Передаточное отношение привода
Требуемую мощность электродвигателя определяют по формуле (7.1) или (7.3); соответствующий типоразмер его выбирают по табл. 2.2. Так как для рассчитываемого привода подходят двигатели с различными частотами вращения, то следует рассмотреть несколько вариантов и остановиться на оптимальном, соответствующем конкретным условиям работы. При этом надо учитывать, что с повышением частоты вращения масса двигателя и его габариты уменьшаются, снижается стоимость, однако рабочий ресурс тоже уменьшается. Поэтому для приводов общего назначения, если нет специальных указаний, предпочтительны двигатели с частотами вращения 1500 или 1000 об/мин (соответственно частота вращения при номинальном режиме с учетом 3 % скольжения nном ≈ 1450 или 970 об/мин).
Далее находят частоту вращения приводного вала пв (об/мин). Если задана скорость ленты транспортера v (м/с) и известен диаметр D барабана (м), то
пв = 60 v / πD (7.1)
Затем определяют общее передаточное отношение привода
i = nном / пв (7.2)
и производят предварительную разбивку его:
i = i1i2…..ik (7.3)
где i1,….., ik – частные значения передаточных отношений каждой передачи, входящей в общую схему привода. В процессе проектирования их уточняют в соответствии со стандартами на параметры ременных, цепных, зубчатых и червячных передач.
Выбор типа передач. Соединение вала машины с валом электродвигателя возможно лишь в относительно редких случаях, когда частоты вращения этих валов одинаковы, например в приводах центробежных насосов, вентиляторов и пр. Если это условие не соблюдается, то для привода машины необходима установка повышающей или понижающей передачи.
Оптимальный тип передачи определяется с учетом ряда факторов: эксплуатационных условий, характера изменения нагрузки в процессе работы, заданного срока службы, требования техники безопасности, удобства обслуживания и ремонта, стоимости привода и его монтажа.
В зависимости от конкретных условий конструктор, проектирующий механическое приводное устройство, рассматривает варианты применения передач различных типов - зубчатых, червячных, ременных, цепных, фрикционных и их целесообразных сочетаний.
Проектирование приводных устройств следует начинать с кинематического расчета. Исходными данными, необходимыми для расчета, могут быть такие показатели: номинальный вращающий момент Т на валу приводимой в движение машины, его угловая скорость (или частота вращения и), график изменения нагрузки и частоты вращения за определенный период. Для приводов транспортеров нередко указывают вместо частоты вращения приводного вала скорость ленты или цепи и соответственно диаметр барабана или звездочки, а вместо момента на приводном валу - окружную силу F. По этим данным легко определить значения момента и частоты вращения. Далее, задаваясь предварительно частотой вращения вала электродвигателя (предпочтительно из ряда синхронных частот пс = 1000; 1500; 3000 об/мин), вычисляют значения передаточных отношений для нескольких вариантов приводов.
Анализируя полученные значения их, намечают несколько вариантов компоновки привода, включающего механические передачи различных типов. Кинематические схемы приводов надо рассматривать как предварительные, подлежащие уточнению в процессе дальнейшего проектирования.
Выбор электродвигателя
Для выбора электродвигателя должны быть известны условия эксплуатации (график нагрузки, температура и влажность окружающей среды и др.), требуемая мощность и частота вращения вала. В соответствии с этими данными выбирают по каталогу электродвигатель и проверяют его на нагрев при установившемся и переходных режимах и при кратковременной перегрузке.
В ряде случаев подбор электродвигателя упрощается: 1) при длительной постоянной или незначительно меняющейся нагрузке проверка на нагрев необязательна, так как завод-изготовитель выполнил ее для указанных условий и гарантирует длительную работу на номинальном режиме; 2) для повторно-кратковременного режима работы выбирают двигатель с повышенным пусковым моментом с учетом продолжительности включения (ПВ, %); 3) если машина, для которой проектируется привод, часто включается и выключается, имеет повышенное статическое сопротивление и значительный динамический момент в период пуска, то выбранный электродвигатель следует проверить по величине пускового момента Тпуск.
Первый случай нагружения электродвигателя охватывает большое число видов механических приводов - к вентиляторам, насосам, компрессорам, конвейерам, транспортерам и пр. Второй случай нагружения характерен для приводов лебедок, кранов, подъемников и др.
В проектах, выполняемых по курсу деталей машин, разрабатываются в основном приводы к машинам, входящим в первую группу. Поэтому электродвигатель, выбранный по каталогу, можно не проверять на нагрев. Требуемую мощность электродвигателя Р (Вт) определяют по расчетной номинальной нагрузке [например, для конвейеров и транспортеров -по тяговому усилию (H) и скорости ленты v (м/с)]. Тогда искомая мощность
Р = Fv/η (8.1)
Р = 2,93 Вт,
где η - коэффициент полезного действия (КПД) всего привода, равный произведению частных КПД передач, входящих в привод;
η = η1 η2 ηk (8.2)
Средние значения КПД передач приведены в табл. 8.1 (с учетом потерь на трение в подшипниках); в ней же указаны средние значения передаточных отношений, которые могут быть приняты в качестве ориентировочных при выполнении курсовых проектов.
Если в исходных данных на проектирование привода указаны значения вращающего момента Т (Н * м) на приводном валу и угловая скорость этого вала ω (рад/с), то требуемая мощность электродвигателя, Вт
P = T ω / η (8.3)
По найденной мощности двигателя определяют его тип, наиболее подходящий для конкретных условий работы.
Таблица 8.1
Значения КПД и передаточных отношений передач
| Передача | КПД | Передаточное отношение |
| Зубчатая | 0,95-0,97 | 2-6 |
| Червячная с числом витков червяка 1-4 | 0,70-0,90 | 10-40 |
| Цепная | 0,94-0,96 | 2-6 |
| Ременная | 0,94-0,96 | 2-5 |
| Фрикционная | 0,90-0,95 | 2-4 |
Промышленность выпускает большое число электродвигателей для всех отраслей народного хозяйства. По роду тока их разделяют на следующие типы.
1. Двигатели постоянного тока; они допускают плавное регулирование угловой скорости вала, обеспечивают плавный пуск, торможение и реверс; предназначены в основном для приводов электрического транспорта, кранов, подъемных установок и т. п.
2. Однофазные асинхронные двигатели небольшой мощности, применяемые в приводах бытовых механизмов.
3. Трехфазные синхронные двигатели, частота вращения которых не зависит от нагрузки; характеризуются высокой механической надежностью, малой чувствительностью к колебаниям напряжения сети; их применяют в основном в установках большой мощности.
4. Трехфазные асинхронные двигатели, наиболее распространенные в различных отраслях народного хозяйства; их преимущества по сравнению с двигателями других типов: простота конструкции, меньшая стоимость, более высокая эксплуатационная надежность. При выполнении курсовых проектов следует выбирать для приводов именно эти двигатели.
При номинальном режиме среднее значение s ≈ 3 ÷ 5%. Впериод пуска двигателя момент на его валу изменяется от Тпуск до Тмах, частота вращения возрастает от 0 до nкр. Точка Тмах nкр – критическая, работа в таком режиме недопустима, т.к. двигатель быстро перегревается. При снижении нагрузки от Ттах до Тном, т. е. при переходе к номинальному установившемуся режиму, частота вращения возрастает до nном. При дальнейшем снижении нагрузки частота вращения повышается и при Т=0 достигает значения nс, когда скольжение х= 0.
Пуск двигателя происходит при s= 1 (или 100%), когда п = 0. Точка Sкр, Тmax - критическая, двигатель должен проходить ее без малейшей задержки. Участок между максимальным и пусковым моментами почти прямолинейный: момент пропорционален скольжению. При sном двигатель развивает номинальный момент и может эксплуатироваться в таком режиме длительное время. При S= 0 момент T тоже равен нулю, а частота вращения возрастает до nс (об/мин), определяемой по формуле:
nс = 60f /p,
где f - частота тока, равная 50 периодам в 1 с; р - число пар полюсов. Как правило, двигатели для механических приводов выбирают с числом пар полюсов от 1 до 4 (табл. 8.2).
Таблица 8.2
Определение числа пар полюсов
| p | ||||
| nс, об/мин | ||||
| nном об/мин, с учетом скольжения S = 4 % |
Вот такие ориентировочные значения nном и следует принимать во внимание при определении передаточных отношений проектируемых приводов.
Трехфазные асинхронные короткозамкнутые двигатели единой серии 4А общего назначения для продолжительного режима работы выполняют в двух вариантах: защищенные двигатели мощностью 15 - 400 кВт и закрытые обдуваемые мощностью 0,06-315 кВт. Эти двигатели надежнее и удобнее в эксплуатации, чем двигатели защищенные, поэтому рекомендуется выбирать их для приводов общего назначения.
Заключение
По материалам курсовой работы можно сделать следующие выводы:
1. Выполнили разбивку общего передаточного отношения по ступеням
2. Обосновали выбор основных параметров редукторов
3. Обосновали выбор марок стали для зубчатых колёс
4. Определили допускаемые напряжения
5. Определили основные параметры цилиндрических передач
6. Описали цилиндрические зубчатые передачи. Краткие сведения по геометрии и кинематике
7. Описали передаточное отношение привода
8. Обосновали выбор электродвигателя
Список литературы
1.Бабкин И.А. Конкурентоспособность как фактор, определяющий стратегию предприятия // Экономика и конкурентоспособность России: Межвузовский сборник научных трудов. Вып. № 6. - СПб: Изд-во Политехн. ун-та, 2004.
2. Баканов М.И. Шеремет А.Д. Теория экономического анализа. - Н.: Учебник Финансы и статистика, 1997.
3. Байзельман Р.Д. и др. Подшипники качения.– М.: Машиностроение, 1975.
4. Биргер И.А., Иосилевич Г.Б., Резьбовые соединения.- М.:"Машиностроение" 1973.-256 с.
5. Беляков В.М., Жарков М.С., Фёдоров В.В., Янковский В.В. Зубчатые передачи подвижного состава: Учебное пособие для студентов. Куйбышев.: КИИТ, 1990.
6. Богданов А.И. Стратегическое управление научно-техническим прогрессом на предприятии (объединении). - М.: ВАФ, 1991.
7. Валы и оси. Конструирование и расчёт/ Под ред. Серенсена. М.: Машиностроение, 1980.
8. Гузенков П.Г. Теория механизмов и машин детали машин.Методические указания и задания на контрольные работы. "Высшая школа", 1966.- 93 с.
9. Детали машин в примерах и задачах: Учебное пособие для вузов/ Под ред. Ничипорчика С.Н.– Минск: Вышэйша Школа, 1981.
10. . Детали машин: Справочник/ Под ред. Ачеркана.Н.С. В 3-х тт.– М.: Машиностроение, 1968-1969.
11. Детали машин: Атлас конструкций/ Под ред. Решетова Д.Н. – М.: Машиностроение, 1988.
12. Динамика машин и управление машинами: Справочник/ Под ред.Крейнина Г.В.– М.: Машиностроение, 1988.
13. Игнатович А.М., Марков А.Н., Детали машин. Методические указания и контрольные задания.- М.: "Высшая школа", 1975.-95 с.
14. Иванов М.Н. Детали машин.- М.: "Высшая школа", 1991.-383 с.
15. Информационная революция: наука, экономика, технология - М.: ИНИОН, 1993. - 202 с.
16. Ицкович Г.М. Чернавский С.А. и др. Сборник задач и примеров расчёта по курсу деталей машин.- М. "Машиностроение", 1975. 286 с.
17. Клячкин Н.Л. Расчёт групповых резьбовых соединений.М.:
18. Любушин М.П., Лещева В.Б., Дьякова В.Г. Анализ финансово-экономической деятельности предприятия. Учебное пособие для вузов. – М.: ЮНИТИ-ДАНА, 1999.
19. Практическое пособие. — М.: Финпресс, 1998. — 272 с.
20. "Машиностроение", 1972.- 386 с.
21. Максимова Н. С. О реформировании межбюджетных отношений в Российской Федерации //Финансы, 1998, № 6.
22. Максимкина Е.А., Лоскутова Е.Е., Дорофеева В. В. Конкурентоспособность фармацевтической организации в условиях рынка. — М.: МЦФЭР, 1999. - 256 с.
23. Николаев Г.А. и др. Проектирование сварных конструкций в машиностроении.- М.: "Машиностроение", 1975.- 212 с.
24. С.Н.Ничипорчик, М.И.Корженцевский, В.Ф.Калачёв и др.Детали машин в примерах и задачах.- 2-е изд.-Мн.:"Выш.школа",1981.-432 с.
25. Серенсен С.В., Когаев В.П., Шнейдерович Р.М. Несущая способность и расчёты деталей машин на прочность. – М"Машиностроение". 1983.- 343 с
26.Тарабасов Н.Д., Учаев П.Н. Проектирование деталей и узлов машиностроительных конструкций: Справочник.– М.: Машиностроение, 1983.
27.Трение, изнашивание, смазка: Справочник/ В.В. Алисин и др.– М.: Машиностроение, 1980.
28.Чернавский С.А. Подшипники скольжения.– М.: Машгиз, 1963.
29.Чернавский С.А., Боков К.Н.. Чернин И.М. и др. Курсовое проектирование деталей машин: Учебное пособие.- М.:Машиностроение, 1988. -416с.
30.Чернавский С.А. Курсовое проектирование деталей машин: Учебное пособие для техникумов .– М.: Машиностроение, 1980.–351 с.
Приложение
Приложение 1
Механические свойства сталей
| Марка стали | Диаметр D, мм | Ширина S, мм | НВ сердцевины | HRC поверхности | σВ | σТ | Термическая обработка |
| МПа | |||||||
| Любой | Любая | 163-192 | - | Нормализация | |||
| » | » | 179-207 | - | » | |||
| 235-262 | - | Улучшение | |||||
| 269-302 | - | » | |||||
| 40Х | 235-262 | - | » | ||||
| 40Х | 269-302 | - | » | ||||
| 40Х | 269-302 | 45-50 | Улучшение + | ||||
| закалка ТВЧ | |||||||
| 35ХМ | 235-262 | - | Улучшение | ||||
| 35ХМ | 269-302 | - | » | ||||
| 35ХМ | 269-302 | 48-53 | Улучшение + | ||||
| закалка ТВЧ | |||||||
| 40ХН | 235-262 | - | Улучшение | ||||
| 40ХН | 269-302 | - | » | ||||
| 40ХН | 269-302 | 48-53 | Улучшение + | ||||
| закалка ТВЧ | |||||||
| 20ХН2М | 300 - 400 | 56-63 | Улучшение + | ||||
| цементация + | |||||||
| закалка | |||||||
| 18ХГТ | 300-400 | 56-63 | То же | ||||
| 12ХНЗА | 300 - 400 | 56-63 | » | ||||
| 25ХГМ | 300 -400 | 56-63 | » | ||||
| 4QXH2MA | 269-302 | 50-56 | Улучшение + | ||||
| азотирование | |||||||
| 35Л | Любой | Любая | 163-207 | - | Нормализация | ||
| 45Л | 207-235 | - | Улучшение | ||||
| 40ГЛ | 235-262 | - | » |
Приложение 2
Общие положения
Расчёт распространяется на стальные прямозубые, косозубые и шевронные передачи редукторов, прямозубые открытые передачи и реечные прямозубые передачи при соблюдении следующих условий:
а) для редукторов:
1) валы опираются на подшипники качения;
2) корпус защищен от проникновения внутрь грязи и воды и обладает достаточной жесткостью;
3) зубья смазываются маслом;
4) среда химически неагрессивная;
5) температура масла в корпусе не выше 95 °С;
б) степень точности по нормам плавности и контакта 6-9 -по ГОСТ 1643 - 81;
7) окружная скорость зубчатых колес - до 16 м/с;
8) параметр шероховатости рабочих поверхностей зубьев Ra ≤ 2,5 мкм;
9) исходный контур по ГОСТ 13755-81;
б) для открытых передач:
1) зубья смазываются пластичной смазкой;
2) степень точности по нормам контакта 9-10 по ГОСТ 1643-81;
3) передачи прямозубые;
4) окружная скорость до 2 м/с;
5) ширина колеса - не более 10 модулей. Основные обозначения:
а - меж осевое расстояние, мм;
b - ширина зубчатого колеса; мм;
d - диаметр, мм;
F - сила, Н;
i - передаточное отношение;
К - коэффициент;
Кd - коэффициент долговечности;
KB - коэффициент эквивалентности;
Кv - коэффициент динамичности:
Кa - коэффициент распределения нагрузки:
Кβ - коэффициент концентрации нагрузки;
L - срок службы;
l - длина, мм;
М - изгибающий момент, Н • м;
т - показатель кривой усталости;
т - модуль, мм;
N - число циклов перемены напряжений (наработка);
NG - база напряжений;
П - частота вращения, мин -1;
Р - мощность, Вт;
Т - крутящий момент, Н • мм;
t -время, с;
и - передаточное число одной пары зубчатки колес;
v - окружная скорость, м/с;
х - коэффициент режима:
х - коэффициент смещения;
Yf - коэффициент формы зуба;
Yβ- коэффициент наклона зуба;
Z - число зубьев;
α - угол зацепления;
β- угол подъема линии зуба;
εα - коэффициент торцового перекрытия;
εβ - коэффициент осевого перекрытия;
σ - нормальное напряжение, МПа;
σF lim - предел длительной изгибной выносливости, МПа;
σH lim - предел длительной контактной выносливости, МПа;
ψ - коэффициент ширины зубчатого колеса.
Основные индексы:
1 - относящийся к шестерне - зубчатому колесу передачи с меньшим числом зубьев;
2 - относящийся к колесу - зубчатому колесу с большим числом зубьев;
(штрих) - предварительно выбранное значение величины, подлежащее уточнению;
F - относящийся к изгибной прочности;
Н - относящийся к контактной прочности;
t - окружной или торцовый;
r - радиальный;
а - осевой;
п - нормальный;
σ - относящийся к нормальным напряжениям;
τ - относящийся к касательным напряжениям;
max - максимальный;
ном - номинальный;
i - текущее значение.
Средняя величина указывается чертой над буквой, обозначающей переменную.
Приложение 3
Пределы выносливости и коэффициенты безопасности
| Термическая обработка | Твердость зубьев HRC | Стали | σОН lim **, МПа | Sh | [σOF lim ] **, МПа | sF | σН mах**, МПа | [σF mах] **, МПа | |
| на поверхности | в сердцевине | ||||||||
| Нормализация. Улучшение | НВ 180-350 | 40;45;40Х;40ХН; 35ХМ и др. | 2 HB +70 | 1,1 | 1,8 HB | 1,75 1,75 | 2,8σT | 2,7 HB | |
| Объемная закалка | 45-55 | 40Х;40ХН; 35ХМидр. | 18 HRC +150 | ||||||
| Закалка при нагреве ТВЧ по всему контуру (модуль тn ≥ 3) | 56-63 42-50 | 25-35 | 58; У7 | 17 HRCПОВ +200 | 1,2 | 40 HRCПОВ | |||
| 40Х;35ХМ; 40ХНидр. | |||||||||
| Закалка при нагреве ТВЧ сквозная с охватом впадины (модуль тп < 3) * | 42-50 | 42-50 | 40Х;35ХМ; 40ХН и др. | ||||||
| Азотирование | НV 550-750 | 24-40 | 40Х;40ХФА; 40ХН2МА и др. | 10 HRCсерд +240 | 30 HRCПОВ | ||||
| Цементация и закалка | 56-63 | 30-43 | Цементуемые стали всех марок | 23 HRCПОВ | 1,55 | 40 HRCПОВ | |||
| 20ХН2М; 12ХНЗА | |||||||||
| Нитроцементация и закалка | 56-63 | 30-43 | 25ХГМ | 23 HRCПОВ | 1,2 | 1,55 | 40 HRCПОВ | ||
| * Распространяется на все сечение зуба и часть тела зубчатого колеса под основанием впадины. ** Значения определяют по средней твердости зубьев. HRCПОВ - твердость поверхности зуба, HRCсерд твердость сердцевины зуба. |