Проектирование привода сварочного кантователя

                                            Задание

Спроектировать привод сварочного кантователя.

S, кН	V, м/с	D, м	h	Ксут	Кгод
2,8	0,45	3,25	5	0,7	0,25

1. Кинематический расчет привода

1.1  Мощность на приводном барабане, кВт:

,

.

1.2  Общий КПД привода:

- КПД муфты;

- КПД подшипников;

- КПД закрытой передачи (редуктора);

- КПД открытой передачи (цепной передачи);

.

1.3  Требуемая мощность двигателя, кВт:

,

.

1.4  Выбираем двигатель:

Двигатель	Рдв , кВт	Синхронная частота, Об / мин	Номинальная частота,  Об / мин
4А80В2У3	2,2	3000	2850
4А90L4У3	2,2	1500	1425
4А100L6У3	2,2	1000	950
4А112MA8У3	2,2	750	700

1.4.1  Частота вращения барабана, об / мин:

,

.

1.4.2  Общее передаточное число привода для приемлемого варианта типа двигателя при номинальной мощности Р_дв=2,2 кВт:

,

.

Выбираем двигатель с наименьшей частотой вращения n=700 Об / мин   

4А112МА8У3

Принимаем  тогда

,

.

2. Определение силовых и кинематических параметров привода

2.1 Частота вращения и угловая скорость на валах привода

 Вал двигателя:

 об/мин,

,

 рад/с.

 Быстроходный вал редуктора - червяк:

 об / мин,

 рад / с.

 Тихоходный вал редуктора- вал червячного колеса:

,

 об / мин,

,

 рад / с.

 Вал исполнительного механизма:

,

 об / мин,

,

 рад / с.

2.2 Вращающие моменты на валах привода

          Расчёт ведём от исполнительного механизма

 Вал электродвигателя, Н * м:

,

.

 Быстроходный вал редуктора, Н * м:

,

.

 Тихоходный вал редуктора, Н * м:

,

.

 Вал рабочей машины, Н * м:

,

.

 

3. Расчёт червячной передачи

3.1 Выбор материалов

При мощности Р_дв=2,2 кВт для червяка выбираем сталь 40Х с улучшением и закалкой ТВЧ до твердости 45…50 НRСэ

Н * мм²; Н * мм²

Для определения материала венца червячного колеса необходимо знать скорость скольжения V_s, м / с:

,

.

Для изготовления венца червячного колеса выбираем материал группы II –

бронзу БрА10Ж4Н4, полученную способом центробежного литья,      Н * мм²; Н * мм²

3.2 Определение допускаемых контактных и изгибных напряжений

 При твёрдости витков червяка ≥45HRCэ, допускаемые контактные напряжения Н / мм²:

,

.

Допускаемые изгибные напряжения, Н / мм²:

;

где - коэффициент долговечности при расчёте на изгиб равен:

,

где -эквивалентное число циклов перемены напряжений.

При ступенчатой циклограмме нагружения эквивалентное число циклов перемены напряжений рассчитываем по графику.

,

где Т₂ – максимальный момент на валу червячного колеса, Н·м;

Т₂₁ –момент на валу червячного колеса, соответствующий циклу 2, Н·м;

n_ц1; n_ц2 – число циклов перемены напряжений.

,

где - частота вращения червячного колеса на режиме при нагрузке Т_i, об/мин;

- время работы на режиме за заданный срок эксплуатации, ч.

Срок службы приводного устройства, ч:

L_h=365 h K_год t_с L_с K_сут ,

          где h=5лет  срок службы привода ;

          t_c=8 продолжительность смены;

          L_c=1 число смен; 

          K_сут= 0,7 коэффициент суточной нагрузки;

          K_год=0,25 коэффициент годовой нагрузки;

L_h=365·5·0,25·8·1·0,7=2,5·10³ .

Время работы на режиме, ч:

L_h1=0,3L_h ,

L_h1=0,3·2,5·10³=0,75· 10³ ,

L_h2=0,7L_h ,

L_h2=0,7·2,5·10³=1,75·10³ .

             

Частота вращения червячного колеса, об / мин:

,

,

,

.

Эквивалентное число циклов нагружения:

,

.

Коэффициент долговечности равен:

,

.

Для реверсивной передачи допускаемые изгибные напряжения, Н / мм²:

,

.

3.3 Определение параметров передачи

 Межосевое расстояние, мм:

,

.

Принимаем  мм.

 Число витков червяка Z₁ зависит от передаточного отношения U=45, следовательно Z₁=1,

Число зубьев колеса     ,

 Предварительные значения:

Модуль передачи, мм: 

,

.

По ГОСТ принимаем мм

Коэффициент диаметра червяка

,

.

Принимаем

Коэффициент смещения инструмента:

 ,

.

По условию неподрезания и незаострения зубьев колеса допускается принимать -1<х<1. Т.к. условие не выполняется, увеличим значение , тогда:

,

.

Фактическое передаточное число:

 ,

,

,

.

Фактическое значение межосевого расстояния, мм:

,

.

Основные размеры червяка:

делительный диаметр, мм: ,

;

          диаметр вершин витков, мм: ,

;

          диаметр впадин витков, мм: ,

;

делительный угол подъёма линии витков: ,

;

длина нарезаемой части червяка, мм:

,

;

для фрезеруемых и шлифуемых червяков расчётную длину увеличивают на 25мм.

  мм

Основные размеры венца червячного колеса:

          делительный диаметр, мм: ,

;

          диаметр вершин зубьев, мм: ,

;

          наибольший диаметр колеса, мм: ,

;

          диаметр впадин зубьев, мм: ,

;

ширина венца, мм: при  ,

;

          Принимаем мм.

          радиусы закруглений зубьев: ,

,

                                                   ,

        .

Проверочный расчёт

Скорость скольжения в зацеплении, м / с:

  ,

,

 где окружная скорость на начальном диаметре червяка равна, м / с:

,

.

Уточним допускаемое напряжение, Н / мм²:

,

.

Расчётное напряжение:

,

где окружная сила на колесе, Н / мм²:

,

,

.

Окружная скорость колеса, м / с:

,

.

Недогрузка передачи:

- условие выполняется, передача работоспособна.

Проверим напряжения изгиба зубьев колеса эквивалентное число зубьев:

,

,

коэффициент формы зуба

Напряжения изгиба зубьев колеса, Н / мм²:

,

.

условие выполняется, передача работоспособна.

          КПД передачи:

,

.

Фактическая скорость скольжения, м / с:

,

.

 

4.  Расчёт цепной передачи

4.1 Проектный расчёт

Проектный шаг цепи, мм:

,

,

 где  Н * м - вращающий момент на ведущей звёздочке (тихоходном валу редуктора)

Число зубьев ведущей звёздочки:

,

.

Принимаем

 - число рядов цепи (2-х рядная)

 - допускаемое давление в шарнирах цепи, Н / мм²

,

где - коэффициент эксплуатации;

- коэффициент динамичности нагрузки ( равномерная );

 - коэффициент, учитывающий способ смазки ( периодичная );

 - коэффициент, учитывающий наклон к линии горизонта ();

 - коэффициент, учитывающий регулировку межосевого расстояния ( не регулируется );

 - коэффициент, учитывающий режим работы ( односменная ).

Принимаем стандартный шаг р=31,75 мм

Число зубьев ведомой звёздочки:

,

.

Принимаем

Фактическое передаточное отношение:

,