Курсовая работа: Узел редуктора электромеханического привода
Курсовая работа: Узел редуктора электромеханического привода
САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра
машиноведения и деталей машин
Курсовая
работа
«УЗЕЛ РЕДУКТОРА ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО
ПРИВОДА»
Исполнитель:
студентка гр. 2856/1
Касимова Е.К.
Преподаватель:
Ружков В.А
Санкт-Петербург
2010
Оглавление
Техническое задание
Введение
1. ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ ОСНОВНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ПРИВОДА
1.1 Определение КПД привода и выбор
электродвигателя
1.2 Определение общего передаточного
отношения привода и разбивка его по ступеням
1.3 Определение частот вращения,
мощности и крутящих моментов на валах
1.4 Проектировочный расчёт
валов, выбор подшипников и определение межосевых расстояний с учётом габаритов
подшипников
1.4.1 Выбор муфты
1.4.2 Проектировочный расчёт
валов
1.4.3 Предварительный выбор подшипников качения
1.4.4 Определение межосевых расстояний с учётом габаритов
подшипников
1.5 Геометрический расчёт
параметров зубчатых колёс
Литература
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
Выполнить анализ
параметров электромеханического привода и разработать эскизный проект с целью
минимизации
габаритов редуктора
в результате
рационального выбора
материалов
зубчатых колёс и других деталей.
Привод состоит из
-
электродвигателя,
-
клиноременной
передачи,
-
двухступенчатого
цилиндрического редуктора по развёрнутой схеме (или по соосной схеме) с
раздвоением мощности (или без раздвоения мощности) на входном (или на выходном
валу),
-
зубчатой муфты
на выходном валу редуктора.
Характер производства крупносерийный.
Привод реверсивный.
1.
Номинальный
крутящий момент на валу исполнительного механизма (ИМ) Тим =1500 Н×м;
2.
Частота вращения
выходного вала редуктора nим =80 об/мин;
3.
Синхронная
частота вращения вала электродвигателя nс =3000 об/мин;
4.
Расчётный ресурс L=8000 час.
ВВЕДЕНИЕ
Цель анализа работоспособности механизма в данной работе – разработка проекта узла
привода редуктора минимально возможных габаритов, находящегося в составе
электромеханического привода.
Средство достижения этой цели – рациональное применение объёмного и поверхностного
упрочнения зубьев зубчатых передач.
Способ – расчётная
оценка работоспособности деталей зубчатых зацеплений и других деталей
редуктора с учётом ограничений, обусловленных их взаимодействием с другими деталями
и узлами редуктора и привода в целом.
В работе представлены результаты оценки диаметров
выходного вала редуктора с учётом установки на нём зубчатой муфты.
Конструктивно определены внутренние диаметры подшипников, выполнен
предварительный выбор типа и номера подшипников всех валов, определены
межосевые расстояния и геометрический расчёт параметров зубчатых передач.
1. ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ ОСНОВНЫХ
СОСТАВЛЯЮЩИХ ПРИВОДА
электромеханический привод редуктор
габариты
Результат данного этапа работы – выбор электродвигателя;
значения передаточных чисел, крутящих моментов, частоты вращения валов;
значения допускаемых контактных напряжений зубчатых колёс и межосевых
расстояний (рис.1).
1.1 Определение КПД
привода и выбор электродвигателя
Мощность, которая должна
быть передана исполнительному механизму, вычисляется по формуле
РИМ = ТИМ wИМ, (1.1)
где ωим –
угловая скорость, рад/с.
Угловая скорость
вычисляется по формуле
ωим=π·nим/30 (1.2)
ωим=3,14·80/30=8,37
рад/с
Подставляя полученную
величину в формулу (1.1) получим
Pим=1500·8,37 =12560 Вт
Мощность электродвигателя
можно вычислить по формуле
Pэл= Pим/ηпр, (1.3)
где Pэл – мощность электродвигателя, Вт;
ηпр – коэффициент полезного действия привода.
ηпр= (ηрп·ηп·ηзп)(ηзп ·ηп)(ηп·ηм), (1.4)
где ηрп –
КПД ременной передачи; ηп - КПД подшипников качения вала;
ηзп – КПД зубчатой передачи быстроходного и тихоходного валов
соответственно; ηм – КПД муфты.
Выбираем ηрп=0,95;
ηп=0,99;
ηзп=0,99;
ηм=0,99.
Подставив выбранные
значения КПД в формулу (1.4), получаем
ηпр=0,95∙0,99∙0,99∙0,99∙0,99∙0,99∙0,99=0,894
Воспользовавшись
формулой (1.3), находим мощность электродвигателя
Pэд=12560/0,894=14049 Вт
Выбираем асинхронный
трехфазный электродвигатель переменного тока так, что бы номинальная мощность
была больше, чем мощность электродвигателя с синхронной частотой nc=3000 об/мин.
Технические
характеристики двигателя
По справочнику:
Выбран электродвигатель марки 4А160S2;
паспортная мощность РЭД = 15,0
кВт ;
синхронная частота nс = 3000 об/мин;
частота двигателя nдв= 2940 об/мин;
отношение пускового момента к номинальному моменту ТП / ТН =1,4;
диаметр присоединительного участка вала ЭД dЭД =42 мм,
длина присоединительного участка вала ЭД lЭД =110 мм.
1.2 Определение общего
передаточного отношения привода и разбивка его по ступеням
Общее передаточное
отношение привода вычисляется по формуле
iпр=nдв/nим, (1.5)
где nдв – асинхронная частота вращения
двигателя, об/мин;
iпр – общее передаточное отношение
привода.
Подставив численные
значения, получим
iпр=2940/80=36,25
Для нахождения
передаточного отношения редуктора назначим iрп =2
и воспользуемся формулой
iпр= iрп·iрд, (1.6)
где iрд – передаточное отношение редуктора.
Преобразуя (1.6),
получим
iрд= iпр/iрп =36,25/2=18,12 (1.7)
Передаточное отношение редуктора
так же можно выразить через формулу
iрд=uб·uт, (1.8)
где uб и uт
– передаточные
отношения быстроходного и тихоходного валов соответственно.
Значение передаточного
отношения тихоходного вала вычисляем по формуле
uт= (1.9)
Преобразуя формулу (1.8) и подставляя
полученные ранее численные значения, получаем
uб= iрд/ uт=18,12/4=4,53 (1.10)
Стандартизуем рассчитанные
передаточные отношения: uб=5, uт=4.
Уточняем передаточное
отношение ременной передачи по формуле
iрп= iпр / (uб·uт)=36,25/(4*5)=1,81
1.3 Определение частот
вращения, мощности и крутящих моментов на валах
Угловая скорость
входного вала редуктора wВВх= wим uт uб = 8,37* 20 = 167,4 1/с;
промежуточного вала wПР= wим uт = 8,37*4 =33,48 1/с;
Мощность Рi, передаваемую каждым валом, зубчатыми колёсами и шестернями
определяем согласно принятым значениям частных КПД, входящих в соотношение
(1.4):
Рi = Рим/ hi ,
где hi – КПД, учитывающий потери при передаче мощности от данного вала
(зубчатого колеса или шестерни) к выходному валу.
Крутящие моменты Т i определяются по значению
передаваемой мощности Рi и угловой скорости данного вала wi :
Т i = Рi / wi .
С помощью следующих формул найдем
численные значения частот вращения первого и второго валов
n1= nдв/ iрп=2940/1,81=1624 об/мин (1.11)
n2= n1/ uб=1624/5=325 об/мин (1.12)
Для вычисления мощностей первого и
второго валов воспользуемся формулами
P1=Pэл·ηрп=14037·0,95=13335
Вт (1.13)
P2=P1·ηпк·ηзпб
=13335·0,99·0,99=13070 Вт (1.14)
Вычислим крутящие моменты валов по
формуле
Ti=
Pi/ωi, (1.15)
ωi=π·ni/30 (1.16)
где i=1; 2; эл.
Преобразуя формулы
(1.15) и (1.16), получим
Ti= Pi·30/(π·ni) (1.17)
Tэл= Pэл·30/(π·nэл)=14037·30/(3,14·2940)=45,57 Н·м
T1= P1·30/(π·n1)= 13335·30/(3,14·1600)=79,65 Н·м
T2= P2·30/(π·n2)= 13070·30/(3,14·320)=390,38 Н·м
Таблица 1
Энерго-кинематические параметры элементов привода
|
Мощность,
Вт
|
Частота вращения,
об/мин
|
Угловая скорость,
рад/с
|
Момент,
Нм
|
Передаточное
число
|
Исполнительный механизм |
12555 |
80 |
8,37 |
1500 |
|
Муфта выходного вала |
12681 |
80 |
8,37 |
1515 |
|
Зубчатое колесо выходного вала |
12809 |
80 |
8,37 |
1530 |
uт=4
|
Шестерня промежуточного вала |
12939 |
320 |
33,48 |
386 |
|
Зубчатое колесо промежуточного вала |
13070 |
320 |
33,48 |
390,38 |
uб=5
|
Шестерня входного вала |
13202 |
1600 |
167,4 |
78,86 |
|
Входной вал редуктора |
13335 |
1600 |
167,4 |
79,65 |
iрп=1,84
|
Вал электродвигателя |
14037 |
2940 |
308 |
45,57 |
|
Пример расчёта параметров условий работы шестерни
промежуточного вала
1.
Угловая скорость wПР= 33,48
/с;
2. Значение h I = h зпhпк∙hм = 0,99∙0,99∙0,99= 0.97 ;
где h I – КПД, учитывающий потери при передаче мощности от данного вала
(зубчатого колеса или шестерни) к выходному валу.
3. Мощность Р Ш-ПР,
передаваемая шестерней промежуточного вала
Р Ш-ПР = Р ИМ/h I =
12555/0.97 = 12939 Вт;
4. Момент ТШ-ПР, передаваемый
шестерней промежуточного вала
ТШ-ПР = Р
Ш-ПР/ wПР= 12939/33,48
= 386 Нм.
1.4 Проектировочный расчёт валов, выбор подшипников и
определение межосевых расстояний с учётом габаритов подшипников
1.4.1
Выбор муфты
Наибольший расчётный момент на выходном валу не должен
превышать допускаемого для данного номера муфты момента М кр
k TИМ £ М кр, (1.18)
где k - коэффициент перегрузки привода;
для транспортёров, компрессоров и воздуходувок, центробежных насосов k = 1,25 ... 2. Принимаем к=2.
Как правило, k < ТП/
ТН. В данном случае
М кр ≥ 2∙1500=3000
Нм.
Выбираем ближайшее к
данному значение М кр (муфта №3)
М кр=3090 Нм.
Для этого значения также:
nmax=4000об/мин; dM=60мм; lM=85мм; DM=90мм.
Значение диаметра
выходного вала редуктора dВ можно принять, исходя из следующего. Прочностной расчёт вала выполняется
с учётом напряжений от изгиба и кручения, которые зависят от значения диаметра
в третьей степени. Если при выборе муфты значение k TИМ практически равно Мкр,
то принимаем dВ = dМ, где dМ – наибольший присоединительный
диаметр данного номера муфты.
Страницы: 1, 2, 3
|