Энергетический и кинематический расчет привода. Определение общего передаточного отношения привода и разбивка его по ступеням

1 ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ И КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА

1.1  Исходные данные

Для привода ленточного конвейера

F_t = 3,5 кН – окружная сила на барабане;

V = 0,32 м/с –  скорость движения ленты;

H = 0,425 м;

D = 0,50 м – диаметр барабана.

1.2 Выбор электродвигателя

1.2.1 Определение потребляемой мощности привода

Потребляемую мощность привода (мощность на выходе) для ленточного конвейера определяют по формуле

                       (1.1)

где  - потребляемая мощность привода, кВт.

1.2.2 Определение потребной мощности электродвигателя

                                                                                              (1.2)

                                              ,                                    (1.3)

где  -  общий КПД привода, определяемый как произведение КПД муфты (), червячной передачи () и цепной передачи () [1, табл. 1.1].

Значения подставляем в формулу 1.3

Значения подставляем в формулу 1.2

1.2.3 Определение предполагаемой частоты вращения вала электродвигателя

                                                                      (1.4)

где   - рекомендуемые значения передаточных чисел передач привода

[1, табл. 1.2];

 - частота вращения приводного вала, мин ^-1;

 - предполагаемая частота вращения вала электродвигателя, мин ^-1.

                                            ,                                     (1.5)

Частота вращения приводного вала для ленточного конвейера определяется

                                                ,                                         (1.6)

Значения подставляем в формулу 1.6

        Принимаем 50

      Принимаем 1,5

Значения подставляем в формулу 1.5

Назначаем электродвигатель  АИР 90L4

Р_Э = 1,5 кВт

n_Э = 925 мин ^-1

1.3 Определение общего  передаточного отношения привода и разбивка его по ступеням

После выбора электродвигателя определяют общее передаточное отношение привода

                                                                                         (1.7)

где  - номинальная частота вращения вала выбранного электродвигателя

(частота соответствующая его паспортной мощности), мин ^-1.

Данные подставляем в формулу 1.7

В схеме привода присутствует цепная передача, то передаточное отношение редуктора

                                                                                   (1.8)

                                              (1.9)

Значения подставляем в формулу 1.8

                                          Принимаем   

Отклонение передаточного числа менее 4%

1.4 Определение мощности на валах, частоты вращения валов и крутящих моментов на валах

Мощности на валах определяют через мощность электродвигателя

                                                                                 (1.10)

где - мощность на первом валу, кВт;

- КПД муфты

                                                                               (1.11)

где - мощности на предыдущем и последующем валах, кВт;

- КПД зубчатой передачи.

Значения подставляем в формулу 1.10

Значения подставляем в формулу 1.11

Частоты вращения валов  могут быть определены через частоту вращения вала электродвигателя. Если вал редуктора непосредственно соединяется с валом электродвигателя, то

                                                                                    (1.12)

                                                                                  (1.13)

где - частота вращения соответственно i-1 и i валов, мин ^-1;

- передаточное число ступени редуктора.

Значения подставляем в формулу 1.12

Значения подставляем в формулу 1.13

Крутящие моменты на валах определяют по формуле

                                                                              (1.14)

где - крутящий момент на i-ом валу, Н·м;

Валы

Мощности на валах, кВт

Частоты вращения валов, мин ^-1

Крутящие моменты на валах, Н·м

Передаточные числа передач

1

1,47

925

15

50

1,5

2

1,17

18,5

604

- мощность на i-ом валу, кВт;

 - частота вращения i-ого вала, мин ^-1.

Значения подставляем в формулу 1.14

Сводим расчетные значения в таблицу 1  

Таблица №1 – Исходные данные.

2 РАСЧЕТ ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ

Червячная передача

2.1 Исходные данные

Т₁ = 15 – крутящий момент на шестерне, Н·м;

Т₂ = 604 – крутящий момент на колесе, Н·м;

n₁ = 925– частота вращения шестерни, мин ^-1;

n₂ = 18,5 – частота вращения колеса, мин ^-1;

U = 50 - передаточное число;

L = 5 лет – срок службы передачи, лет;

К_с = 0,5 – коэффициент суточного использования;

К_г = 0,85 – коэффициент годового использования.

2.2 Выбор материала и термической обработки червяка и колеса

Выбираем для червяка: Сталь 40Х; термообработка – улучшение, закалка ТВЧ [1, стр. 48].

Выбираем для червячного колеса:

Марку материала червячного колеса выбирают, исходя из величины скорости , м/с, которая при проектном расчете определяется по приближенной зависимости

                                            (2.1)

где - частота вращения червяка, мин ^-1;

- момент на валу червячного колеса, Н · м.

Значения подставляем в формулу 3.1

Принимаем материал червяка: ЛАЖМц66-6-3-2

способ отливки центробежный

2.3 Определение допускаемых напряжений

2.3.1 Определение срока службы передачи

                                                                               (2.2)

где - срок службы передачи, час.

Значения подставляем в формулу 2.2

2.3.2 Определение допускаемых напряжений на контактную прочность

Допускаемые напряжения на контактную прочность для твердых (безоловянных) бронз

                                          (2.3)

Значения подставляем в формулу 2.3

2.3.3 Определение допускаемых напряжений на изгиб

                               (2.4)

где - предел текучести бронзы, МПа;

- предел прочности при растяжении, МПа;

- эквивалентное число циклов нагружений.     

Эквивалентное число циклов нагружений определяется по следующей формуле

                      (2.5)

Значения подставляем в формулу 2.5

Значения подставляем в формулу 3.4

2.4 Назначение числа заходов червяка и числа зубьев колеса

Число заходов червяка назначают в зависимости от передаточного числа U червячной передачи (число заходов 1)

Определяем число зубьев колеса

                                                                                                   (2.6)

Значения подставляем в формулу 2.6

2.5 Назначение коэффициента диаметра червяка

Коэффициент диаметра червяка при проектном расчете назначают по формуле

                                            (2.7)

Значения подставляем в формулу 2.7

и согласовываем со стандартным значением.

2.6 Определение межосевого расстояния

                      (2.8)

где - коэффициент нагрузки;

- коэффициент диаметра червяка для передачи без смещения

При проектном расчете коэффициент нагрузки принимают равным

                                      (2.9)

где - начальный коэффициент концентрации нагрузки,

Значения подставляем в формулу 2.9

Значения подставляем в формулу 2.8

      Принимаем

2.7 Определение модуля передачи

                                             (2.10)

Значения подставляем в формулу 2.10

 Принимаем

Для сохранения стандартного межосевого расстояния определяют коэффициент смещения                            

                                         (2.11)

Значения подставляем в формулу 2.11

2.8 Определение геометрических размеров червяка и колеса

2.8.1 Червяк:

делительный диаметр                                                                (2.12)

Значения подставляем в формулу 2.12          

начальный диаметр                                                    (2.13)

Значения подставляем в формулу 2.13          

диаметр вершин витков                                                       (2.14)

значения подставляем в формулу 2.14            

диаметр впадин                                                                 (2.15)

Значения подставляем в формулу 2.15           

Длину нарезной части червяка b₁ находят по формуле

                                                                                    (2.16)

Значения подставляем в формулу 2.16

Для фрезеруемых и шлифуемых червяков, полученную расчетом длину  увеличивают при m <10 мм на 25 мм

Угол подъема линии витков червяка

                                                                                          (2.17)

Значения подставляем в формулу 2.17

2.8.2 Червячное колесо делительный диаметр                                                                (2.18)

Значения подставляем в формулу 2.18          

диаметр вершин зубьев в среднем сечении      (2.19)

Значения подставляем в формулу 2.19   

Диаметр колеса наибольший                          (2.18)

Значения подставляем в формулу 2.18  

диаметр впадин в среднем сечении                (2.19)

Значения подставляем в формулу 2.19 

ширина колеса                                                                        (2.20)

Значения подставляем в формулу 2.20             

2.9 Определение скорости скольжения и КПД червячной передачи

                                          (2.21)

где - окружная скорость червяка, м/с :

                                           (2.22)

Значения подставляем в формулу 2.22

Значения подставляем в формулу 2.21

Коэффициент полезного действия червячной передачи

                                    (2.23)

где - приведенный угол трения,

Значения подставляем в формулу 2.23

2.10 Проверочный расчет передачи на контактную прочность

                      (2.24)

где

Коэффициент нагрузки  в данном выражении равен

                                            (2.25)

где - коэффициент концентрации нагрузки;

- коэффициент динамичности нагрузки.

Коэффициент концентрации нагрузки                                            

                                    (2.26)

где - коэффициент деформации червяка, ;

- коэффициент режима работы червячной передачи.

При переменной нагрузке коэффициент режима работы определяется по формуле

                               (2.27)

Значения подставляем в формулу 2.27

Значения подставляем в формулу 2.26

Для определения коэффициента динамичности нагрузки  определяем окружную скорость колеса , м/с

                                          (2.28)

Значения подставляем в формулу 2.28

Так как , то принимаем

Значения подставляем в формулу 2.25

Значения подставляем в формулу 2.24

Условия прочности выполняется

2.11 Проверка зубьев колеса по напряжению изгиба

                            (2.29) где - коэффициент формы зуба, который принимают в зависимости от эквивалентного числа зубьев колеса

                                           (2.30)

Значения подставляем в формулу 2.30

  , 

Значения подставляем в формулу 2.29

Условия прочности выполняется    

2.12 Определение усилий в зацеплении

Окружная сила на колесе, равная осевой силе на червяке

                                   (2.31)

Значения подставляем в формулу 2.31

Окружная сила на червяке, равная осевой силе на колесе

                                                                                   (2.32)

Значения подставляем в формулу 2.32

Радиальная сила

                                    (2.33)

где - угол зацепления,

Значения подставляем в формулу 2.33

2.13 Тепловой расчет

Температура нагрева масла без искусственного охлаждения

                        (2.34)

где - коэффициент, учитывающий отвод тепла в плиту или раму, ;

- допускаемая температура нагрева масла, С;

- коэффициент теплоотдачи,

- площадь поверхности охлаждения, кроме поверхности дна, .

Значения подставляем в формулу 2.34

3.РАСЧЕТ РЕМЕННОЙ ПЕРЕДАЧИ

3.1 Исходные данные

Р₂ =1,17 кВт – предаваемая мощность;

n₂ = 18,5мин^-1 – частота вращения ведущего шкива, мин ^-1;

Т₂ = 604 Нм– крутящий момент на ведущего шкива, Н·м;

U = 1,5 - передаточное отношение;

3.2 Выбираем клиноременный ремень по ГОСТ 1284.1-80 класс «Б».

Определяем диаметр большого шкива d₂ по формуле (6.1)

d₁- диаметр малого шкива, мм;

- коэффициент относительного скольжения, =0,01…0,02

Согласуем со стандартным значением и выбираем d₂=212.

3.3 Определение скорости ремня.

Скорость ремня определяется по формуле (6,2)

где V – скорость ремня, м/с.

Скорость ремня не должна превышать [V]=25…40м/с.

3.4 Определение межосевого расстояния и длинны ремня.

Рассчитываем межосевое расстояние по формуле (6.3), предварительно выбрав коэффициент С из табл. 6.3.

По формуле (6.4) вычисляем длину ремня.

Согласовав со стандартным значением, выбираем L=1400

Уточним межосевое расстояние с учётом стандартной длины ремня