РефератыПромышленность, производствоКиКинематический и силовой расчет привода 2

Кинематический и силовой расчет привода 2

1 Кинематический и силовой расчет привода


1.1 Выбор электродвигателя


Определим потребляемую мощность привода по формуле:


Р
вых
= FV
/1000,


где F
– тяговая сила конвейера, Н;


V
– скорость тяговой цепи, м/с.



Р
вых
= 4500×0,65/1000 = 2,93 кВт.


Общий КПД привода:


hобщ
= hч


h2
подш
,


где hч
– КПД червячной передачи;



– КПД цепной передачи;



– КПД муфты;


hподш
– КПД одной пары подшипников качения.


hобщ
= 0,8∙0,93∙0,98∙0,992
= 0,715,


Тогда требуемая мощность электродвигателя


P
э.тр
= Р
вых
/hобщ
= 2,93/0,715 = 4,09 кВт.


Частота вращения приводного вала:


n
вых
= 6∙104
V
/(pD
зв
),


где D
зв
– диаметр звездочки, мм.


D
зв
= p
/sin(180°/Z
) = 80/sin(180°/11) = 284 мм;


n
вых
= 60000∙0,65/(3,14∙284) = 43,7 об/мин.


Выбираем электродвигатель АИР112M4: Р
дв
= 5,5 кВт; n
дв
= 1432 об/мин.


1.2 Уточнение передаточных чисел


Определим общее передаточное число привода


u
общ
= n
дв
/n
вых
= 1432/43,7 = 32,75.


Примем передаточное число червячной передачи u
Ч
= 16, тогда передаточное число цепной передачи


u
Ц
= u
общ
/u
Ч
= 32,75/16 = 2,05.


1.3 Определение вращающих моментов на валах редуктора


Частота вращения тихоходного вала


n
Т
= n
вых
u
Ц
= 43,7∙2,05 = 89,5 об/мин.


Частота вращения быстроходного вала


n
Б
= n
Б
u
Ч
= 89,5∙16 = 1432 об/мин.


Момент на приводном валу


T
вых
= FD
зв
/2000 = 4500∙284/2000 = 639 Н×м.


Вращающий момент на тихоходном валу


Т
Т
= Т
вых
/(hподш

u
Ц
) = 639/(0,99∙0,93∙2,05) = 339 Н×м.


Момент на быстроходном валу


Т
Б
= Т
Т
/(hподш

u
Ч
) = 339/(0,99∙0,8∙16) = 27 Н×м.


2 Расчет червячной передачи


2.1 Выбор материала червячного колеса


Определим скорость скольжения:


4,3×9,4×16×(339)1/3
/1000 = 4,51 м/с;


где w2
– угловая скорость вала червячного колеса, рад/с;


u
– передаточное число червячной передачи;


Т
2
– крутящий момент на валу червячного колеса, Н×м.


Выбираем из группы II материал БрА10Ж4Н4, полученный способом центробежного литья, sв
= 700 Н/мм2
, sт
= 460 Н/мм2
.


2.2 Определение допускаемых контактных и изгибных напряжений


Определяем допускаемые контактные напряжения:


[s]Н
= 300 – 25VS
= 300 – 25×4,51 = 187,3 Н/мм2
.


Коэффициент долговечности при расчете на контактную прочность:


KFL
= (106
/N
)1/9
= (106
/193903200)1/9
= 0,56.


Определяем допускаемые напряжения изгиба:


[s]F
= (0,08sв
+ 0,25sт
)KFL
= (0,08×700 + 0,25×460)×0,56 = 95,2 Н/мм2
.


2.3 Проектный расчёт червячной передачи


Определяем межосевое расстояние:


aw
= 61(Т
2
×103
/[s]2
Н
)1/3
= 61×(339×103
/187,32
)1/3
= 122,94 мм.


Полученное значение округляем до ближайшего большего стандартного значения межосевого расстояния для червячной передачи aw
= 125 мм.


Число витков червяка z
1
= 2. Число зубьев колеса z
2
= z
1
u
= 2×16 = 32. Округляем до целого числа z
2
= 32.


Определим модуль зацепления


m
= (1,5…1,7)aw
/z
2
= (1,5…1,7)×125/32 = 5,86…6,64 мм,


округляем в большую сторону до стандартного значения m
= 6,3 мм.


Определяем коэффициент диаметра червяка:


q
= (0,212…0,25)z
2
= (0,212…0,25)×32 = 6,78…8;


округляем в большую сторону до стандартного значения q
= 8.


Коэффициент смещения инструмента


х
= (aw
/m
) – 0,5(q
+ z
2
) = -0,16.


Определим фактическое передаточное число и проверим его отклонение от заданного:


u
ф
= z
2
/z
1
= 32/2 = 16;


(|16 – 16|/16)×100% = 0 % < 4%.


Определим фактическое значение межосевого расстояния


aw
= 0,5m
(q
+ z
2
+ 2x
) = 0,5×6,3×(8 + 32 + 2×-0,16) = 125 мм.


Вычисляем основные геометрические размеры червяка:


делительный диаметр


d
1
= qm
= 8×6,3 = 50,4 мм;


начальный диаметр


dw
1
= m
(q
+ 2x
) = 6,3×(8 + 2×-0,16) = 48,4 мм;


диаметр вершин витков


da
1
= d
1
+ 2m
= 50,4 + 2×6,3 = 63 мм;


диаметр впадин витков



df
1
= d
1
– 2,4m
= 50,4 – 2,4×6,3 = 35,28 мм;


делительный угол подъема линии витков


g = arctg(z
1
/q
) = arctg(2/8) = 14,04°;


длина нарезаемой части червяка


b
1
= (10 + 5,5|x
| + z
1
)m
+ C
= (10 + 5,5|-0,16| + 2)×6,3 + 0 = 59,1 мм,


округляем до значения из ряда нормальных размеров b
1
= 60 мм.


Основные геометрические размеры венца червячного колеса:


делительный диаметр


d
2
= dw
2
= mz
2
= 6,3×32 = 201,6 мм;


диаметр вершин зубьев



da
2
= d
2
+ 2m
(1 + x
) = 201,6 + 2×6,3×(1 + -0,16) = 212,2 мм;


наибольший диаметр колеса


da
м2
≤ da
2
+ 6m
/(z
1
+ 2) = 212,2 + 6×6,3/(2 + 2) = 221,65 мм;


диаметр впадин зубьев


df
2
= d
2
– 2m
(1,2 – x
) = 201,6 – 2×6,3×(1,2 – -0,16) = 184,48 мм;


ширина венца



b
2
= 0,355aw
= 0,355×125 = 44,4 мм,


округляем до значения из ряда нормальных размеров b
2
= 45 мм;


условный угол обхвата червяка венцом колеса


2d = 2×arcsin(b
2
/(da
1
– 0,5m
)) = 2×arcsin(45/(63 – 0,5×6,3)) = 98°.


Определим силы в зацеплении


окружная сила на колесе, равная осевой силе на червяке


Ft
2
= Fa
1
= 2000T
2
/d
2
= 2000×339/201,6 = 3363 Н;


окружная сила на червяке, равная осевой силе на колесе


Ft
1
= Fa
2
= 2000T
2
/(u
ф
d
1
) = 2000×339/(16×50,4) = 841 Н;


радиальная сила, раздвигающая червяк и колесо


Fr
= Ft
2
tg20° = 3363×0,364 = 1224 Н.


2.4 Проверочный расчёт червячной передачи


Фактическая скорость скольжения


vS
= u
ф
w2
d
1
/(2cosg×103
) = 16×9,4×50,4/(2×cos14,04°×103
) = 3,91 м/с.


Определим коэффициент полезного действия передачи


h = tgg/tg(g + j) = tg14,04°/tg(14,04 + 2,5)° = 0,84,


где j – угол трения, зависящий от фактической скорости скольжения, град.


Проверим контактные напряжения зубьев колеса



где K
– коэффициент нагрузки;


[s]Н
– допускаемое контактное напряжение зубьев колеса, уточненное по фактической скорости скольжения, Н/мм2


sH
= 340×(3363×1/(50,4×201,6))1/2
= 185,6 ≤ 202,3 Н/мм2
.


Полученное значение контактного напряжения меньше допустимого на 8,3%, условие выполнено.


Проверим напряжения изгиба зубьев колеса


sF
= 0,7YF
2
Ft
2
K
/(b
2
m
) ≤ [s]F
,


где YF
2
– коэффициент формы зуба колеса, который определяется в зависимости от эквивалентного числа зубьев колеса:


zv
2
= z
2
/cos3
g = 32/cos3
14,04° = 35,


тогда на

пряжения изгиба равны


sF
= 0,7×1,64×3363×1/(45×6,3) = 13,6 ≤ 95,2 Н/мм2
,


условие выполнено.


2.5 Расчет червячной передачи на нагрев


Определяем площадь поверхности охлаждения корпуса редуктора:


А
» 12,0aw
1,7
= 12,0×0,1251,7
= 0,35 м2
,


где aw
– межосевое расстояние червячной передачи, м.


Температура нагрева масла в масляной ванне редуктора:



где h – КПД червячной передачи;


P
1
– мощность на червяке, кВт;


K
T
– коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2
×°С);


y – коэффициент, учитывающий отвод тепла от корпуса редуктора в металлическую раму;


t
0
= 20 °С – температура окружающего воздуха;


[t
]раб
= 95 °С – максимально допустимая температура нагрева масла в масляной ванне редуктора, °С.


t
раб
= 1000×(1 – 0,84)×4,09/(17×0,35×(1 + 0,3)) + 20 = 78,6 °С.


3 Расчет цепной передачи


3.1 Проектировочный расчет


Определим шаг цепи:


,


где T
1
– вращающий момент на ведущей звездочке, Н∙м;


K
Э
– коэффициент эксплуатации;


v
– число рядов цепи;


[p
ц
] – допускаемое давление в шарнирах цепи, Н/мм2
.


р
= 2,8∙(339∙103
∙1,88/(1∙25∙35))1/3
= 20,208 мм.


Полученное значение шага цепи округляем до большего стандартного: p
= 25,4 мм.


Число зубьев ведущей звездочки


z
1
= 29 – 2u
,


где u
– передаточное число цепной передачи


z
1
= 29 – 2∙2,05 = 24,9.


Полученное значение округляем до целого нечетного: z
1
= 25.


Коэффициент эксплуатации K
Э
определяем по формуле


K
Э
= K
Д
K
рег
K
q
K
с
K
р
,


где К
Д
– коэффициент динамичности нагрузки;


К
рег
– коэффициент регулировки межосевого расстояния;


К
q
– коэффициент положения передачи;


К
с
– коэффициент смазывания;


К
р
– коэффициент режима работы.


K
Э
= 1∙1∙1∙1,5∙1,25 = 1,88.


Число зубьев ведомой звездочки


z
2
= z
1
u
= 25∙2,05 = 51,25.


Полученное значение округляем до целого нечетного: z
2
= 53.


Определим фактическое передаточное число


u
ф
= z
2
/z
1
= 53/25 = 2,12.


Полученное значение отличается от заданного на 3,41 %.


Определим предварительное межосевое расстояние


a
= (30…50)p
= 40∙25,4 = 1016 мм.


Определим число звеньев цепи


lp
= 2ap
+0,5∙(z
1
+ z
2
) + ((z
2
– z
1
)/2p)2
/ap
,


где ap
= a
/p
= 40 – межосевое расстояние в шагах.


lp
= 2∙40+0,5∙(25 + 53) + ((53 – 25)/2∙3,14)2
/40 = 119,50.


Полученное значение lp
округляем до целого четного числа: lp
= 120.


Уточним межосевое расстояние в шагах


=


= 0,25∙(120 – 0,5∙(53 + 25) + ((120 – 0,5∙(53 + 25))2
– 8(53 – 25 /6,28)2
)1/2
) = 40,25.


Фактическое межосевое расстояние


a
= ap

p
= 40,25∙25,4 = 1022 мм.


Монтажное межосевое расстояние


a
м
= 0,995∙а
= 0,995∙1022 = 1017 мм.


Определим длину цепи


l
= lp

p
= 120∙25,4 = 3048 мм.


Определим делительные диаметры звездочек


d
д
1
= p
/sin(180°/z
1
) = 25,4/sin(180°/25) = 202,76 мм,


d
д
2
= p
/sin(180°/z
2
) = 25,4/sin(180°/53) = 428,98 мм.


Определим диаметры окружностей выступов звездочек


De
1
= p
(0,532 + ctg(180/z
1
)) = 25,4∙(0,532 + ctg(180/25)) = 214,68 мм,


De
2
= p
(0,532 + ctg(180/z
2
)) = 25,4∙(0,532 + ctg(180/53)) = 441,74 мм.


Диаметры окружностей впадин


Di
1
= dд
1
– 2∙(0,5025∙d
1
+ 0,05),


где d
1
– диаметр ролика шарнира цепи, мм.



Di
1
= 202,76 – 2∙(0,5025∙7,92 + 0,05) = 194,70 мм,


Di
2
= dд
2
– 2∙(0,5025∙d
1
+ 0,05) = 428,98 – 2∙(0,5025∙7,92 + 0,05) = 420,92 мм.


3.2 Проверочный расчет


Проверим частоту вращения меньшей звездочки


n
1
£ [n
]1
,


где n
1
– частота вращения вала ведущей звездочки, об/мин;


[n
]1
– допускаемая частота вращения, об/мин.


[n
]1
= 15000/p
= 15000/25,4 = 591 об/мин.


89,5 об/мин < 591 об/мин.



Условие выполнено.


Проверим число ударов цепи о зубья звездочек


U
£ [U
],


где U
– расчетное число ударов;


[U
] – допускаемое число ударов.


U
= 4z
1
n
1
/(60lp
) = 4∙25∙89,5/(60∙120) = 1,24;


[U
] = 508/p
= 508/25,4 = 20.


1,24 <
20.



Условие выполнено.


Определим окружную скорость цепи


v
= z
1
pn
1
/60000 = 25∙25,4∙89,5/60000 = 0,95 м/с.


Определим окружную силу, передаваемую цепью


Ft
= P
1
∙103
/v
,


где P
1
– мощность на ведущей звездочке, кВт.


Ft
= 5,5∙103
/0,95 = 5807 Н,


Проверим давление в шарнирах цепи


р
ц
= Ft
K
Э

£ [p
ц
],


где А
– площадь проекции опорной поверхности шарнира, мм2
.


А
= d
1
b
3
,


где b
3
– ширина внутреннего звена цепи, мм.


А
= 7,92∙15,88 = 125,77 мм2
;


p
ц
= 5807∙1,88/125,77 = 31,57 Н/мм2
;


31,57 Н/мм2
< 35 Н/мм2
.


Условие выполнено.


Предварительное натяжение цепи от провисания ведомой ветви:


F
0
= Kf

qag
,


где Kf
– коэффициент провисания;


q
– масса 1 м цепи, кг/м;


а
– межосевое расстояние;


g
– ускорение свободного падения, м/с2
.


F
0
= 6∙2,6∙1017∙9,81 = 156 Н.


Определим силу давления цепи на вал:


F
оп
= k
в
Ft
+ 2F
0
= 1,15∙5807 + 2∙156 = 6989 Н.


4 Предварительный расчет валов и выбор подшипников


Быстроходный вал (вал-червяк):


d
1
= (0,8…1,2)×d
дв
= (0,8…1,2)×28 = 22,4…33,6 мм,


где d
дв
– диаметр выходного конца вала ротора двигателя, мм.


Из полученного интервала принимаем стандартное значение d
1
= 25 мм. Длина ступени под полумуфту:


l
1
= (1,0…1,5)d
1
= (1,0…1,5)×25 = 25…37,5 мм,


принимаем l
1
= 40 мм.


Размеры остальных ступеней:


d
2
= d
1
+ 2t
= 25 + 2×2,2 = 29,4 мм, принимаем d
2
= 30 мм;


l
2
» 1,5d
2
= 1,5×30 = 45 мм, принимаем l
2
= 45 мм;


d
3
= d
2
+ 3,2r
= 30 + 3,2×2 = 36,4 мм, принимаем d
3
= 38 мм;


d
4
= d
2
.


Тихоходный вал (вал колеса):


(339×103
/(0,2×40))1/3
= 34,86 мм, принимаем d
1
= 35 мм;


l
1
= (0,8…1,5)d
1
= (0,8…1,5)×35 = 28…52,5 мм, принимаем l
1
= 50 мм;


d
2
= d
1
+ 2t
= 35 + 2×2,5 = 40 мм, принимаем d
2
= 40 мм;


l
2
» 1,25d
2
= 1,25×40 = 50 мм, принимаем l
2
= 50 мм;


d
3
= d
2
+ 3,2r
= 40 + 3,2×2,5 = 48 мм, принимаем d
3
= 48 мм;


d
4
= d
2
;


Предварительно назначаем роликовые конические однорядные подшипники легкой серии:


· для быстроходного вала: 7206A;


· для тихоходного: 7208A.

Сохранить в соц. сетях:
Обсуждение:
comments powered by Disqus

Название реферата: Кинематический и силовой расчет привода 2

Слов:2341
Символов:22156
Размер:43.27 Кб.