Кинематический расчет привода и выбор электродвигателя

Министерство  образования и науки РФ

 

 

ФГБОУ ВПО «Ивановский государственный

 химико-технологический  университет»

 

 

 

Кафедра механики

 

 

 

 

 

 

 

 

РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ  ЗАПИСКА

К КУРСОВОМУ  ПРОЕКТУ ПО МЕХАНИКЕ

 

 

 

 

Выполнил: Лапшина А.

гр.3-28

Проверил: Комарова Т.Г.

 

 

 

 

 

 

Иваново 2012

                    1.Оптимизация выбора привода

          Ориентировочное передаточное отношение  привода :

u_пр=n_c/n_рв=1000/25=60

 

Передаточное отношение  привода через передаточные отношения  элементов привода в нашем случае можно выразить следующим образом:

u_пр= u_оп∙u_ред, где

u_оп – передаточное отношение открытой передачи;

u_ред – передаточное отношение редуктора;

 

Для клиноременной передачи u_крп=2…4.

Для цепной передачи u_оцп=2…4 (до 6…8)

Для открытой зубчатой передачи u_озп=3…6,3.

Исходя из этого определим  ориентировочно разбег передаточных отношений  редуктора :

u_р= u_пр/u_оп=60/(2÷6,3)= (9,5÷30)

В качестве закрытой передачи для привода по передаточному  отношению подходит:

а) цилиндрический двухступенчатый  редуктор с u_ред=10;16;20;25 (1Ц2У-100,1Ц2У-125,1Ц2У-200,1Ц2У-250).

б) червячный  редуктор с u_ред=10;16;20;25 (Ч-100,Ч-125,Ч-160).

 

Представим результаты разбивки передаточного отношения  привода в табл.1.1.

                                                                                     Табл.1.1.

uред	10	12,5	16	20	25
uоп	6	4,8	3,8	3	2,4

 

Определим, какой из  вариантов открытой передачи подходит для нашего случая. Поэтому рассмотрим в отдельности каждый из вариантов.

1).Клиноременная передача.

Если в качестве открытой передачи выбрать клиноременную передачу (она размещается в приводе между электродвигателем и стандартным редуктором), то крутящий момент на валу редуктора не будет зависеть от передаточного числа открытой передачи.

Определим крутящий момент на рабочем валу:

Т_рв=30∙N_рв/(3,14∙n_рв)=30∙33,4/(3,14∙25)=12764 Н∙м

Для этого вида схемы определим крутящий момент на тихоходном валу:

Т_вых=Т_рв/ η_м=12764/0,98=13025 Н∙м

Выбор редуктора определяется перебором различных значений передаточных отношений  редуктора  и открытой передачи, который можно представить в виде таблицы.

 

 

 

2.КИНЕМАТИЧЕСКИЙ  РАСЧЕТ ПРИВОДА И ВЫБОР

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

 

Для выполнения кинематического  расчета привода с выбором  электродвигателя и стандартного редуктора  необходимо:

2.1. Определение общего КПД привода по формуле:

                       

_{озп зп}² _пк³ _м                                                   (1.1)

где  _м = 0,98 - КПД муфты;

        _зп = 0,975 - КПД зубчатой закрытой передачи;

        - КПД зубчатой открытой передачи;

         _пк = 0,993 - КПД пары подшипников.

Подставив значения в  формулу (1.1) получим:

           = 0,955^.0,975^2.0,993^3.0,98=0,877

 

2.2. Определим требуемую мощность электродвигателя по формуле:                                 

                                    Nр.эл. = N_рв/                                                           (1.2) 

Значит требуемая мощность электродвигателя:

                                   Nр.эл. = 33,4/0,877=38,1 кВт.

2.3. Выбираем асинхронный электродвигатель 4А200М4У3 [1с.27]:

мощность N = 37 кВт;

синхронная частота  nс = 1500 об/мин;

скольжение S= 1,7%;

 

Электродвигатель будет работать с перегрузкой, которая составляет:

                       (38,1-37,0) 100/37 = 2,97 % <5%, что допустимо.

  Определяем асинхронную  частоту электродвигателя по формуле:                                 

                   nас=nс (1-S/100)                                                                       (1.3)

                    nас=1500 (1-1,7/100) =1474,5 об/мин

 

2.4. Определяем общее  передаточное число привода по формуле:

                   u_пр =n_ас/n_рв=u_ред u_озп                                                         (1.4)

         где uред - передаточное число редуктора;

        uозп - передаточное число открытой зубчатой передачи.

                         u_пр = 1474,5/25=58,98

Таким образом, принимаем  uред=20;

Произведём разбивку передаточного отношения редуктора  по ступеням.

Передаточное отношение быстроходной ступени:

u_б=(0,75÷0,9)u_ред^2/3=(0,75÷0,9)20^2/3=5,5÷6,6

Примем по СТ СЭВ 221-75 u_б=6,3,

        тогда передаточное отношение  тихоходной ступени:

 u_т=u_ред/u_б=20/6,3=3,18→3,15

 

Передаточное число  открытой зубчатой передачи

u_озп = u_пр /( u_б∙ u_т)= 58,98/(6,3∙3,15)=2,97

Примем ближайшее стандартное  по ГОСТ значение u_озп =2,8

 

2.5. Определяем мощность на каждом  валу привода:

        Nр.эл. = 38,1 кВт       

          NБ = Nр.эл. м п -на быстроходном валу,                                                       (1.5)

 NБ = 38,1 0,98 0,993 = 36,96 кВт,

          NПр = NБ зп п -промежуточном валу,                                                                                        (1.6)      

 NПр = 36,96 0,975 0,993 =35,86 кВт        

  NТ = NПр зп п- на тихоходном валу,                                                                                           

  NТ = 35,86 0,975 0,993 = 34,79 кВт,          

  NРВ = NТ озп -на рабочем валу,                                                                        (1.8)

   NРВ = 34,79 0,955 = 33,4 кВт.

            (Расчетное значение совпадает с заданным)

2.6.  Определяем частоту вращения каждого вала:

         nБ = nас                                                                                                                                                                                      (1.9)

 

          nБ =1474,5 об/мин -на быстроходном валу,        

          nПр = nБ/uБ -на промежуточном валу,                                                                                            

nПр =1474,5/6,3 = 234 об/мин,       

           nТ = nПр/uТ -на тихоходном валу,                                                                                                       

          nТ =234/3,15 = 74,3 об/мин,

          nРВ = nТ/uозп на рабочем валу,                                                              (1.12)

          nРВ =74,3/2,8 = 26,5 об/мин,

(Отклонение от заданной частоты 1,9% -допустимо)

2.7. Определяем крутящие  моменты на каждом валу:        

       Тэл.=(9550 Nэл.)/nас                                                                                                                                        

        Т эл. = (9550 38,1)/ 1474,5 = 246,9 H м ,

        

  ТБ = (9550 NБ)/ nБ - на быстроходном валу,                                                                    

        Т Б = (9550 36,96)/ 1474,5 = 239,5 H м ,

         

  ТПр = (9550 NПр)/nПр -на промежуточном валу,                                                          

          Т Пр = (9550 35,86)/ 234 = 1463,9 H м ,

           

    ТТ=(9550 NТ)/ nТ -на тихоходном валу,                                                                              

                 ТТ = (9550 34,79)/ 74,3 = 4474 H м ,

        

       ТРВ=(9550 NРВ)/nРВ -на рабочем валу,                                                                               

          ТРВ = (9550 33,4)/ 26,5 = 12025 H м.

    Выбираем двухступенчатый  редуктор 1Ц2У-250-20 и допускаемым крутящим  моментом на тихоходном валу 5000 H м.

Проверяем недогрузку редуктора:

[(5000-4474)/5000] 100%=10,5% - проходит, т.к не превышает 15%

 

2.8. Определяем угловые  скорости вращения валов:    

   ω_ном=πn_ас/30=π1474,5/30=154,3 рад/с

   ω_б=πn_б/30=π1474,5/30=154,3 рад/с

   ω_ср=πn_ср/30=π234/30=24,5 рад/с

   ω_т=πn_т/30=π74,3/30=7,78 рад/с

   ω_рв=πn_рв/30=π26,5/30=2,78 рад/с

 

          Сводим данные кинематического расчета в таблицу.

                                                                                                                  Табл.2.3.

Вал	N, кВт	n, об/мин	ω, рад/с	Т, Нм
Электродвигателя (ЭЛ)	38,1	1474,5	154,3	246,9
Быстроходный (Б)	36,96	1474,5	154,3	239,5
Средний(СР)	35,86	234	24,5	1463,9
Тихоходный (Т)	34,79	74,3	7,78	4474
Рабочий (РВ)	33,4	26,5	2,77	12025

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                3. Расчет быстроходной ступени редуктора

Цель: определение геометрических параметров передачи, контактных и изгибных напряжений, сил, действующих в зацеплении.

 Дано: межосевое расстояние a_wб=160мм

          передаточное отношение u_б=6,3

           крутящий момент на среднем валу редуктора Т_ср=1463,9 Н∙м

           y_ba=0,2

 

 

1.  Межосевое расстояние

Принимаем согласно типоразмеру редуктора  a_Wб= 160 мм

 

2.  Геометрические параметры

Модуль зацепления

m = (0,01 ¸ 0,02)а_W = (0,01 ¸ 0,02)×160 = 1,6¸3,2 мм

Принимаем по ГОСТ 9563-60 [1 c. 78] m = 2 мм

Число зубьев:

- суммарное  z_c = 2a_W/m = 2×160/2 = 160

примем z_c=160

- шестерни  z₁ = z_c/(u_1-2+1) = 160/(6,3 +1) =21,92

примем z₁=22

колеса   z₂ = z_c–z₁ =160– 22=138

уточняем передаточное отношение:  u = z₂/z₁ = 138/22= 6,27

отклонение (6,3 – 6,27)100/6,3 = 0,43 %≤4%;

Фактическое межосевое расстояние:

a_W = z_cm/2cosb

Примем предварительно угол наклона зубьев передачи β=0°, тогда

делительные диаметры:

d₁ = mz₁ = 2×22= 44,0 мм,

d₂ = 2∙138 = 276,0 мм;

диаметры выступов:

d_a1 = d₁+2m = 44,0+2×2,0 = 48,0 мм,

d_a2 = 276,0+2×2,0 = 280,0 мм;

диаметры впадин:

d_f1 = d₁– 2,5m = 44,0– 2,5×2 = 39,2 мм,

d_f2 = 276,0–2,5×2,0= 271,2 мм;

ширина колеса:

b₂ =  y_baa_W , где

b₂- коэффициент ширины венца колеса , примем для редукторной пары нашего редуктора равным 0,2.

 

b₂=  0,2×160 = 32 мм;

Примем ширину колеса по ГОСТ  b₂=50 мм

ширина шестерни:

b₁ =  b₂+(2…5)  =  32+3 = 35 мм;

коэффициент   y_bd = b₁/d₁ = 35/44= 0,8

Рис. 3.1. Цилиндрическая передача

3. Окружная скорость

    V = pdn/6×10⁴ = p×44,0×1474,5/6×10⁴ = 3,4 м/с

    Принимаем 8-ю степень точности.

 

4. Силы, действующие в зацеплении

Окружная сила

F_t2= 2Т_ср/d₂ = 2×1463,9×10³/276= 10607,7 H

Радиальная сила