Кинематический и силовой расчёты механического привода

Спецификация.dwg

Чертеж.dwg

Работа с периодическими остановками до 24 часов в сутки
Нагрузка постоянная и переменная одного направления

эскиз.dwg

РПЗ.docx

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
ПОЛОЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА ПРИКЛАДНОЙ МЕХАНИКИ И ГРАФИКИ
ПО ПРИКЛАДНОЙ МЕХАНИКЕ
НА ТЕМУ: «КИНЕМАТИЧЕСКИЙ И СИЛОВОЙ РАССЧЁТЫ МЕХАНИЧЕСТКОГО ПРИВОДА»
РАЗРАБОТАЛ: СТУДЕНТ ГР. 14ХТ-2
ПРОФЕССОР ЗАВИСТОВСКИЙ В.Э.
РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ
К КУРСОВОЙ РАБОТЕ ПО ПРИКЛАДНОЙ МЕХАНИКЕ
Червячные редукторы применяются в приводах машин работающих с кратковременным или средним режимом по времени.
К достоинствам червячных передач и редукторов относятся возможность получения больших передаточных чисел с одной ступени передач бесшумность работы и высокая сопротивляемость ударным нагрузкам и минимальное число движущихся частей.
К недостаткам червячной передачи следует отнести невысокий КПД повышенный нагрев при длительной работе и необходимость использования бронзы при изготовлении червячных колёс.
В данном курсовом проекте разработан привод состоящий из электродвигателя муфты упругой плоскоременной передачи и червячного редуктора с нижним расположением червяка.
- мощность на приводном валу рабочей машины - ;
- частота вращения вала рабочей машины - ;
- долговечность привода - ;
- характер работы машины – нереверсивный;
- опоры валов – подшипники качения;
- редуктор – одноступенчатый червячный с нижним расположением червяка;
- открытая передача – плоскоременная.
1. Кинематический расчет привода 5
2. Расчет червячной передачи .10
3. Конструирование вала редуктора 13
4. Расчет и выбор подшипников 14
5. Расчет и выбор шпонок 15
1.КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ПРИВОДА
Кинематическая схема:
Кинематическая схема: 1- электродвигатель; 2 – плоскоременная передача; 3 – червячный редуктор; 4 – муфта.
nчп=085..09 – КПД червячной передачи;
nпр=093..098 – КПД плоскоременной передачи;
nпк=099..0995 – КПД подшипников качения;
nм=098..099 – КПД муфты.
nmin= nчп* nпр* nпк2* nм=085*093*0992*098=076
nmax= nчп* nпр* nпк2* nм=09*098*09952*099=086
Вычисление потребной мощности электродвигателя.
Ртр= - максимальная потребная мощность;
Выбор типового электродвигателя.
Электродвигатель подбираем по каталогу по определенной потребной мощности с учетом условия . В данном расчёте используется асинхронный двигатель переменного тока (ГОСТ19523-74). Двигатели серии 4А по сравнению с двигателями А2 и А02 имеют определённые преимущества: меньшую массу компактность большие пусковые моменты а также большую надёжность меньшие уровни шума и вибраций. По таблице 1.3 [5] подходят следующие электродвигатели серии 4А:
Номинальная мощность кВт
Синхронная частота вращения мин-1
Выберем из этих трёх электродвигатель один.
Рассчитаем общее передаточное число привода. Действительное передаточное число привода вычисляется по формуле:
где nдв – асинхронная частота вращения которая равна: . – коэффициент скольжения при номинальной нагрузке принимают . Примем S=002. Тогда для выбранных электродвигателей:
На основании рекомендуемых диапазонов значений передаточных чисел механических понижающих передач в таблице 1.4. [5] рассчитаем предельные для данной схемы привода значения передаточного числа:
Рассчитанные и находятся вне диапазона поэтому они из расчёта выключаются. Следовательно выбираем электродвигатель марки 4A71А2У3 (Pдв=075 кВт; ) при установке которого в приводе получаем . Выпишем из таблицы 2.5 [1] основные параметры электродвигателя:
Габаритные размеры мм
Установочно-присоединительные размеры мм
Электродвигатель серии 4А основного исполнения
Разбивка общего передаточного числа привода по ступеням
Разбиваем общее передаточное число привода по ступеням:
где – передаточное число ременной передачи;
– передаточное число червячного редуктора.
Выписываем из таблицы 1.5 [5] ряды значений передаточных чисел ременной передачи и червяного редуктора:
Ряд передаточных чисел ременной передачи ()
Ряд передаточных чисел червячного редуктора ()
Подбираем такие значения и чтобы выполнялось условие:
Выбираем и тогда общее передаточное число привода:
Определение параметров степеней передач (мощность на валу частота вращения вала крутящий момент на валу )
Согласно условию погрешность частоты вращения вала рабочей машины должна быть . Выполним проверку:
Выбор типового редуктора
По найденному вращающему моменту на тихоходном валу двигателя выбираем червячный одноступенчатый редуктор Ч-50 с межосевым расстоянием a=50мм[3].
Габаритные и присоединительные размеры редуктора:
2.РАСЧЕТ ЧЕРВЯЧНОЙ ПЕРЕДАЧИ
Червячная передача .
Выбираю справочные данные из табл. 250[3]:
Число зубьев на червяке z1=4;
Число зубьев на червячном колесе z2=40;
Коэффициент диаметра червяка q=10;
Модуль зацепления m=2;
Передаточное отношение u=10;
Коэффициент смещения полюса х=0;
Осевой шаг: р= *m =3.14*2=628 .
Делительный диаметр червяка: d1=q*m=10*2=20(мм);
Угол подъема витка червяка: 218
Ход витка червяка: pz1=p*z=628*4=2512;
Высота головки ha1 и ножки hf1 витков червяка:
ha1= ha1* * m=1*2=2
hf1= hf1* * m=1.2*2=24;
Диаметры вершин и впадин червяка:
da1= ha1*2+d1=2*2+20=24 (мм);
df1=d1-2*hf1=20-2*24=152 (мм).
Передаточное число: u= 10;
Делительный диаметр колеса: d2=m*z2=2*40=80 (мм);
Диаметр вершин da2 и диаметр впадин df2:
da2= d2+2*ha1=80+2*2=84 (мм);
df2= d2 – 2*hf1=80 – 2*24 =752 (мм);
Наибольший диаметр червячного колеса:
damda2+=84 + =86 где k- коэффициент зависящий от формы боковой поверхности витка для вогнутого профиля витка ZT k =4 для остальных k=2;
Ширина колеса: b2da1=0.67*24=1608;
Межосевое расстояние: a= = = 50 (мм);
Предварительное значение модуля m:
M=(1.4..1.7)* = (1.4..1.7)* = (175..2125);
Межосевое расстояние: aw=a+m*
Коэффициент смещения:
Скорость червяка v1 и скорость червячного колеса v2:
Скорость скольжения: vcк= = = 165797()=16579()()
При скорости vск ≤ 5 мс венцы колес закрытых передач изготавливают из безоловянных бронз (БрА9Ж3Л БрА10Ж4Н4Л)[5].
Допускаемые контактные напряжения для безоловяных бронз:
1Проверочный расчет:
где K=Кv*K =коэффициент нагрузки; K коэффициент концентрации нагрузки по длине зубьев колеса; Kv коэффициент динамической нагрузки (K=1; Кv=1 при vск≤3 мс) .
Расчет по напряжению изгиба зуба колеса:
1 Окружная сила на колесе:
Ft2 = Fa1 = = = 099 (H);
2 Напряжение изгиба у основания зуба:
3 Эквивалентное число зубьев zv: zv = = = 4340
Коэффициент формы зуба УF = 1.55;
4 Окружная сила на червяке: Ft1 = Fa2 = = = 046 (H);
5 Вращающий момент на колесе:
T3 = T2 * u * n = 46 * 10 * 0.87 = 4002 (Н*м);
6 Радиальная сила: Fr1 = Fr2 = = = 0388 (H).
1 Уравнение теплового баланса: Wвыд = Wотв =103 * (1- n) *P2
Wвыд = Wотв = 103 * (1-0.87)*0713 = 9269 (Bт);
2 Температура нагрева масла в редукторе:
где [t]=95°C- предельно допустимая температура масла при нижнем расположении червяка; KT – коэффициент теплоотдачи с поверхности корпуса
т.к. tм > [t] то необходимо применить искусственное охлаждение (устанавливаем крыльчатку на вал червяка):
3 Мощность на валу червячного колеса:P= (кВт).
4 Ориентировочное значение поверхности охлаждение корпуса:
А = 20*аw2 = 20*0052 = 005 (м2).
3. КОНСТРУИРОВАНИЕ ВАЛА РЕДУКТОРА
Сконструируем тихоходный (ведомый) вал редуктора.
Выбираем материал вала:
Материал вала – сталь 45.
Принимаем диаметр выходного конца вала . Проверим вал на минимальный требуемый диаметр сечения:
где - допускаемое напряжение на кручение.
Прочность валов обеспечена.
Катет фаски с углом вычисляется по формуле:
Принимаем (из рекомендованного ряда значений на стр. 146 [4]).
Принимаем диаметр вала под подшипники качения и диаметр вала в месте посадки червячного колеса равным 25 мм.
4. РАСЧЁТ И ВЫБОР ПОДШИПНИКОВ
Выбераем подшипники для тихоходного (ведомого) вала с учётом того что диаметр вала под подшипники качения . Из таблицы 7.8 [5] согласно ГОСТ-333-79 выбираем подшипники роликовые конические однорядные лёгкой серии.
5. РАСЧЁТ И ВЫБОР ШПОНОК
Т.к. высота и ширина призматических шпонок выбираются по стандартам то расчет шпоночных соединений сведем к нахождению длины шпонки на основании принятого допускаемого напряжения.
Выберем и рассчитаем призматичную шпонку по ГОСТ 23360-78 для тихоходного вала следующих размеров с учётом того что диаметр вала под колесо
диаметр хвостовика d2=22:
Принимаем длину первой шпонки под вал с диаметром . .
Принимаем длину второй шпонки под вал с диаметром . Тогда .
Выбираем материал шпонки – сталь 45 следовательно допускаемое напряжение на смятие []см = 70 МПа.
Проверим две шпонки по условию прочности на смятие:
В обоих случаях расчетное напряжение меньше допускаемого следовательно прочность соединений обеспечивается.
В ходе выполнения курсовой работы на тему: «Кинематический и силовой расчёты механического привода» были получены следующие данные: выбран асинхронный электродвигатель марки 4А71А2У3 с мощностью 075 кВт имеющий на валу частоту вращения и вращающий момент .
Также при выполнении курсовой работы выбран червячный редуктор Ч-50 имеющий передаточное отношение 10 () подшипники: один конический однорядный роликовый с обозначением 7205 шпонки призматичные 8x7x16 и 8x7x18. Согласно заданию погрешность частоты вращения ведомого вала рабочей машины должна быть . Выполним проверку:
Требуемая частота вращения на выходном валу обеспечена.
. Так как ближайший электродвигатель имеет мощность равную 075 кВт гораздо большую чем требуемая (05 кВт) то имеем такую погрешность.
Курсовое проектирование деталей машин: Справочное пособие. Часть 1 А.В. Кузьмин Н.Н. Макейчик В.Д. Калацев и др. – Мн.: Выш.шк. 1982.
Детали машин. Проектирование: учебное пособие Л. В. Курмаз А.Т. Скойбеда. 2-е издание исправленное и дополненное – Мн.: УП «Технопринт» 2002.
Анфимов Н. И. Редукторы. Конструкция и расчет. – М.:Машиностроение–1993.
Завистовский В.Э.: учебно-методический комплекс для студентов специальгости 1-48 01 03 “Химическая технология природных энергоносителей и углеродных метериалов “ Ч.2: Детали машин и аппаратов .В 3 кн. Кн. 1 Новополоцк : ПГУ 2010.
Завистовский В.Э.: учебно-методический комплекс для студентов специальгости 1-48 01 03 “Химическая технология природных энергоносителей и углеродных метериалов “ Ч.2: Детали машин и аппаратов .В 3 кн. Кн. 2 Новополоцк : ПГУ 2010.