Проектирование привода, содержащего волновой редуктор и цепную передачу

Содержание

1 Задание

Спроектировать привод, содержащий волновой редуктор и цепную передачу, по схеме 1, варианту 1 [1, с.20].

Ресурс 10000 часов, привод реверсивный. Кратковременные перегрузки не более максимального пускового момента выбранного электродвигателя. Крутящий момент на ведомой звёздочке Т₃=0,5 кН×м и её частота вращения n₃=8 об/мин. Схема привода дана на рисунке 1.1.

1 – вал электродвигателя и быстроходный вал редуктора; 2 – тихоходный вал редуктора; 3 – выходной вал привода; 4 – электродвигатель; 5 – зубчато-волновой редуктор;           6 – рама; 7 – ведомая звёздочка цепной передачи.

Рисунок 1.1 – Схема привода       

2 Кинематический и силовой расчёт привода

2.1 Выбор электродвигателя

Требуемая мощность электродвигателя

                                                               (2.1)

где        Р₃ – мощность на ведомой звёздочке (на выходе привода), кВт;

h - КПД привода.

КПД привода [2, с.4]

Мощность на ведомой звёздочке

 Вт

КПД привода [2, с.4]

                                                     (2.2)

где        h_п, h_в, h_ц – соответственно КПД пары подшипников качения, волновой и цепной передач.

Примечание

В формуле (2.2) принято, что КПД всех подшипников одинаковы.

Руководствуясь рекомендациями [2, с.4], принимаем  h_п = 0,99, h_в = 0,8, h_ц = 0,97.

После подстановки численных значений параметров в формулу (2.2) получим КПД привода:

h = 0,99 × 0,8 × 0,97 = 0,768.

и требуемая мощность электродвигателя

 кВт.

С учётом требуемой мощности Р_тр = 0,545 кВт рассмотрим возможность выбора асинхронных двигателей серии 4А с номинальными мощностями Р_н = 0,55 кВт. Перегрузка для него составляет [(0,55 – 0,545) × 100%] / 0,545 = 0,9% при допускаемой перегрузке 5%.  

Окончательно выбираем [2, с.390] асинхронный электродвигатель 4А71А2У3 со следующими параметрами;

-  номинальная мощность Р_н = 0,55 кВт;

-  номинальная частота вращения n_н = n_c× (1-S/100)=3000× (1-3,5/100)=2745 об/мин;

-  отношение пускового момента к номинальному  Т_n/T_н = 2.

2.2 Общее передаточное отношение привода при частоте вращения входного вала привода n₁ = n_н

i_общ = n₁ : n₃ = n_н : n₃,                                              (2.3)

Расчёт по формуле (2.3) даёт

i_общ = 2745 : 8 = 343

Примем [2, с.6] передаточные отношения для волновой передачи i_в = 200, тогда на долю цепной передачи остаётся передаточное отношение i_ц = i_общ : i_в = 343 : 200 = 1,715

2.3 Частоты вращения валов

n₁ = n_н = 2745 об/мин;

n₂ = n₁ : i_в = 2745 : 200 = 13,725 об/мин;

n₃ = n₂ : i_ц = 8 об/мин;

Примечание. Здесь и далее параметры, относящиеся к валам приводам, обозначены числовыми индексами, соответствующими нумерации валов на рис. 1.1.

Угловые скорости валов:

w₁ = p × n₁ : 30 = 3,14 × 2745 : 30 = 287 рад/с;

w₂ = w₁ : i_в = 287 : 200 = 1,437 рад/с;

w₃ = w₂ : i_ц = 1,437 : 1,715 = 0,838 рад/с;

w₄ = w₃ : i_цеп. = 51,24 : 3,06 = 16,75 рад/с.

Мощности на валах привода:

Р₁ = Р_тр = 0,545 кВт;

Р₂ = Р₁ × h_в = 0,545 × 0,8 = 0,436 кВт;

Р₃ = Р₂ × h_ц × h_n = 0,436 × 0,97 × 0,99 = 0,419 кВт;

Моменты на валах привода

Т₁ = Р₁ : w₁ = 0,545 : 287 = 1,9 Н×м;

Т₂ = Р₂ : w₂ = 0,436 : 1,437 = 303 Н×м;

Т₃ = Р₃ : w₃ = 0,413 : 0,838 = 493 Н×м;

Максимальный момент при перегрузке на первом валу (на валу двигателя)

Т_{1 мах} = Т_n = 2 × Т_н (см. пункт 2.1.3).

Номинальной мощности двигателя Р_н = 0,55 кВт соответствует номинальный момент Т_н = Р_н : w₁ = 0,55 × 10³ : 287 = 1,92 Н×м. Отсюда Т_{1 мах} = 2 × Т_н = 2 × 1,92 = 3,83 Н×м.

Очевидно при кратковременных перегрузках максимальные моменты на всех валах будут превышать моменты рассчитанные при передаче требуемой мощности (см. пункт 2.3), в Т_{1 мах} : Т₁ = 3,83 : 1,9 = 2 раза.

Исходя из этого соображения, получаем:

Т_{1 мах} = Т₁ × 2 = 1,9 × 2 = 3,8 Н×м;

Т_{2 мах} = Т₂ × 2 = 303 × 2 = 606 Н×м;

Т_{3 мах} = Т₃ × 2 = 493 × 2 = 986 Н×м;

2.4.Результаты расчётов, выполненных в подразделе 2.3, сведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Частоты вращения, угловые скорости, мощности и моменты на валах привода.

3 Расчёт зубчатой передачи редуктора

3.1 Для расчёта приняты следующие исходные данные:

-  вращающий момент на ведомом валу Т2=303 Н×м;

-  частота вращения ведущего вала n₁=2745 об/мин;

-  частота вращения ведомого вала n₂=14 об/мин;

-  срок службы L_n=10000 часов.

3.2 Материал зубчатых колес конической передачи.

Задание не содержит ограничений на габариты привода, поэтому для гибкого колёса назначаем сталь 30ХН3А. (d_в=900 МПа; d₁= 450 МПа; t_-1=260 МПа). Нагрузка меняется по нулевому циклу.

3.3 Предварительное значение диаметра делительной окружности гибкого колеса:

 мм;

Примем мм для увеличения модуля.

Толщина гибкого колеса под зубьями, условия его прочности (предварительные)

 мм.

Предварительное значение внутреннего диаметра гибкого колеса:

                                             (3.1)

где        m' – предварительное значение модуля;

– число зубьев гибкого колеса.

Предварительное значение модуля:

                                                              (3.2)

Предварительное значение числа зубьев гибкого колеса.

Расчёт по формуле (3.2) даёт m'=160¸400=0,4

Расчёт по формуле (3.1) даёт

3.4 Выбираем гибкий подшипник: наружный диаметр его вычисляем по формуле

Выбираем по табл. П9 [2, с.406] приложения подшипник 830, имеющий размеры       D = 200 мм, d = 150 мм, в=30 мм, r=1 мм.

Окончательное значение модуля

 мм;

Ближайшее стандартное значение модуля m=0,5 мм

Окончательно значение числа зубьев гибкого колеса при принятых значениях D и m определяет по формуле:

Окончательно принимаем z₂=396

Число зубьев жёсткого колеса при n_w=2 и К=1 находим по формуле