Расчёт привода технической системы. Определение требуемой мощности электродвигателя. Условие прочности

Министерство образования РФ

Саратовский государственный технический университет

Балаковский институт техники, технологии и управления

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по   дисциплине

Технические средства автоматики и управления

Тема: “РАСЧЁТ ПРИВОДА ТЕХНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ”

Выполнил  

ст. гр.  УИТ-33

                                                                                                               

Принял                          

                                                                              ___________

                                                                              «____» _____________2005г.

2005

Содержание

Задание

1. Кинематический расчет привода с выбором электродвигателя по ГОСТ             4

2. Выбор муфты по ГОСТ и расчет на прочность                                                        6

3. Расчет клиноременной передачи                                                                               8

4. Расчёт зубчатых колес редуктора                                                                           10

5. Конструктивные размеры ведущего шкива                                                            15

6. Конструктивные размеры ведомого колеса                                                            15

Список используемой литературы                                                                                                                                                       

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ № 88:

Задание:

- Провести силовой расчет привода с выбором электродвигателя по ГОСТ.

- Подобрать по ГОСТ и проверить на прочность муфту соеденяющую вал электо           двигателя с передаточным механизмом.

- Рассчитать быстроходную и тихоходную ступени привода.

Дано:

1 КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ ПРИВОДА С ВЫБОРОМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПО ГОСТ

2.1 Определим требуемую мощность электродвигателя:

 , где  - требуемая мощность электродвигателя,

 - мощность на 4-ом валу привода ;

- КПД всех передаточных механизмов, входящих в привод.

Найдем общий КПД по формуле:

где  – КПД клиноременной передачи ;

 – КПД зубчатой цилиндрической закрытой передачи ;

 – КПД двух подшипников качения ,

[1, т.5.4];

.

Тогда требуемая мощность электродвигателя:      

2.2 По требуемой мощности подбираем по ГОСТ электродвигатель так, чтобы выполнялось условие:

где  - требуемая мощность электродвигателя ;

- мощность двигателя,

Тогда  – мощность двигателя;   

4А160S6 – тип двигателя;

 - число оборотов двигателя,

 – скольжение,

 - диаметр вала двигателя ???

Принимаем:  – мощность на ведущем валу привода .

2.3 Передаточные числа привода:

 - общее передаточное число;

 - угловая скорость вращения ведущего вала привода,

;

Тогда  

Разобьём передаточное отношение по ступеням привода:

где  - передаточное отношение клиноременной передачи,

 - передаточное отношение цилиндрической закрытой передачи

2.4 Рассчитаем мощность на каждом валу привода:

Мощность на ведущем валу привода:

Мощность на промежуточном валу привода:

,

Мощность на ведомом валу привода:

,

2.5 Определим угловые скорости и частота вращения каждого вала привода:

Для ведущего вала привода: угловая скорость:

число оборотов:

Для промежуточного вала привода:

угловая скорость: , где  - угловая скорость на первом валу;

 – передаточное отношение клиноременной передачи.

;

число оборотов: , где - число оборотов на первом валу;

 – передаточное отношение клиноременной передачи.

Для ведомого вала привода:

угловая скорость:  , где  - угловая скорость на промежуточном валу ;

- передаточное отношение цилиндрической закрытой передачи .

;

число оборотов:  , где  - число оборотов на промежуточном валу ;

 - передаточное отношение цилиндрической закрытой передачи.

Рассчитаем крутящий момент на каждом валу привода:

Для ведущего вала , где  –мощность на первом валу ; 

 - угловая скорость на первом валу .         

Для промежуточного вала , где  - мощность на промежуточном валу ;

 - угловая скорость на промежуточном валу .

Для ведомого вала  , где  - мощность на третьем валу ;

- угловая скорость на третьем валу .

2ВЫБОР МУФТЫ ПО ГОСТ И РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ

3.1 Подбор муфты.

Муфты подбирают по ГОСТ по диаметрам соединяемых валов и расчетному крутящему моменту.

 - диаметр вала электродвигателя .

Определим расчётный крутящий момент по формуле:

, где  - коэффициент режима работы цепного конвейера ,

 – крутящий момент на первом валу ;

По расчетному крутящему моменту и диаметру вала двигателя подберем параметры втулочной муфты по ГОСТ:

 - диаметр муфты,

- длина муфты,

3.2  Рассчитаем на прочность муфту.

Втулочная муфта рассчитывается на прочность при кручении.

, где  – допускаемое напряжение кручения .

 - напряжение кручения,

 - расчётный крутящий момент,

 - полярный момент сопротивления,

где  - диаметр вала электродвигателя

 - диаметр муфты

 

Условие прочности выполняется.

3.3 Рассчитаем на прочность соединение муфты с валом.

Шлицевое соеденение проверяется на смятие:

, где  - допускаемое напряжение смятия .

, где  - высота зуба;

 - длина шлицевого соеденения;

 - количество зубьев;

 - коэффициент неравномерности распределения нагрузки по шлицам.

где  - расчётный крутящий момент,

 - средний диаметр шлицевого соеденения,

Условие прочности выполняется.

3 РАСЧЕТ КЛИНОРЕМЕННОЙ ПЕРЕДАЧИ [стр. 120. 2]

Исходные данные для расчета:

Передаваемая мощность

Частота вращения ведущего (меньшего) шкива

Частота вращения ведомого (большего) шкива

Передаточное отношение

Возможная пусковая перегрузка до

Работа односменная.

Решение:

Выбираем Сечение Б.

Масса 1кг этого ремня .

Передаточное число передачи:

Для Сечения Б при минимальном диаметре ведущего шкива

и передаточном числе  и частоте вращения

.

Диаметр ведомого шкива (без учета проскальзывания):

Уточняем передаточное число:

Расчетная длина ремня:

где  - межосевое расстояние .

Из стандартного ряда предпочтительных расчетных длин выбираем

.

Окончательное межосевое расстояние по формуле:

, где

Угол обхвата по формуле:

где  - диаметр ведущего шкива

 - диаметр ведомого шкива

 - межосевое расстояние

Скорость ремня по формуле:

где  - диаметр ведущего шкива

 - частота вращения ведущего шкива

что находится в пределах  соответствующих данным табл. 7.4 при которых определялось

Мощность  передачи с одним ремнем по формуле:

где

 - коэффициент из табл. 7.9

 - коэффициент из табл. 7.10

 - коэффициент  для легкого режима работы из табл. 7.11

Приняв предварительно, что в комплекте будет 4 ремня, из табл. 7.13 найдем коэффициент

Число ремней в комплекте по формуле 7.4:

где  - мощность  передачи с одним ремнем

Принимаем

Сила предварительного натяжения одного ремня по формуле 7.9:

где   - число ремней в комплекте

 - коэффициент учитывающий влияние центробежных сил

 - скорость ремня

Нагрузка на валы передачи по формуле 7.8:

где  - угол обхвата

Нормативный ресурс ремней при легком режиме работы определим по формуле 7.5:

где  - коэффициент режима работы, для легкого режима

 - средний ресурс ремней в эксплуатации, для среднего режима работы

4 РАСЧЕТ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС РЕДУКТОРА [ cтр. 181. 2]

Выбираем материалы для зубчатых колес. Материал шестерни - сталь 40СХ улучшенная, твердостью 295 НВ, материал колеса – сталь 40СХ нормализованная, твердостью 250 НВ.

Допускаемое контактное напряжение для косозубых колес указанных материалов

[σн] = 410 МПа.

Коэффициент ширины венца:

Мощность на валу барабана:

Вращающий момент вала: Т₂=292,44 Нм

4.1. Суммарное число циклов перемен напряжений для зубчатого колеса при продолжительности работы 14ч. (работа в 2 смены) в течении 300 рабочих дней в году:

где  - число оборотов

 - продолжительность службы за 6 лет

Для колеса и шестерни

4.2. Пределы контактной выносливости по табл. 9.8 для шестерни и колеса:

4.3. Допускаемые контактные напряжения для шестерни и колеса:

где  - коэффициент долговечности

 - коэффициент безопасности для колес, прошедших улучшение и нормализацию

Для шестерни:

Для колеса:

Условное допускаемое напряжение:

При этом выполняется требование:

Окончательно принимаем

4.4. Допускаемое напряжение при изгибе рассчитывается по формуле 9.15. По таблице 9.8 для шестерни и колеса:

где  - коэффициент долговечности при твердости менее 350 НВ  

 - коэффициент учитывающий влияние односторонней нагрузки

 - коэффициент безопасности

4.5. Вращающие моменты на шестерни и на колесе при:

4.6.

4.7. Межосевое расстояние рассчитывается по формуле:

где  - числовой коэффициент для косозубой передачи ;

 - числовой коэффициент для косозубой передачи  по таблице 9.11.

Принимаем мм.

4.8. Задается числом зубьев шестерни .

4.9. Тогда число зубьев колеса .

4.10. Назначаем предварительно угол наклона зубьев:

, при этом: .

4.11. Нормальный модуль:

.

Принимаем по СТ СЭВ 310-76 (см. табл. 9.1) ближайший нормальный модуль .

4.12. Определяем окончательно угол наклона зубьев:

,

.

4.13. Основные размеры шестерни и колеса:

,

.

Рабочая ширина колеса:

мм, ширина шестерни:

мм.

4.14. Выполняем проверочный расчет на усталость по контактным напряжениям по функции (9.42):

 (9.42), где   - коэффициент, учитывающий механические свойства материалов сопряженных зубчатых колес;

 - безразмерный коэффициент, учитывающий форму сопряженных поверхностей зубьев; после преобразования получаем:

 - безразмерный коэффициент, учитывающий суммарную длину контактных линий.

Для косозубых , при:

Для косозубых:

;

где  - коэффициент торцевого перекрытия.

,

Коэффициент , где - коэффициент, учитывающий распределение нагрузки между зубьями.

Для косозубой передачи определяется по табл. 9.12 в зависимости от скорости и степени точности по нормам плавности работы.

,

.

-коэффициент, учитывающий распределение нагрузки по ширине венца.

- коэффициент, учитывающий динамику нагрузки в зацеплении при расчете на контактную прочность поверхностей зубьев.

 - особой точности не требуется.

,

, т.е. меньше, чем .

Прочность обеспечена.

4.15. Выполняем проверочный расчет на усталость при изгибе по функциям