Расчет привода при выбранном электродвигателе марки АИР100S4Y3 с мощностью 2,2 кВт

2  Кинематический расчет привода

Определить кпд привода – учитывая потери мощности на трение в передачах.

 - кпд привода,

 - кпд ременной передачи

- кпд червячной передачи

2.1  Подбор электродвигателя

Рассчитать требуемую мощность электродвигателя

 кВт

кВт

Принять  кВт

Марки Эл. дв.	Р, кВт	, об/мин	Масса
АИР90L2Y3	3	3000	28,7
АИР100S4Y3	3	1500	36
АИР112МА6Y3	3	1000	56

2.2 Определение частот вращения и вращающих моментов на валах

Рассчитать общее передаточное отношение привода

Рассчитать  для всех вариантов двигателей.

 с^-1

 с^-1

 с^-1

В расчетах используется асинхронная частота вращения вала электродвигателя на 5%  синхронной

- номинальная частота вращения

 - по таблице

 

 

 

Если установить электродвигатель с частотой вращения вала 3000 об/мин, то частоту его вращения нужно уменьшить в 157 раз, если с частотой вращения 1500 об/мин, то уменьшить в 77,6 раз, если с частотой вращения 1000 об/мин, то уменьшить в 52,3 раза.

Редуцирующие возможности механических передач.

,

Редуцирующие возможности редукторов

Рассчитать передаточное отношение редуктора

, принять

 

 

 

АИР90L2Y3 исключить, так как  рекомендуемое

АИР112МА6Y3 исключить, так как масса, габариты, стоимость его больше чем у электродвигателя АИР100S4Y3.

Рекомендовать к курсовому проектированию привод, состоящий из электродвигателя марки АИР100S4Y3 с мощность 2,2 кВт, с частотой вращения вала  об/мин, исполнение IM1081, редуктор червячный с  и ременной передачей с .

Стандартное значение передаточных отношений редуктора , ,

Уточняем

 

 

Расчет крутящих моментов на валах привода

 Н*м

- крутящий момент на валу электродвигателя и червяка.

 Н*м

- крутящий момент на валу червячного колеса

 Н*м

- крутящий момент на выходной звездочке.

3 Расчет червячной пары.

3.1 Выбор материала червяка и червячного колеса

Определим скорость скольжения, после чего подберем материал червячной пары:

 (1.с.212)

 м/с

Т.к.  не более 3 м/с то могут быть использованы безоловянные бронзы и латуни. У этих материалов высокая механическая прочность. Я назначаю материал БрА9ЖЗЛ

Найдем межосевое расстояние

(1.с.216), где

 - расчетный момент, Н*мм

 - момент на колесе

 - коэффициент долговечности

- коэффициент нагрузки

Значение коэффициента концентрации

 Н*м

3.2 Определение допускаемых контактных напряжений и напряжений изгиба

Допускаемое контактное напряжение

 МПа

 мм

уточняем  по ГОСТу -  мм.

Определим допускаемое напряжение изгиба

 МПа

Где  и  - механические свойства приведенные в табл.

Максимальное допускаемое контактное напряжение:

 МПа (1.с.214)

Максимальное допускаемое напряжение изгиба:

 МПа

Вычислим фактическое контактное напряжение:

(1.с.218), где

 - делительный диаметр колеса

 - модуль

При ,

 (1.с.216)

Коэффициент смещения

Определим начальный диаметр червяка

 МПа

Условие прочности

Перегрузка по напряжению

Условие прочности по контактным напряжениям выполняется.

Вычислим напряжение изгиба в зубьях червячного колеса:

 где

 - коэффициент формы зуба, в нашем случае

Эквивалентное число зубьев колеса

 - угол подъема витка червяка на начальном цилиндре

, где

Определим окружную силу на колесе

Н (1.с.1219)

Рассчитаем коэффициент долговечности по изгибу

 

Наработка

Коэффициент эквивалентности

Примем

 МПа

Условие прочности

20,297,5

Условие прочности по напряжениям изгиба выполняется

Определим максимальное контактное напряжение

(1.с.222) (2.с.40)

В зависимости от выбранного типа двигателя АИР100S4Y3 определим величину

 МПа

Условия прочности

                                              

20,2 40,4                                                   194274

Выполняется                                               выполняется

4 Проектирование и расчет вала редуктора

Червяк.

Момент на входном валу         Н*м

Срок службы                            часов

Материал вала                         Ст45

4.1 Нагрузки действующие на вал

Окружное усилие

 где

 - максимальный длительно действующий крутящий момент ( Н*м)

 - начальный диаметр червяка

 - передаточное число червячной передачи

- кпд червячной передачи

 Н

Осевая сила на червяке равна окружной силе на колесе

 Н

Радиальная сила:

Н

Давление на вал от ременной передачи

 Н

4.2 Приближенный расчет вала червяка

Определить диаметр выходного конца вала

мм

Принять по ГОСТ  мм

Диаметры на манжеты

 мм

Диаметр подшипника

 мм

Диаметр заплечника подшипника

мм

Диаметр промежуточной ступени вала

 мм

Диаметр заплечника

мм

 мм

мм

 мм

Линейные размеры участков вала

 - длина выходного конца вала

 мм

 мм – длина участка вала на манжеты

 мм- длина участка вала под подшипника

 мм- длина участка вала на заплечник подшипника

 мм – конструктивная длина участка вала

 мм – длина шлифуемого червяка

 мм

 мм

 мм

Подшипники ролико-конические однорядные №7309

4.3 Расчетная схема вала. Определить опорные реакции от длительно действующих нагрузок.

В плоскости xOz

 Н

Н

В плоскости yOz:

 Н

Суммарные реакции

 Н

 Н

4.4 Определение изгибающих моментов

Определить изгибающий момент по нагруженным участкам вала в плоскости xOz

1.            

2.              Н*м

3.              Н*м

Определить изгибающий момент по нагруженным участкам вала в плоскости yOz:

 Н*м

 Н*м

1.            

                    

                      Н*м

2.              Н*м

                    

                      Н*м

3.              Н*м

                    

                      Н*м

4.5 Определение величин суммарных изгибающих моментов

Определить величины суммарных изгибающих моментов по номинальным сечениям:

В сечении А-А

В сечении Б-Б

 Н*м

4.6 Расчет вала на выносливость

Расчет на выносливость:

Сечение А-А

Шпонка

Сечение Б-Б

Галтель

Положение опасного сечения находим по критерию напряженности:

, где

М и Т – максимальный изгибающий и крутящий длительно действующие моменты.

Сечение А-А.

, где

 - ширина шпонки,

 - высота шпонки

м³

Сечение Б-Б:

 м³

Критерий напряженности:

Опасным является сечение А-А

Общий коэффициент запаса прочности

, где

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям:

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям:

 и  - пределы выносливости материала вала при симметричных циклах изгиба и кручения.

 МПа – предел прочности

Для легированной стали  МПа

Предел выносливости на кручение  МПа

 и  - эффективные коэффициенты концентрации напряжений при изгибе и кручении  и

 - масштабный фактор для нормальных и касательных напряжений.

,

 - коэффициент, учитывающий влияние шероховатости поверхности,

 и  - амплитуда циклов нормальных и касательных напряжений

 и - среднее напряжение нормальных и касательных напряжений

(1, стр. 298)

 МПа (1, стр. 298)

 МПа

;

Общий коэффициент запаса прочности:

Условие прочности   выполняется, так как 2,57,8

5 Расчет тихоходного вала

Определить диаметр выходного конца вала:

мм,

Где  - крутящий момент на валу, Н*м

 МПа

 мм

Принять по ГОСТ

Диаметр на манжеты

 мм

Диаметр подшипника

 мм

Диаметр заплечника подшипника

 мм

Диаметр червячного колеса установленного на колесо по посадке с гарантированным натягом

 мм

Принять по ГОСТ

Диаметр буртика для упора колеса

 мм

Принять по ГОСТ  мм

 мм

 мм

Линейные размеры участков вала.

Длина выходного конца вала

 мм

Длина участка вала на манжеты

 мм

Длина участка вала на подшипники

 мм (по конструктивным соображения соединим  и  в одну ступень)

Длина участка вала на который устанавливается червячное колесо

 мм

Длина буртика для упора колеса

 мм

 мм

Подшипники ролико – конические, однорядные №7212

Основные параметры зубчатых, червячных колес и червяков определены при проектировании передач. Основные конструктивные элементы колеса – обод, ступица и диск. Ступица служит для соединения колеса с валом и может быть расположена симметрично, несимметрично относительно обода или равна ширине обода.

Острые кромки на торцах венца притупляют фасками

Размеры других основных конструктивных элементов:

Материалы зубчатых колес – углеродистая и легированная сталь с последующей термообработкой

 мм

 мм

мм

 мм

 мм

 мм

 мм

Установка зубчатого колеса на валу производится с фиксацией в радиальном направлении (шпонка или посадка с натягом).

Червячное колесо на вал устанавливается так же как и зубчатое.

5.1 Установка колеса на вал.

Для передачи вращающего момента чаще всего применяют призматические шпонки.

Призматические шпонки в нашем случае имеют прямоугольное сечение – концы скругленные. Стандарт предусматривает для каждого размера вала определенные размеры поперечного сечения шпонки.

Если по результатам расчета шпоночного соединения длина ступицы получается , то вместо шпоночного целесообразнее применить соединение с натягом.

Посадки , - применяются при небольших нагрузках и частых разборок колеса.

Посадки ,  - применяют при редкой разборке в этом случае требуется поставить шпонку.

Если применяются посадки с гарантированным натягом , , , то шпонка уже не требуется.

6 Крепление подшипников в корпусе.

В нашем случае применяется простой и надежный способ закрепления подшипника в корпусе крышкой привертной. Так как на червяк действует значительная осевая сила, то в опорах устанавливается ролико