Материал: Проектування передавального механізму стрілочного приводу

Проектування передавального механізму стрілочного приводу

Пояснювальна записка та розрахунки до курсової роботи з дисципліни «Прикладна механіка»

Тема: Проектування передавального механізму стрілочного приводу

Вступ

Курсовий проект базується на типовому об'єкті залізничного транспорту стрілочному переводі. Стрілочні електроприводи призначені для переведення, замикання та контролю стану залізничних стрілок. Вони застосовуються у пристроях електричної централізації, які широко використовуються на залізницях.

По заданим швидкості переміщення та сили шиберу, а також кількості зубців шестерень спочатку розраховується потрібна потужність та кількість обертів двигуна. По таблицям вибирається стандартний двигун з найближчими до розрахованих параметрами. Потім розраховуються геометричні характеристики зубчастих коліс.

У шостому розділі проводиться розрахунок на міцність 2-го проміжного валу по напруженням згину та кручення. Вибирається його діаметр.

У сьомому розділі вибирається підшипник кочення та розраховується тривалість його роботи. Також по стандартним значенням вибирається призматична шпонка та по напруженням розраховується її довжина, яка потім округлюється у більшу сторону згідно із стандартною довжиною

На плакатах приведено: схема стрілочного приводу, картина евольвентного зачеплення першого та другого коліс, другий проміжний вал-шестерня, друге зубчасте колесо.

1. Вихідні дані

Зусилля на шибері Fш = 1850 H,

Швидкість шибера Vш = 0.044 м/c,

Кількість зубців шестерні z1=15,

Кількість зубців колеса z2=68,

Кількість зубців шестерні z3=14,

Кількість зубців колеса z4=62,

Кількість зубців шестерні z5=15,

Кількість зубців колеса z6=53,

Кількість зубців шестерні z7=10,

Модуль зачеплення ,

Модуль зачеплення ,

Модуль зачеплення ,

Модуль зачеплення ,

Довжина шибера .

2. Основне призначення та загальна будова стрілочного приводу

Стрілочні електроприводи призначені для переведення, замикання та контролю стану залізничних стрілок. Вони застосовуються у пристроях електричної централізації, які широко використовуються на залізницях. Керування приводом у системі електричної централізації здійснюється зі стаціонарного диспетчерського поста.

За часом переведення стрілок приводи розподіляються на приводи з нормальним переведенням (2 … 7 с) та швидкодіючі ( до 1с). Швидкодіючі приводи використовуються на сортувальних гірках і шляхах маневрових станцій.

Незалежно від типу та серії кожний привод має такі вузли:

електродвигун (як джерело механічної енергії);

передаточний механізм;

запобіжний пристрій у вигляді фрикційної муфти, яка забезпечує захист двигуна від перевантажень і поломок;

блок управління і контролю роботи привода;

шибер і контрольні лінійки, з'єднані з вістряками рейок.

Передаточний механізм працює таким чином (ГЧ, арк. 1). Обертання вала електродвигуна  передається через муфту вхідному валу редуктора  і потім через дві зубчасті пари ,  та ,  корпусу фрикціону 11. З корпусом фрикціону жорстко зв'язані рухомі диски, до яких пружинами притискуються нерухомі диски, жорстко зв'язані з валом - шестернею . Обертання колеса  передається вал-шестерні  через фрикційне зчеплення. Вал-шестерня  повертає колесо , яке через фігурну шайбу  і упор  передає рух головному валу шестерні  і шиберу .

Основним призначенням фрикціону є недопустимість перевантаження електродвигуна при попаданні сторонніх предметів між вістряком і рамною рейкою. Для нормальної роботи привода необхідно щоб крутний момент  на валу фрикціону, що залежить від навантаження шибера, був менший моменту тертя  у фрикційному зчепленні.

Другим призначенням фрикціону є поглинання кінетичної енергії, що запасена у період розгону, при стопорінні для уникання появи недопустимих динамічних навантажень у елементах привода.

Особливу увагу при проектуванні стрілочних електроприводів слід приділити вибору електродвигуна.

Роботу електродвигуна стрілочного переводу характеризує ряд особливостей: повторно-короткочасний режим роботи, зміна навантаження у широких межах, реверсивний характер навантаження.

Враховуючи ці особливості, найкращим двигуном для стрілочного електропривода є двигун постійного струму з послідовним збудженням, що має великий пусковий момент і значну перевантажувальну спроможність.

При малих моментах на валу завдяки «м'якій» характеристиці він розвиває високу швидкість, а при великих - автоматично зменшує її. Ця властивість дозволяє, використовуючи один і той же двигун, забезпечувати прискорене переведення легких стрілок у маневрових районах і повільне переведення важких стрілок на головних коліях станцій.

У електродвигунів змінного струму характеристики близькі до потрібних - мають трифазний асинхронний двигун з коротко замкнутим ротором. Для збільшення пускового моменту використовують електродвигун з підвищеним ковзанням, що досягається за рахунок збільшення активного опору ротора.

3. Вибір електродвигуна

Проектування передаточного механізму стрілочного приводу починається з вибору електродвигуна. Його потужність визначається за заданими зусиллями на шибері  і швидкостями переміщення шибера

, (3.1)

де  - загальний коефіцієнт корисної дії (ККД) передаточного механізму

, (3.2)

де , ,  - ККД зубчастих пар, включаючи втрати в підшипниках (при розрахунках приймаються );

 - ККД шибера (при розрахунках приймається , тому що він переміщується у клинових направляючих)

.

Тоді  Вт.

Частоту обертання електродвигуна визначаємо за заданою швидкістю шибера та параметрами передаточного механізму .

Кутова швидкість головного вала

, (3.3)

де  - радіус ділильного кола шиберної шестерні

,

тоді  .

Частота обертання головного (вихідного) валу стрілочного приводу

, (3.4)

 хв -1

Частота обертання валу двигуна

 (3.5)

де  - загальне передаточне число передаточного механізму,

, (3.6)

де , ,  - передаточні числа кожного ступеня визначаються через кількість зубців зубчастих коліс:

;

;

.

Тоді uзаг=4,53·4,42·3,53=70,67.дв = 12,01·70,67 = 848,74 об.

За отриманими значеннями Р і пдв підбираємо електродвигун. Далі у розрахунках будемо використовувати слідуючи параметри електродвигуна, а саме МСП- 0,15 з напруженням 110/160В, потужністю 150 Вт і частотою обертання 850 об/хв.

4. Кінематичний і силовий розрахунок передаточного механізму

Переходимо до кінематичного аналізу передаточного механізму стрілочного приводу з урахуванням частоти обертання обраного електродвигуна.

=nдв=850хв-1.

Число обертів другого та третього зубчастих коліс, розташованих на одному валу, однакові і дорівнюють

.

Аналогічно

,

.

Кутова швидкість шиберної шестерні

 (4.1)

Максимальна швидкість шиберу

 (4.2)

Середня швидкість переміщення шиберу

 (4.3)

Час спрацьовування стрілочного електроприводу

 (4.4)

Визначаємо крутні моменти на валах на валу електродвигуна

,

де  - потужність електродвигуна ();

на другому проміжному валу

=T1 · u12 · η1 = 1,687·4,53·0,96 = 7,336 H·м

на валу фрикціону =T2 · u34 · η2 = 7,336·4,42·0,96 = 31,128 H·м;

на вихідному валу

=T3 · u56 · η3 = 31,128·3,53·0,96 = 104,387 H·м.

Момент тертя в запобіжній фрикційній муфті

,

де  - коефіцієнт запасу зчеплення муфти.

H·м.

Зусилля на шибері

 (4.5)

5. Визначення основних розмірів зубчастих коліс

Для побудови у масштабі розгорнутої кінематичної схеми приводу і робочих креслень другого проміжного валу-шестерні та зубчастого колеса 2 визначаємо розміри зубчастих коліс.

Радіус ділильного кола колеса

 (5.1)

де  - модуль зачеплення,

 - кількість зубців зубчастого колеса.

мм,

мм,

мм,

,

мм,

мм.

Ширина зубчастих коліс визначається за обраною відносною шириною шестерні

 (5.2)

та колеса

 (5.3)

де ,  - ширина та діаметр ділильного кола шестерні,

 - ширина зубчастого колеса,

 - міжосьова відстань пари зубчастих коліс.

Міжосьові відстані дорівнюють

а12 = r1 + r2 = 11,25 + 51 = 62,25;

а34 = r3 + r4 = 14 + 62 = 76;

а56 = r5 + r6 = 22,5 + 79,5 = 102.

У відповідності з рекомендаціями для першого і другого ступеня (несиметричне розташування коліс відносно опор) приймаємо , а для третього ступеня (консольне розташування шестерні) приймаємо .

Визначаємо  за формулою

, (5.4)

де  - передаточне число розглядає мого ступеня.

,

.

Для сьомої шестерні задаємось .

Далі за відомою відносною шириною визначаємо дійсні значення ширини шестерень та коліс

,

,

,

,

,

.

При остаточному призначенні розмірів приймаємо ширину шестерні на  більше ширини колеса.