и вибраций. Основные типы муфт стандартизированы.

Широкое распространение получили муфты упругие втулочно-пальцевые (МУВП) благодаря относительной простоте конструкции и удобству замены упругих элементов

Основные типы муфт стандартизированы. Выбор производят с учетом диаметра выходного конца ведущего или тихоходного валов, диаметра вала электродвигателя и соблюдения условий:

 

Тр =Кр*Т₁≤[Т] (3.31.)

 

Где Тр - расчетный крутящий момент;

Кр - расчетный коэффициент, учитывающий условия эксплуатации;

[Т] - допускаемый крутящий момент, на передачу которого рассчитана

муфта;

Кр = 1,5 (транспортеры и конвейеры ленточные); (стр. 457 из [5])

Т.к. диаметр выходного конца вала шестерни d₁ = 18 мм, то подходящий электродвигатель будет исполнения 4А90L6 по ГОСТ 19523-81 с диаметром вала d_э = 32 мм, [Т] = 250 (Н*м). (стр. 463 из [5])

Исходя из этих значений получаем:

 

Тр = 1,5*32,09 = 48,135 ≤ 250 (Н*м);

 

Следовательно, МУВП 250-32-I.1 ГОСТ 21424-75 является подходящим типом муфты.

Требования по технике безопасности

Для предотвращения преждевременного выхода из строя и безопасности рабочих необходимо: 1.заземлить электродвигатель. 2.использовать защитный кожух для муфты.

 

 

Список использованных источников:

1. Агиенко Д.М. Одноступенчатый редуктор: Методические указания к курсовому проекту. -Омск: СибАДИ, 1983.- 48 с.

2. Никитин В.Н. Расчет цилиндрических зубчатых передач на прочность: Методические указания по курсовому проектированию деталей машин. -Омск: СибАДИ, 2004.-28 с.

3. Никитин В.Н. Расчет валов на прочность и жесткость: Методические

указания по курсовому проектированию деталей машин. -Омск: СибАДИ,

2003.-38 с.

4. Никитин В.Н. Курсовой проект по деталям машин: Методические указания

по курсовому проектированию деталей машин. -Омск: СибАДИ, 1996.- 36с.

5. Чернавский С. А. Проектирование механических передач. -Москва:

Машиностроение, 1984.-560 с.

6. Дунаев П.Ф. Детали машин. Курсовое проектирование. -Москва: Высшая

школа, 1990.-399 с.

Т.Цехнович Л.И. Атлас конструкций редукторов. -Киев: Высшая школа, 1990.-

151 с.

7. Анурьев В.И. Справочник конструктора машиностроителя. Москва «машиностроение» 1979. Том 2. 560 с.

Введение

Редуктор - узел машины, состоящий из одной или нескольких передач, заключенных в жесткий корпус.

Проектируемый одноступенчатый редуктор состоит из следующих частей:

1. корпус (литой чугунный или сварной стальной);

2. крышка корпуса;

3. зубчатая пара (в масляной ванне);

4. быстроходный (ведущий) и тихоходный (ведомый) валы;

5. подшипники качения;

6. крышки подшипников качения;

7. шпонки;

8. распорные втулки;

9. масло отражательные кольца;

10. крепежные детали;

11. смотровой люк;

12. пробка - отдушина;

13. масломерное устройство (щуп);

14. маслосливная пробка;

15.рым-болт;

Быстроходный вал редуктора соединяется с валом электродвигателя с помощью муфты и передает крутящий момент через зубчатую передачу рабочему органу конвейера (ведущему барабану), соединенному с тихоходным валом муфтой.

Зубчатые редукторы имеют более высокий КПД по сравнению с другими типами передаточных механизмов, но дороже в изготовлении.

Они служат для уменьшения угловой скорости вращения ω и увеличения крутящего момента Т на величину передаточного отношения.

Редуктор применяется в грузоподъемных механизмах, ленточных и цепных транспортерах, транспортерах механического передвижения башенных кранов, коробках переменных передач в автомобилях и тракторах.

 

Кинематический расчет передачи, выбор электродвигателя

1.1 Определяем КПД проектируемого редуктора:

 

Общий КПД редуктора равен произведению КПД последовательно соединенных подвижных звеньев, а именно: муфты, 2 пар подшипников качения и зубчатой передачи.

 

η_пр = η_{м. *} η_{пер *} η²_пк (1.1)

 

где - h_п.к. КПД подшипников качения на одном валу.

h_пер. -КПД передачи.

h_м - КПД муфты.

 

h_м = 0,98, h_пер.= 0,97; h_п.к. = 0,993.(стр.4 из [1])

 

Отсюда получаем: h_пр. = 0,93.

 

1.2 Определяем основные параметры валов:

1) требуемую мощность электродвигателя при соединении муфтой быстроходного вала с валом электродвигателя:

 

Р_тр = 2,3/0,93=2,47 (кВт).

 

2) мощность на ведущем валу:

 

P₁=P₂/η_пер*η_п.к²;

P₁=2,3/0,97*0,993²=2,42 (кВт) ^(1.3)

3) мощность на ведомом валу:

 

P₂=2,3 (кВт)

 

4) частоту вращения быстроходного вала:

 

n₁=n_э=720 об./мин

 

5) частоту вращения тихоходного вала:

 

n₂=9,55*ω₂;(1.4)

n₂ = 9,55*18=171,9 (об/мин).(стр.34 из [1])

 

6) крутящий момент для шестерни:

 

Т₁ = (2,42/720)*9550 = 32,09 (Н×м).

 

7) крутящий момент для колеса:

 

Т₂ = (2,3/171,9)*9550 = 127,77 (Н×м).

 

8) фактическое значение передаточного числа:

 

u=n_э/n₂

u=720/171,9=4,18

 

По 2 параметрам Р₁ и n₁ выбираем электродвигатель: реверсивный четырех полюсной асинхронный двигатель трехфазного тока в закрытом исполнении.

Мощность двигателя должна быть больше или равна требуемой мощности двигателя: Р_дв > Р_тр = 3 кВт

Таким условиям удовлетворяет электродвигатель 4А112МВ8УЗ.

 

Р_дв=3 (кВт); n=720 (об/мин).

Расчет зубчатой передачи