Некоторые советы, разъяснения, замечания

6.1 Во-первых, рекомендуем сразу оформить задание на курсовой проект, как указано в пособии /47/. Во-вторых, черновик расчета рекомендуем исполнять с соблюдением основных требований, изложенных в упомянутым пособии. Это позволит вам с минимальными затратами переработать черновик в правильно оформленную пояснительную записку.

6.2 В каждом задании указана кратковременно действующая (не боле 10⁵ циклов) повышенная нагрузка (перегрузка) привода. Ее величина используется в следующих случаях:

- для проверки контактной и изгибной прочности зубьев зубчатых колес при перегрузках. См., например, /7, с.41…68/ или /47, с. 38…51/, или /9, с. 34…58/;

- при расчете ременной передачи для выбора коэффициента, учитывающего условия эксплуатации (режим работы). См., например, /7, с.122/, или /12, с.11/, или /47, с. 65…70/;

- при расчете цепных передач для выбора коэффициента динамичности. См., например, /12, с.35, 37/или /47, с. 71…78/;

- при расчете подшипников качения для выбора коэффициента безопасности. См., например, /12, с.108/.

6.3 В некоторых учебниках даются примеры спецификаций. Но все они не соответствуют требованиям ГОСТ 2.108-68. Поэтому руководствуйтесь пособием /43/ или упомянутым ГОСТом.

6.4 В некоторых заданиях ставится условие спроектировать редуктор компактным. Если пояснить кратко, то такой редуктор должен отличаться повышенной твердостью зубьев колес и «плотной» упаковкой деталей в корпусе минимальных размеров.

6.5 В справочной литературе номинальная мощность асинхронных электродвигателей указана для длительного режима работы.

В этом режиме время непрерывной работы с постоянной нагрузкой достаточно продолжительно для того, чтобы температура двигателя стала постоянной, а количество выделяемого тепла сравнялось с количеством тепла, отдаваемого в окружающую среду. Можно считать, что в длительном режиме работают, например, двигатели приводов конвейеров, галтовочных барабанов, мешалок. Для таких приводов двигатели подбираются по мощности с минимальной недогрузкой или с перегрузкой не более 5%.

В приводе лебедки или колёс тележки мостового крана двигатель работает в режиме повторно-кратковременном, когда кратковременное включение чередуется с паузой в работе (выключенным состоянием). Во время паузы двигатель остывает.

Для повторно-кратковременного режима можно допустить перегрузку до 15%. Большая перегрузка требует специальных обоснований.

6.6 При подборе электродвигателей по частоте вращения рассмотрите сначала возможности использовать двигатели с синхронными частотами 1000 и 1500 об/мин. К двигателю с частотой 3000 об/мин обращайтесь, если он обеспечит существенные преимущества вашей конструкции, например, уменьшение размеров передач. То же самое относится и к двигателям с синхронной частотой вращения 750 об/мин и менее. Они отличаются повышенными габаритами и массой, стоимость их на единицу мощности выше, а КПД несколько ниже.

6.7 Выполняя компоновку привода, имейте в виду, что у большинства асинхронных двигателей расстояние от оси вала до опорной поверхности лап (высота вращения) меньше половины диаметра корпуса двигателя. При таком соотношении размеров двигатель ложится на плоскую поверхность корпусом, а лапы до этой поверхности не достают. Затруднение преодолевается установкой под лапы подкладок нужной толщины.

6.8 В справочниках дается отношение пускового момента электродвигателя к номинальному Т_П/Т_Н. Если вычислить Т_Н через мощность и угловую скорость, то последующее вычисление Т_П уже не составит трудности.

6.9 В литературе иногда дается синхронная частота вращения асинхронных электродвигателей (600, 750, 1000, 1500 и 3000 об/мин). Это частота идеального холостого хода, которая равна частному от деления частоты промышленного переменного тока в минуту (50Гц ´ 60сек = 3000) на число пар полюсов. Для двигателя с четырьмя полюсами, например, число пар полюсов равно двум, а синхронная частота составляет 3000/2 = 1500 об/мин. Для ваших расчетов синхронная частота практического значения не имеет. Нужна частота асинхронная или номинальная, которая меньше синхронной на величину скольжения. См., например, /7, с.390/.

6.10 В двухскоростном приводе по заданиям 12, 13, 14 вращаются одновременно роторы обоих электродвигателей, но один из них вращается принудительно (вхолостую) и отбирает для этого 2ּּּ4% мощности другого двигателя, работающего под нагрузкой. Поэтому при расчете КПД привода эти затраты мощности следует учесть коэффициентом затрат на принудительное (или холостое) вращение второго двигателя ή_пр= 0,96...0,98 (или ή_хол= 0,96...0,98).

Двигатели двухскоростного привода должны быть разными по мощности, но по частоте вращения (синхронной) они могут быть одинаковыми или разными. Возможны и другие варианты двухскоростного привода. Подумайте над этим.

6.11 Распределяя общее передаточное отношение между коробкой передач и второй передачей привода (цепной или ременной), старайтесь для первой передачи коробки не назначать передаточное отношение более 4-х, а лучше – поменьше. В противном случае шестерни получаются относительно малого диаметра, в них не размещаются достаточно толстые и жёсткие валы и т. д. и т. п. Межосевое расстояние рассчитывайте по зубчатой паре первой (замедленной) передачи. При этом коэффициент ширины венца по межосевому расстоянию Ψ_ba назначайте не более 0,15 для колёс прямозубых и не более 0,2 для колёс косозубых.

6.12 Ряд заданий содержит рекомендацию по ориентировочному выбору передаточного отношения цепной передачи i _ц. Если придерживаться этой рекомендации, то можно получить такие выходные параметры (частоту вращения, момент) для вашего редуктора или мотор-редуктора, которые соответствуют параметрам одного из стандартных редукторов или мотор-редукторов. См., например, для мотор-редукторов /21, т.3/ или /23/. Последующий подбор соответствующего по частоте электродвигателя позволит вам иметь также и передаточное отношение вашего редуктора или мотор-редуктора весьма близкое к стандартному. В конечном итоге вы получите стандартный аналог, на который можно равняться в своей работе. Впрочем, можете поступать по своему усмотрению и на упомянутую рекомендацию внимание не обращать.

6.13 Предложенные вам схемы приводов принципиально изменять нельзя, но реализованы они могут быть по-разному. Например, в задании 11 ведущая шестерная быстроходной ступени из-за малого размера может не разместиться на валу электродвигателя. Тогда можно немного обточить вал двигателя или выполнить его как вал-шестерню. Двигатель при этом перестанет быть стандартным изделием и превратится в обычную сборочную единицу. Можно, наконец, ведущую шестерню установить на самостоятельный вал с подшипниками и соединить этот вал с валом электродвигателя подходящей муфтой. Двигатель при этом останется стандартным, но размеры мотор-редуктора будут больше, да и конструкция усложнится.

Рассмотрим ещё пример. В задании 12 возможны четыре варианта расположения электродвигателей. Выбор того или другого решения представляется на ваше усмотрение.

Из приведенных примеров следует, что одно и тоже изделие можно сконструировать по разному. Поэтому смело прорабатывайте разные варианты и выбирайте из них наиболее рациональные.

6.14 Если ваш привод содержит планетарный редуктор, то постарайтесь получить литературу /9/. При расчете КПД привода возьмите сначала ориентировочно КПД всего редуктора по литературным рекомендациям. После выбора электродвигателя и назначения передаточных отношений отдельных передач (ременной, редуктора в целом и цепной) введите в свой расчет подраздел, который условно может называться, например, так: «Кинематический и геометрический расчет планетарной передачи». Здесь вы сделаете следующее:

- зададитесь числом сателлитов;

- зададитесь числом зубьев солнечного колеса и рассчитаете числа зубьев остальных колес;

- проверите соблюдение трёх известных условий – соосности, сборки, соседства;

- уточните передаточное отношение. Если оно отличается от ранее принятого, то скорректируйте ранее принятые передаточные отношения других передач или одной из них. В итоге общее передаточное отношение привода должно оставаться неизменным;

- определите угловые скорости звеньев планетарной передачи;

- рассчитайте полный КПД планетарного редуктора. Если он окажется меньше ранее принятого, то убедитесь, что выбранный двигатель не будет перегружен. В противном случае придется выбирать двигатель заново и повторить все с начала.

При полной уверенности в правильном выборе двигателя, переходите к следующему подразделу, где рассчитайте для отдельных валов привода частоты вращения, угловые скорости, мощности, моменты и т. д.

6.15 Для ориентировочного выбора КПД и передаточных отношений отдельных передач можно воспользоваться приложением в конце этой книжечки.

ЖЕЛАЕМ ВАМ УСПЕХОВ В РАБОТЕ

НАД ПРОЕКТОМ!

Задание 1. Спроектировать привод ленточного конвейера, содер­жащий асинхронный электродвигатель, клиноременную передачу, одноступен­чатый цилиндрический редуктор с косозубыми колесами и стандартную ком­пенси­рующую муфту. Схема привода на нижеследующем рисунке.

Срок службы редуктора 36000 часов, привод реверсивный. Кратковре­менные перегрузки соответствуют максимальному пусковому моменту вы­бранного электродвигателя. Мощность Р₃ кВт, передаваемая муфтой 8 при час­тоте n₃ об/мин, приводится ниже в таблице.

Схема привода: 1 – электродвигатель; 2, 3 – шкивы клиноременной пере­дачи; 4 – ремень клиновой; 5 – косозубые колеса редуктора; 6 – подшипники; 7 – корпус редуктора; 8- муфта компенсирующая; 9, 10 – барабаны конвейера; 11 – лента конвейера.

Задание 2. Спроектировать привод подвесного конвейера, содер­жащий асинхронный электродвигатель, компенсирующую муфту, одноступен­чатый редуктор с коническими зубчатыми колесами и цепную передачу с вер­тикально расположенными валами. Схема привода на нижеследующем ри­сунке.

Срок службы редуктора 10 лет при непрерывной двухсменной работе. Привод нереверсивный. Кратковре­менные перегрузки не превышают двукрат­ную номинальную нагрузку. Мощность на ведомой звездочке передачи Р₃ кВт и час­тота вращения этой звездочки n₃ об/мин приведены ниже в таблице.

Схема привода: 1 – электродвигатель; 2 – муфта компенсирующая; 3, 4 – конические колёса редуктора; 5 – корпус редуктора; 6 – подшипники; 7, 8 – со­ответственно ведущая и ведомая звёздочки цепной передачи; 9 – цепь; 10 – рама привода; 11 – вал подвесного конвейера; 12, 13 – соответственно звёз­дочка и цепь подвесного конвейера.

Задание 3. Спроектировать привод галтовочного барабана, содержащий асинхронный электродвигатель, ком­пенсирующую муфту, червячный редуктор и цепную передачу. Схема привода на нижеследующем рисунке.

Срок службы редуктора 36000 часов. Привод реверсивный. Кратковре­менные перегрузки соответствуют максимальному пусковому моменту выбранного электродвигателя. Крутящий момент на ведомой звёздочке цепной передачи Т₃ Н×м и частота вращения этой звёздочки n₃ об/мин даны в нижеследующей таблице.

Схема привода: 1 – электродвигатель; 2 – муфта ком­пенсирующая; 3 – червяк; 4 – колесо червячное; 5 - подшипники; 6 – корпус редуктора; 7 – рама привода; 8, 9 – звёздочки ведущая и ведомая соответственно; 10 – цепь; 11 – барабан галтовочный; 12 – люк для загрузки и выгрузки деталей.

Примечание – Металлические детали, изготовленные штамповкой, нуждаются в удалении заусенцев и окалины, в скруглении острых кромок. Поэтому мелкие детали, например шайбы, обрабатывают после штамповки в галтовочных барабанах, где они при медленном вращении пересыпаются, взаимно трутся и в результате приобретают нужное качество.

Задание 4. Спроектировать привод цепного конвейера, содержа­щий асинхронный электродвигатель, плоскоременную передачу, одноступенча­тый редуктор с прямозубыми цилиндрическими колесами и стандартную ком­пенсирующую муфту. Схема привода на нижеследующем рисунке.

Срок службы редуктора 10 лет при непрерывной двухсменной работе. Привод нереверсивный. Кратковре­менные перегрузки превышают номиналь­ную нагрузку не более, чем в 2 раза. Мощность Р₃ кВт, передаваемая муфтой 8 при час­тоте вращения n₃ об/мин, приводится в нижеследующей таблице.

Схема привода: 1 – электродвигатель; 2, 3 – шкивы; 4 – ремень плоский; 5 – колеса прямозубые; 6 – подшипники; 7 – корпус редуктора; 8 – муфта ком­пенсирующая; 9, 10 – звёздочки цепного конвейера; 11 – цепь конвейера.

Задание 5.Спроектировать привод ведущих колёс тележки мостового крана по схеме нижеследующего рисунка. Привод содержит асинхронный электродвигатель, компенсирующую муфту, конический одноступенчатый редуктор и цепную передачу.

Срок службы редуктора 10 лет при двухсменной работе. Привод реверсивный. Кратковре­менные перегрузки не превышают двукратную номиналь­ную нагрузку. Крутящий момент на ведомой звёздочке цепной передачи Т₄ Нּм и угловая скорость вращения этой звёздочки ω₄ рад/с приведены ниже в таблице.

Схема привода: 1 – электродвигатель асинхронный; 2 – муфта ком­пенсирующая; 3, 4 – ведущее и ведомое соответственно колёса редуктора; 5 – корпус редуктора; 6 – подшипники; 7, 8 – ведущая и ведомая соответственно звёздочки цепной передачи; 9 – цепь; 10 – ось ведущих колёс; 11 – колесо ведущее; 12 – рельс.

За­да­ние 6. Спро­ек­ти­ро­вать при­вод ле­бёдки по схеме ни­же­сле­дую­щего ри­сунка. При­вод со­дер­жит асин­хрон­ный элек­тро­дви­га­тель, ком­пен­си­рую­щую муфту, чер­вяч­ный ре­дук­тор и цеп­ную пе­ре­дачу.

Срок службы ре­дук­тора 20000 ча­сов. При­вод ре­вер­сив­ный. Крат­ко­вре­мен­ные пе­ре­грузки не пре­вы­шают дву­крат­ную но­ми­наль­ную на­грузку.

Кру­тя­щий мо­мент Т₄ Н×м на ве­до­мой звез­дочке цеп­ной пе­ре­дачи и час­тота вра­ще­ния этой звез­дочки n₄ об/мин при­ве­дены ниже в таб­лице.

Схема при­вода: 1 – элек­тро­дви­га­тель; 2 – муфта ком­пен­си­рую­щая; 3 – чер­вяк; 4 – ко­лесо чер­вяч­ное; 5 – под­шип­ники; 6 – кор­пус ре­дук­тора; 7 – рама при­вода; 8, 9 – звёз­дочки ве­ду­щая и ве­до­мая со­от­вет­ст­венно; 10 – цепь; 11 – ба­ра­бан ле­бёдки.

Задание 7. Спроектировать привод ковшевого элеватора, содержащий асинхронный электродвигатель, стандартную компенсирующую муфту, одноступенчатый цилиндрический редуктор с ведущим колесом, расположенным над колесом ведомым, и цепную передачу. Схема привода представлена на нижеследующем рисунке.

Срок службы редуктора 24000 часов. Привод реверсивный. Кратковре­менные перегрузки соответствуют максимальному пусковому моменту выбранного электродвигателя. Мощность Р₄ кВт на ведомой звёздочке и частота вращения её n₄ об/мин приведены ниже в таблице.

Схема привода: 1 – электродвигатель; 2 – муфта компенсирующая; 3, 4 – колёса ведущее и ведомое соответственно; 5 – подшипники; 6 – корпус редуктора; 7 – рама привода; 8, 9 – звёздочки цепной передачи ведущая и ведомая соответственно; 10 – цепь; 11, 12 – барабаны элеватора приводной и натяжной соответственно; 13 – лента; 14 – ковши элеватора.

Задание 8.Спроектировать привод мешалки для смешивания различных жидкостей. Привод содержит асинхронный электродвигатель, клиноременную передачу, конический одноступенчатый редуктор с вертикально расположенным валом и компенсирующую муфту. Схема привода иллюстрирована ниже.

Срок службы редуктора 10 лет при непрерывной двухсменной работе. Привод нереверсивный. Кратковре­менные перегрузки соответствуют максимальному пусковому моменту выбранного электродвигателя.

Мощность Р₃ кВт, передаваемая муфтой, и частота вращения муфты n₃ об/мин приведены в таблице.

Схема привода: 1 – электродвигатель; 2, 3 – шкивы клиноременной передачи; 4 – ремень клиновой; 5, 6 – ведущее и ведомое конические колеса редуктора; 7 – подшипники; 8 – корпус редуктора; 9 – рама привода; 10 – муфта ком­пенсирующая; 11 – мешалка; 12 – емкость для смешивания жидкостей.

Задание 9. Спроектировать привод междуэтажного ленточного конвейера. Привод со­держит асинхронный электродвигатель, компенсирующую муфту, червячный редуктор и цепную передачу. Схема привода иллюстрирована нижеследующим рисунком.

Срок службы редуктора 10 лет при непрерывной двухсменной работе. Привод неревер­сивный. Кратковременные перегрузки не более 50% от номинальной нагрузки. Мощность на ведомой звездочке цепной передачи Р₄ кВт и частота вращения этой звездочки n₄ об/мин указаны ниже в таблице.

Схема привода: 1 – электродвигатель; 2 – муфта компенсирующая; 3 – червяк; 4 – колесо червячное; 5 – подшипник; 6, 7 – звездочки цепной пере­дачи; 8 – цепь; 9 – корпус редуктора; 10 – рама привода; 11, 12 – барабаны кон­вейера; 13 – лента; 14 – натяжное устройство; 15 – перемещаемый штучный груз.

Задание 10. Спроектировать привод бетономешалки, содержащий асинхронный электро­двигатель, компенсирующую муфту, одноступенчатый редуктор с косозубыми цилиндрическими колесами, у которого ведущий вал расположен под ведомым валом, и цепную передачу. Схема привода дана на нижеследующем рисунке.

Срок службы редуктора 10 лет при односменной работе. Привод реверсив­ный. Кратковременные перегрузки соответствуют максимальному пусковому моменту выбранного электродвигателя. Мощность Р₄ кВт и частота вращения n₄ об/мин для ведомой звездочки цепной передачи приведены ниже в таблице.

Схема привода: 1 – электродвигатель асинхронный; 2 – муфта компенсирую­щая; 3, 4 – колеса зубчатые ведущее и ведомое; 5 – подшипник; 6 – корпус ре­дуктора; 7 – рама привода; 8, 9 – звездочки цепной передачи ведущая и ведомая соответственно; 10 – цепь; 11 – шнек бетономешалки; 12 – корпус бетономе­шалки; 13 – воронка для загрузки материала и выгрузки жидкого бетона.

Примечание – Иллюстрацию конструкции редуктора к этому заданию вы найдете, например, в книге /6, с. 147, 155/.

Задание 11. Спроектировать реверсивный привод конвейера с компактным двухступен­чатым соосным мотор-редуктором и цепной передачей. Срок службы редуктора 24000 часов. Кратковременные перегрузки определяются максимальным пуско­вым моментом выбранного электродвигателя. Схема привода на нижеследую­щем рисунке.

Крутящий момент на ведомой звездочке Т₄ Нּм и частота вращения этой звездочки n₄ об/мин.

Схема привода: 1 – электродвигатель фланцевый; 2 – зубчатая пара быстроход­ной ступени; 3 – зубчатая пара тихоходной ступени; 4 – корпус редуктора; 5 – подшипники; 6 – рама привода; 7, 8 – звездочки цепной передачи ведущая и ве­домая соответственно; 9 – цепь; 10 – приводной барабан конвейера.

Примечание – Если руководствоваться пунктом 6.12, то следует принять i_ц = 3.

Задание 12. Спроектировать реверсивный двухскоростной привод галтовочного бара­бана, содержащий два электродвигателя, две клиноременные передачи, кониче­ский редуктор и компенсирующую муфту. Срок службы редуктора 24000 часов. Кратковременные перегрузки соответствуют максимальным пусковым момен­там выбранных электродвигателей.

Крутящий момент Т₃, передаваемый муфтой барабану, не зависит от час­тоты вращения, а отношение максимальной и минимальной частот вращения муфты n_{3 max} / n_{3 min} = 1,3 … 1,5. Схема привода и численные значения Т₃ и n_{3 min} приведены ниже на рисунке и в таблице.

Схема привода: 1, 2 – электродвигатели; 3, 4 – шкивы клиноременных пере­дач; 5, 6 – ремни клиновые; 7, 8 – конические зубчатые колеса редуктора; 9 – подшипники; 10 – корпус редуктора; 11 – муфта компенсирующая; 12 – бара­бан галтовочный.

Примечание –О назначении галтовочного барабана читайте в задании №3.

Задание 13. Спроектировать реверсивный двухскоростной привод барабана лебедки по схеме нижеследующего рисунка. Привод содержит два асинхронных электро­двигателя, две компенсирующие муфты, червячный редуктор и цепную пере­дачу.

Срок службы редуктора 5000 часов. Кратковременные перегрузки не превы­шают двукратную номинальную нагрузку.

Крутящий момент Т₄ Нּм на ведомой звездочке цепной передачи не зависит от ее частоты вращения, отношение максимальной и минимальной частот вра­щения n_{4 max} / n_{4 min} = 1,33 …1,35. Численные значения Т₄ Нּм и n_{4 min} приведены в нижеследующей таблице.

Схема привода: 1, 2 – электродвигатели; 3, 4 – муфты компенсирующие; 5 – передача червячная; 6 – подшипник; 7 – корпус редуктора; 8, 9 – звездочки цеп­ной передачи ведущая и ведомая соответственно; 10 – цепь; 11- барабан ле­бедки; 12 – канат.

Примечание – Если вы решили воспользоваться соображениями пункта 6.12, то следует принять пе­редаточное отношение цепной передачи i_ц = 3.

Задание 14. Спроектировать реверсивный двухскоростной привод барабана лебедки по схеме нижеследующего рисунка. Привод содержит два асинхронных электро­двигателя, две компенсирующие муфты, редуктор с цилиндрическими косозу­быми колесами и цепную передачу.

Срок службы редуктора 5000 часов. Кратковременные перегрузки не пре­вышают двукратную номинальную нагрузку.

Номинальное натяжение каната постоянно при наибольшей V_max м/с и наи­меньшей V_min м/с скоростях его намотки и равно Q кН. Отношение скорости намотки каната V_max/V_min= 1,33 … 1,35. Диаметр барабана по оси каната d м. Па­раметры для расчета привода см. ниже в таблице.

Схема привода: 1, 2 – электродвигатели; 3, 4 – муфты компенсирующие; 5, 6, 7 – косозубые цилиндрические колеса редуктора; 8 – подшипник; 9 – корпус ре­дуктора; 10, 11 – звездочки цепной передачи; 12 – цепь; 13 – барабан лебедки; 14 – канат.

Примечание – При расчете КПД всей системы не забудьте учесть КПД барабана h_б=0,96…0,97.

Задание 15. Спроектировать привод для створки ворот цеха по схеме нижеследующего рисунка. Привод содержит асинхронный электродвигатель, клиноременную пе­редачу, червячный редуктор, стандартную предохранительную фрикционную муфту и цепную передачу.

Ресурс редуктора 10 лет при двухсменной работе и 8-ми циклах «открыто - закрыто» в час.

Крутящий момент на ведомой звездочке Т₄ Нּм и время поворота t с на угол открытия ворот 120⁰ приведены ниже в таблице. Предохранительная муфта должна ограничивать момент на ведомой звездочке величиной (1,4…2,0) Т₄.

Схема привода: 1 – электродвигатель; 2, 3 – ведущий и ведомый шкивы кли­ноременной передачи соответственно; 4 – ремень; 5 – червяк; 6 – колесо чер­вячное; 7 – корпус редуктора; 8 – муфта предохранительная; 9, 10 – ведущая и ведомая звездочки цепной передачи соответственно; 11 – цепь; 12 – рама при­вода; 13 – ось поворотной створки ворот; 14 – подшипники; 15 – поворотная створка ворот; 16 – рама ворот.