Материал: Детали машин-2

1 Энерго-кинематический расчёт привода

Цель энерго-кинематического расчета – подбор электродвигателя и определение частот вращения и вращающих моментов на всех валах привода. Эти данные являются исходными данными для дальнейших проектных расчетов передач привода. Схема привода представлена на рисунке 1.1.

1–электродвигатель; 2–муфта упруго-компенсирующая;3–редуктор;

4–открытая зубчатая передача; 5–звездочка

Рисунок1.1–Схема привода

Исходные данные к расчёту следующие:

Окружное усилие на звездочки F_t = 4,4кН; Окружная скорость звездочки v = 1,9 м/с;

Срок службы привода = 8 лет.

Число зубьев приводной звездочки z = 14

Шаг приводной цепи p = 78.1 мм

1.1Подбор электродвигателя

Выбор электродвигателя осуществляется по мощности, требуемой для обеспечения передачи крутящего момента на приводном валу. Мощность на приводном валу P_ВЫХ, кВ трассчитывается по формуле:

(1.1)

Требуемую мощность электродвигателя P_{ДВ ТР} , кВт определим по формуле:

(1.2)

где ₀ - общий коэффициент полезного действия (КПД) привода.

КПД привода ₀ определяется как произведение КПД элементов привода, т.е. по формуле:

, (1.3)

где _М - КПД муфты соединительной, _М = 0,98;

_РЕД - КПД червячной передачи, _РЕД = 0,7;

_ЗП - КПД зубчатой открытой передачи, _ЗП = 0,95;

_ПП - КПД одной пары подшипников, _ЗП = 0,99.

Значения КПД взяты из таблицы 1.1, [1].

Общее КПД привода:

_ 0,98  0,7  0,95  0,99³  0,632 .

Тогда требуемая мощность электродвигателя:

На выходном валу установлено выходное звено – звездочка. Диаметр звездочки D_з определяется по формуле:

, (1.4)

где z - Число зубьев приводной звездочки;

p- Шаг приводной цепи;

мм

Отсюда угловую скорость выходного звена определим по формуле:

(1.5)

Частоту вращения выходного звена определим по формуле:

( 1.6)

мин^-1

Определим предварительно частоту вращения двигателя формуле:

(1.7)

где U_ЧП-передаточное число червячной передачи;

U_ОП-передаточное число зубчатой открытой передачи;

Предварительно по таблице 3.2, [1] принимаем U_ЧП = (8…60) и U_ОП = (3…6) тогда,

мин^-1

По требуемой мощности электродвигателя P_{ТР ДВ} и частоте вращения n_ДВ по таблице 3.3, [1]. Выбираем электродвигатель асинхронный 4A160S2У3 (ГОСТ19523-81) с частотой вращения n_ДВ = 2910мин^-1, и мощностью P_ДВ 15кВт.

1.2 Определение частот вращения и крутящих моментов на валах привода.

Для определения частот вращения на валах привода окончательно назначим передаточные числа передач:

Общее передаточное отношение редуктора U_ред рассчитаем по формуле:

, (1.8)

где n_ДВ-реальная частота вращения электродвигателя, мин^-1.

Определим передаточное отношение редуктора, приняв передаточное отношение открытой зубчатой передачи U_ОП = 3

(1.9)

Так как редуктор одноступенчатый, то данное передаточное отношение является передаточным отношением червячной передачи. Определим частоты вращения на валах привода (обозначения валов соответствует обозначениям на рисунке1.1):Частота вращения на валах I и II:

Частота вращения на валах I и II:

Частота вращения на валу III:

Частота вращения на валу IV :

Вращающие моменты на валах T_i, Н·м определяются по формуле:

, (1.10)

Где i–номер вала;

P_i–мощность на i-ом валу, кВт;

_i–угловая скорость i-ого вала, с^-1;

Рассчитаем мощности на валах привода:

Мощность на валу I:

Мощность на валу II:

Мощность на валу III:

Мощность на валу IV:

Определим угловые скорости валов по формуле (1.3):

Угловая скорость валов I и II:

Угловая скорость вала III

Угловая скорость вала IV:

Тогда крутящие моменты на валах:

Вращающий момент на валу I:

Вращающий момент на валу II:

Вращающий момент на валу III:

Вращающий момент на валу IV:

2 Проектный расчёт передач редуктора

2.1 Выбор материалов, термообработки и определение допускаемых напряжений для червячной передачи

В первом приближении определяем скорость скольжения по формуле представленной в таблице 4.1,[2]:

(2.1)

По рекомендациям в таблице 4.1,[2] исходя из таблицы А.9,[2]: назначаем материал I группы колеса БрO10Ф1 (_В = 245 МПа; _Т = 195 МПа); червяк–сталь40Х, закалка до Н₁=54HRC, витки шлифованные и полированные.

Допускаемые контактные напряжения для материалов I группы рассчитываются по формуле

(2.2)

Где С_v-коэффициент, учитывающий скорость скольжения(согласно данным стр.223, [2] при 8скvм/с 0.8 С_v).

[σ_Н]₀-начальные контактные допускаемые напряжения;

K_HL-коэффициент долговечности;

_Н_max-максим5альные контактные допускаемые напряжения;

Начальные контактные допускаемые напряжения определяются в зависимости от предела прочности материала колеса для шлифованных и полированных червяков по формуле

[σ_Н]₀ = (0.85…0.9)*σ_в (2.3)

[σ_Н]₀ = 0.9*245 = 220.5 Мпа

Коэффициент долговечности определяется по формуле

(2.4)

Где N_HE-эквивалентное число циклов нагружения;

Эквивалентное число циклов нагружения рассчитывается по формуле

(2.5)

Где _Н-коэффициент режима работы ( принимаем режим работы –тяжелый и выбираем по таблице А.10, [2] _Н =0,416).

t-срок службы привода в часах.

Расчётный срок t, ч службы рассчитаем по формуле:

(2.6)

Где N_Г-количество лет службы привода (N_Г = 8 по условию);

N-количество недель в году (N_Н = 52);

N_ДН-количество рабочих дней в неделю (принимаем Д_НN = 5);

N_СМ-количество смен в день (принимаем N_СМ = 2);

t_СМ-количество часов в смену (принимаем t_СМ = 8)

Тогда эквивалентное число циклов нагружения

Коэффициент долговечности

Допускаемые контактные напряжения

Начальные контактные допускаемые напряжения определяются в зависимости от предела текучести материала колеса по формуле

(2.7)

Сравниваем рассчитанные допускаемые контактные напряжения с максимальными и окончательно принимаем _Н 118,2 Мпа

Допускаемые напряжения изгиба для материалов I группы рассчитываются по формуле

(2.8)

где _F₀ -начальные допускаемые напряжения изгиба;

K_FL-коэффициент долговечности;

_Н_max-максимальные допускаемые напряжения изгиба;

Начальные допускаемые напряжения изгиба определяются в зависимости от пределов текучести и прочности материала колеса по формуле

(2.9)

Коэффициент долговечности определяется по формуле

(2.10)

Эквивалентное число циклов нагружения рассчитывается по формуле

Где _F-коэффициент режима работы ( принимаем режим работы –тяжелый и выбираем по А.10, [2] F=0,2).

Тогда

Коэффициент долговечности

Допускаемые напряжения изгиба

[σ_F]= 46*0.76 = 34.96 МПа

Максимальные допускаемые напряжения изгиба определяются в зависимости от предела текучести материала колеса по формуле

[σ_F]_max = 0.8*σ_Т