Кинематический расчет и выбор электродвигателя
1 – двигатель; 2 –плоскоременная передача; 3 – цилиндрический редуктор; 4 – упругая муфта с торообразной формой; 5 – ведущие звездочки конвейера; 6 – тяговая цепь. I, II, III, IV – валы, соответственно, - двигателя, быстроходный и тихоходный редуктора, рабочей машины
Введение
Цель проекта – проектирование
привода к скребковому
Редуктор – механизм представляющий совокупность зубчатых или червячных передач помещенных в корпус, который являются для них масляной ванной. Назначение редуктора – понижение угловых скоростей ведомых звеньев с одновременным повышением вращающих моментов.
Муфта – устройство предназначенное для соединения валов между собой или валов с посаженными на них деталями и передачи вращающего момента без изменения величины и направления.
Конвейер – транспортирующие устройство для перемещения грузов.
1. Кинематический расчет и выбор электродвигателя
Мощность на выходном валу привода
Р4 = Ftυ
Р4 = 3,5· 0,6 = 2,1 кВт
Общий КПД привода
η=η1·η2·η3·η4
где, η1 = 0,97 – КПД ременной передачи;
η2 = 0,98 – КПД зубчатой передачи;
η3 = 0,98 – КПД муфты;
η4 = 0,99 – КПД одной пары подшипников качения.
[1; с. 42]
Следовательно
η = 0,97·0,98·0,98·0,993 = 0,904
Требуемая мощность электродвигателя
Рдвтр = Р4/η
Рдвтр = 2,1 /0,904=2,32 кВт
По таблице 24.9 [2; с. 417] принимаем асинхронный электродвигатель АИР 112МА6, имеющий мощность Рном = 3 кВт, и частоту вращения
n дв= 950 мин-1
Частота вращения выходного вала привода
N4=60·103·υ/Р·z
N4=60·103·0,6/80·7=64,28 мин-1
Общее передаточное число привода
u= n1 / n4
где n1 = n дв = 950 мин-1
u =950/64,28=14,78
Передаточные числа двух степеней привода
Так как u= u1 · u2 ,то приняв стандартное значение передаточного числа редуктора u2=4, получим передаточное число ременной передачи
U1 = u/ u2
U1= 14,78 /4 = 3,69
Частота вращения валов привода
n1= 950 мин-1
n2= n1/ u1 =950/3,69=257,1 мин-1 ;
n3= n2/ u2 = 257,1 / 4 =64,28 мин-1 ;
n4= n3 =64,28 мин-1
Угловая скорость вращения валов привода
ω1=π n1/30 = π·950/30=99,4 рад/с
;
ω2= ω1/ u1 =99,4/3,69=26,9 рад/с ;
ω3= ω2/ u2 =26,9 /4=6,73 рад/с ;
ω4= ω3=6,73 рад/с
Проверка: ω4= π n4/30=π·64,28/30=6,73 рад/с
Мощность на валах привода
Р1= Рдвтр =2,32 кВт;
Р2= Р1 · η1 · η4 =2,32·0,97·0,99=2,23 кВт;
Р3= Р2 · η2· η4 =2,16·0,98·0,99=2,16 кВт;
Р4= Р3 · η3 · η4 =2,16·0,98·0,99=2,1 кВт
Вращающие моменты на валах привода
Т = 9550Р/n
Т1=9550 Р1 / n1=9550·2,32/950=23,35 Нм;
Т2=9550 Р2/ n2=9550·2,23 /257,1=82,9 Нм;
Т3=9550 Р3/ n3=9550·2,16 /64,28= 321,7 Нм;
Т4=9550 Р4/ n4=9550·2,1/64,28=312,0 Нм
Проверка: Т4= Т1·u· η =23,35·14,78·0,904=312,0 Нм
Результаты расчетов сводим в таблицу 1
Таблица 1 – Кинематические и силовые параметры привода
№ вала |
n , мин-1 |
ω , рад/с |
Р , кВт |
Т , Нм |
u = 14,78 |
I |
950 |
99,4 |
2,32 |
23,35 |
u1=3,69 |
II |
257,1 |
26,9 |
2,23 |
82,9 | |
III |
64,28 |
6,73 |
2,16 |
321,7 |
u2=4 |
IV |
64,28 |
6,73 |
2,1 |
312,0 |
_ |
2. Расчет механических передач
Расчет цилиндрической передачи с шевронным зубом
Выбор материала
Для изготовления шестерни и колеса принимаем наиболее распространенную сталь 45 с термообработкой-улучшение. По таблице 9.2 [3,с.170]выбираем: для шестерни твердость 269…302 НВ, σТ=650 МПа, при предполагаемом диаметре заготовки шестерни D≤650 мм; для колеса твердость 235..262 НВ2, σТ=540 МПа, при предполагаемой ширине заготовки колеса S≤80 мм. Из табличных данных выбираем примерно среднее значение твердости как наиболее вероятное. Принимаем: твердость шестерни 280 НВ1; колеса – 260 НВ2. При этом НВ1 –НВ2=280-250=40 – условие соблюдается.
Допускаемые контактные напряжения
σНР =σНО·zН·0,9/SН
где σно – предел контактной выносливости;
σНО=2НВ+70
σНО1=2НВ1+70=2·280+70=630 мПа;
σНО2=2НВ2+70=2·250+70=570 мПа;
zН=1- коэффициент долговечности (для длительных рабочих передач)
SН=1,1 – коэффициент запаса
σНР1=630·1·0,9/1,1=516 мПа
σНР2=570·1·0,9/1,1=466 мПа
σНР=0,45(σнр1+ σнр2)≥ σнрmin
σНР=0,45(516+466) = 442 мПа – условие не выполняется
Принимаем σНР=466 МПа
Допускаемые напряжения изгиба
σFР=σFО ·ΥN/ SF
где σFО - предел изгибной выносливости соответствующий базовому числу циклов напряжений
σFО= 1,8НВ
σFО1= 1,8НВ1=1,8·280=504 мПа;
σFО2= 1,8НВ2=1,8·250=450 мПа;
ΥN =1 – коэффициент долговечности
SF =1,75 – коэффициент запаса прочности [3; с.194];
σFР1=504·1/1,75=288 МПа;
σFР2 =450·1/1,75=257 Мпа
Расчетные коэффициенты
Ψba=0,4 [3; с.191];
КНβ=1, по таблице 9.45
Межосевое расстояние передачи
(2.6)
Принимаем стандартное значение αw=140 мм [3; с.171]
Ширина зубчатого венца
b2= Ψba· αw
b2=0,4·140=56 мм
Нормальный модуль зубьев
mn= (0,01…0,02) αw
mn= (0,01…0,02) 140 = 1,2…2,8 мм
Принимаем стандартное значение mn= 2 мм [3; с.157]
Принимаем минимальный угол наклона зубьев βmin=25º и определяем суммарное число зубьев
z∑ = (2 αw · cosβmin)/ mn
z∑ = (2·140· cos25º)2=126,2
Принимаем z∑ = 126
Фактический угол наклона зубьев
cosβ= mnz∑/2 αw
cosβ=2·126/2·140=0,9;
β=25º49´
Число зубьев шестерни и колеса
z1= z∑/(u+1)
z2=126/(4+1)=25
z2= z∑ - z1
z2=126-25=101
Фактическое передаточное число
uф= z2/ z1
uф=101/25=4,04;∆u=(u – uф )/u·100%≤4%
∆u=(4-4,04)/4·100%=1%≤4%
Основные геометрические размеры передачи
d= mn z/ cosβ
d1=2·25/cos25º49´=56мм;
d2=2·68/ cos25º49´=224мм
Уточняем межосевое расстояние
αw =( d1 + d2
)/2 =140 мм
Диаметры окружностей вершин зубьев шестерни и колеса:
da1=d + 2 mn
dа1=56+2·2=60мм;
dа2=224+2·2=228мм
Ширина зубчатых колес с учетом дорожки α для выхода червячной фрезы, при mn=2мм
α=14 mn
α=14·2=28 мм
b´=b+α=56+28=89 мм
Окружная скорость колес и степень точности передачи
υ=π· d1· n1/60
υ=π·56·10-3/60=0,76 м/с
по таблице 9.1 [3;с.163] принимаем 8-ю степень точности
Силы в зацеплении
Ft=2T2/d2 – окружная
Ft=2·321,7·103/224= 2872 Н
Fr= Ft tq20º/cosβ – радиальная
Fr=2872·tq20º/ cos25º49´=1158 Н
Уточняем значение коэффициентов
Ψd=b2/d1
Ψd=56/56=1
При этом КНВ=1, по таблице 9.5 [3;с.192]
Принимаем коэффициенты
Кнυ=1,1, по таблице 9.6 [3;с.193] ;
Кна =1,12, по таблице 9.6 [3;с.193]
Расчетное контактное напряжение
σн=266/ αw ua√Т2 Кна Кнβ
Кна (uф +1)3
σн=266/140·4,04√321,7·103·1·1,
Н=466-447/466·100%=4%,что
Проверочный расчет зубьев на изгиб. Этот расчет выполняется по зубьям шестерни. Это объясняется тем, что материал шестерни и колеса одинаков, но толщина зубьев шестерни у основания ножки меньше, чем у зубьев колеса, поэтому и прочность их ниже по сравнению с прочностью зубьев колеса.
Эквивалентное число зубьев шестерни
zV1= z1/ cos 3β
zV1=25/ cos 325º49´=34,5
zV= 101/ cos 325º49´=138,5
Коэффициент формы зуба
ΥF1=3,9; ΥF1=3,6 [3;с.185]
Принимаем коэффициенты
КFB=1,3
KFυ=1,2 KFα=0,91
ΥВ =1- βº/140º=1-25º49´/140=0,818
Расчетное напряжение изгиба
σF2= ΥF1 ΥВ Ft / b2 mn
KFα*KFυ*КFB
σF2=3,9·0,818·2872/56·2·0,91·
σF1= σF2 ΥF1 / ΥF2
=116·3,9/3,6=126 МПа
σF1=116·3,9/3,6=126 МПа
Результаты расчетов сводим в таблицу 2
Таблица 2 – Параметры зубчатой цилиндрической передачи, мм
Проектный расчет | |||
Параметр |
Значение |
Параметр |
Значение |
Межосевое расстояние αw |
140 |
Угол наклона зубьев β |
25º49´ |
Модуль зацепления mn |
2 |
Диаметр делительной окружности шестерни d1 колеса d2 |
56 224 |
Ширина зубчатого венца: шестерни b1 колеса b2 |
60 56 | ||
Число зубьев шестерни z1 колеса z2 |
25 101 |
Диаметр окружностей вершин шестерни dа1 колеса dа2 |
60 228 |
Вид зубьев |
шевронный зуб |
Диаметр окружности вершин шестерни df1 колеса df2 |
51 223 |
Проверочный расчет | |||
Параметр |
Допускаемое значение |
Расчетное значение |
Примечание |
Контактное напряжение σ |
466 МПа |
447 МПа |
Контактная выносливость обеспечена |
Напряжения изгиба σFО1 σFО2 |
504 МПа |
126 МПа |
Изгибная выносливость зубьев обеспечена |
450 МПа |
116 МПа | ||
Расчет плоскоременной передачи
Выбор типа сечения ремня
По номограмме [1;с.123] принимаем сечение ремня А нормального сечения
Определяем диаметра ведомого шкива d2
d2= d1 u( 1-ε )
где, ε=0,015- коэффициент скольжения [1;с.81]
d1=100 м
d2=100·3,69(1- 0,015)=363,46 мм
Принимаем d2=355, по таблице К40 [1;с.449]
Уточняем фактическое передаточ
uф= d2/ d1( 1-ε )
uф=355/100(1-0,015)=3,6
∆u= uф – u/ u·100%=3,6 – 3,69/ 3,69·100% =2,4 %≤3%
Определяем межосевое расстояние α, мм
α≥0,55(d1 + d2 ) +h(H) (2.28)
где, h(H)=8 – высота сечения ремня по таблице К31 [1;с.440]
α≥0,55(100+355)+8=258,25
Определяем расчетную длину ремня L
L=2α+π/2(d1 + d2 )+(d2 –
d1)2/4 α
L=2·258+3,14/2(100+355)+(355-
Принимаем L=1250 мм, по таблице
К31
Уточняем значение межосевого расстояния
α=1/8[2L-π (d2 +d1)+√[
2L-π (d2 +d1)]2 -8(d2
– d1) 2]
α=1/8[2·1250 – 3,14(355+100)+√[2·1250-3,14(
При монтаже передачи необходимо обеспечить возможность уменьшения межосевого расстояния на 0,01 L=0,01·1250=12,5 мм для обеспечения надевания ремней на шкивы и возможность увеличения его на 0,025 L=0,025·1250=31,25 мм для увеличения натяжения ремней.
Определяем угол обхвата ремней ведущего шкива
α1 = 180º - 57º (d2 – d1)/α
α1 = 180º- 57º (355- 100)354 - 57º =127º>120º
Определяем частоту пробегов ремня
U=u/L
U=4,97/1250=0,004 с -1
Определяем скорость ремня υ,м/с
υ=πd1n1/60·103
υ=3,14·100·950/60·103=4,97≤25 м/с
Определяем допускаемую
Р=Р о*СР*Сα*С1*Сz (2.34)
где, Р о=0,67 кВт – допускаемая приведенная мощность, по таблице 5.2 [1;с.89]
СР=1 – коэффициент динамической нагрузки;
Сα=0,95 – коэффициент угла обхвата;
Сυ =1,04 – коэффициент влияния от натяжения от центробежных сил;
Сz=0,9 – коэффициент числа ремней в комплекте
С1=1 – коэффициент влияния отношения L/l [1;с.82]
Р=0,67·1·0,95·1,04·0,9=0,52 кВт
Определяем количество клиновых ремней
z=Рном/Р
z=2,32/0,52=4,46 кВт
Принимаем z=4
Определяем силу предварительно натяжения ремня
Fo=850 Рном С1/ zυ
Сα СР
Fo=850·2,32·1,04/4·0,95·1·4,
Определяем окружную силу
Ft= Рном103/υ
Ft= 2,32·103/4,97=466
Н
Определяем силы натяжения ведущей F1 и ведомой F2 ветвей
F1= Fo + Ft/2z
F1=109+466/2·4=167 Н
Определяем силу давления ремней на вал
Fon=2 Foz·sin α1/2
Fon=2·109·4· sin127º/2=780 Н
Результаты расчета сводим в таблицу 3
Таблица 3 – Параметры клиноременной передачи, мм
Параметр |
Значение |
Параметр |
Значение |
Тип ремня |
клиновой |
Частота пробегов в ремне U |
0,004 с-1 |
|
Сечение ремня |
А |
Диаметр ведущего шкива d1 |
100 |
Количество ремней z |
4 |
Диаметр ведомого шкива d2 |
355 |
Межосевое расстояние α |
354 |
Максимальное напряжение σmax |
10 МПа |
Длина ремня L |
1250 |
Предварительное натяжение ремня Fo |
109 Н |
Угол обхвата малого шкива α1 |
127º |
Сила давления ремня на вал Fon |
780 Н |
3. Предварительный расчет валов редуктора
Предварительный расчет валов редуктора ставит целью определить ориентировочно геометрические размеры каждой ступени вала : ее диаметр и длину. Ведущий вал
(3.1)
=27,4 мм
где Т2=82,9 Нм, вращающий момент на валу
τ adm = 30 МПа
Принимаем диаметр выходного конца вала dв1=30 мм
Диаметр вала под подшипники принимаем dп1=35 мм
Рисунок 1 – Конструкция ведущего вала
вал ведомый
где Т3=321,7 Нм, вращающий момент на валу
τ adm = 30 МПа
Принимаем dв2=40 мм
Диаметр вала под подшипники принимаем dв2=45 мм
Диаметр под зубчатое колесо dк2=50 мм
Диаметр буртика d2=55 мм
Рисунок 2 – Конструкция ведомого вала
электродвигатель шпонка подшипник вал
Конструктивные размеры шестерни и колеса
Шестерня выполняется за одно целое с валом
d1=56 мм
dа1=60 мм
df1=51 мм
b1=60 мм
Колесо кованное
d2=224 мм
dа2=228 мм
b2=56 мм
Диаметр ступицы
dст=1,6 dк2
dст=1,6·50=80 мм
Длина ступицы
L ст=(1,2…1,5) dк2
L ст=(1,2…1,5)50=60..75
Принимаем L ст=70 мм
Толщина обода
δ=(2,5…4) mn
δ=(2,5…4)2=5…8 мм
Принимаем δ=8 мм
Толщина диска
С=0,3 b2
С=0,3·56=16,8
Принимаем С=18 мм
4. Эскизная компоновка
Компоновку проводят в2 этапа.1-ый этап служит для приближенного определения положения зубчатых колес и звездочки относительно опор для последующего определения опорных реакций и подбора подшипников.
Примерно посередине листа параллельно его длиной стороне проводим горизонтальную осевую линию, затем 2 вертикальные линии – оси валов на расстоянии αW =140 мм.
Вычерчиваем упрощенно шестерню и колесо в виде прямоугольников, шестерня выполнена за одно целое с валом, длина ступицы колеса равна ширине венца и не выступает за пределы прямоугольника.
Очерчиваем внутреннюю стенку корпуса. Принимаем зазор между торцом шестерни и внутренней стенкой корпуса А1 = 1,2 δ . Принимаем зазор окружности вершин зубьев колеса до внутренней стенки корпуса А = δ . Назначаем радиальные шарикоподшипники легкой серии.
Таблица – 4 Шарикоподшипники радиальные однорядные, мм ГОСТ 8338-75
УО подшипников |
d |
D |
В |
Грузоподъемность,кН | |
Сo |
Сor | ||||
207 |
35 |
72 |
17 |
22,5 |
13,7 |
209 |
45 |
85 |
19 |
32,2 |
18,6 |
5. Подбор и проверочный расчет шпонок
Для соединения вала с деталями передающих вращение, кручение принимаем призматические шпонки из стали имеющие σв≥600 МПа – сталь 45, по таблице 8.9 [4;с.171].Длину шпонки назначаем из стандартного ряда, так чтобы она была несколько меньше длины ступени.
Таблица5 – Шпонки призматические, мм ГОСТ 23360-78
Диаметр вала, d |
Сечение вала
|
Глубина паза вала t1 |
Глубина паза втулки t1 |
Фаска º |
30 |
|
5 |
3,3 |
0,25 – 0,40 |
50 |
|
5 |
3,3 |
0,25 – 0,40 |
40 |
|
5 |
3,3 |
0,25 – 0,40 |
Вал ведущий, d=30 мм
Расчетная длина шпонки
Принимаем L=30 мм
Напряжение смятия
Вал ведомый
Для ступени вала под колеса при
Принимаем L=55 мм
Напряжение смятия
Для ступени вала под муфту при
Принимаем L=60 мм
6. Расчёт элементов корпуса
Толщина стенок корпуса и крышки
δ=0,025 а+1
δ=0,025·140+1=2,5 мм
Принимаем δ=8мм
δ1=0,02 а+1
δ1=0,02·140+1=3,8 мм
Принимаем δ1=8мм
Толщина фланцев поясов корпуса и крышки для верхнего пояса
L1=1,5 δ1
L1=1,5·8=12мм
Для нижнего пояса крышки
L=1,5 δ
L=1,5·8=12мм
р=2,35 δ
р=2,35·8=19мм
принимаем р=20мм
Толщина ребер основания корпуса
m=(0,85…1) δ
m=(0,85…1) 8=6,8…8
принимаем m=7мм
Диаметр болтов фундаментных
d1=(0,03…0,036) а+12
d1=(0,03…0,036) ·140+12=16,2…17мм
Принимаем болты с резьбой М16
Крепящую крышку к корпусу у подшипников
d2=(0,07…0,75) d1
d2=(0,07…0,75) 16=11,2…12мм
Принимаем болты с резьбой М12
Соединяющие крышку с корпусом
d3=(0,5…0,6) d1
d3=(0,5…0,6) 16=8…9,6
Принимаем болты с резьбой М8
Размер определяющей положение болтов d2
е=(1…1,2) d2
е=(1…1,2) 12=12…14,4
q≥0,5 d2+ d3
q≥0,5·12+8=14
7. Подбор и расчёт муфты
Выбираем муфту по ГОСТ 20884-82 – упругая муфта с торообразной оболочкой
Таблица 6 – Параметры муфты, мм
Тadm |
d вала |
D муфты |
L |
L1 |
500 |
40 |
280 |
=2Т3/(πD12 δ)≤ τadm=0,5 Мпа
D1=0,75 D
D1=0,75 ·280=210мм
δ=0,05·D=0,05·280=14мм
=2·321,7·103/(3,14·2102·14)0,
8. Расчетные схемы ва лов
Вал ведущий
Исходные данные:
Т2=82,9 Нм;
Ft1=2872 Н;
Fr1=1158 Н;
Fn1=780 H;
Рисунок 4 – Расчётная схема ведущего вала
Вертикальная плоскость
Реакция опор
∑МА=0; -Fn1·0,031+ Fr1·0,054-RBY·0,108 =0;
∑МВ=0; -Fn1·0,139-Fr1·0,054+RАY·0,108 =0;
Проверка:
∑Fi=-Fn1+RАY-Fr1+RBY=-780+355-
Изгибающие моменты в сечениях вала
Строим эпюру Мх
Горизонтальная плоскость
Реакции опор
RАХ = RВХ =Ft1/2=2872/2=1436 Н
Изгибающие моменты в сечениях вала
Строим эпюру Му
Определяем суммарный
(8.1)
Крутящий момент
Т=Т2=82,9 Нм
Вал ведомый
Исходные данные
Т3= 321,7Нм;
Ft2= Ft1=2872 Н;
Fr2= Fr1=1158 Н;
Рисунок 5 – Расчетная схема ведомого вала
Вертикальная плоскость
RDY= RCY=Fr2/2=1158/2=579
Изгибающие моменты в сечениях вала
Строим эпюру Му
Горизонтальная плоскость
Проверка:
Изгибающие моменты в сечениях вала
Определяем суммарный
Крутящий момент
Т=Т3=321,7 Нм
9. Подбор подшипников качения
Вал ведущий
Предварительно принимаем шарик
Определяем коэффициент
(9.1)
Принимаем коэффициенты по таблице 9.3 [1; с.133])
Х=0,56 - коэффициент радиальной нагрузки;
Y=1,31 - коэффициент осевой нагрузки;
е=0,34 - коэффициент осевого
V=1 – коэффициент вращения
Определяем осевые составляющие радиальной нагрузки

- Кинематический расчет конического редуктора
- Кинематический расчет кривошипно-шатунного механизма
- Кинематический расчет плоских шарнирных механизмов
- Кинематический расчет привода
- Кинематический расчет привода
- Кинематический расчет привода и выбор электродвигателя
- Кинематический расчет привода и выбор электродвигателя
- Кинематический и силовой расчёт привода
- Кинематический и силовой расчет привода, выбор электродвигателя
- Кинематический и силовой расчты привода
- Кинематический и энергетический расчеты приводной станции
- Кинематический расчёт
- Кинематический расчет. Выбор электрического дви- гателя
- Кинематический расчет двигателя