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

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.

Но так как у нас k TИМ < М кр, то предварительно значение диаметра dВ определяем по формуле

dВ » dМ (k TИМ /М кр)1/3 =60 (2∙1500/3090)1/3 =59,4 мм.       (1.19)

Окончательно принимается значение dВ из ряда нормальных линейных размеров R40. И у нас dВ=62 мм.

1.4.2 Проектировочный расчёт валов

На этом этапе разработки проекта известны только крутящие моменты на валах.

При проектировочном расчёте значение диаметра вала в местах установки зубчатых колёс можно определяют, исходя из условия

 d » (Т/ 0,2 [t])1/3, (1.20)

где допускаемое напряжение [t] = (0,026 ...0,036) sв ; наименьшие значения принимаются для быстроходных валов, средние – для промежуточных, наибольшие – для тихоходных валов.

Примем допускаемое напряжение для входного вала [t] = 0,026sв = 15 МПа; для промежуточного вала [t] = 0,030sв = 17,5 МПа; для выходного вала [t] = 0,036sв = 21 МПа.

Обычно в качестве материала валов при положительных климатических температурах используют сталь 40 нормализованную, временное сопротивление которой равно sв= 580 МПа для заготовок диаметром до 100 мм.

Таким образом диаметр для быстроходного вала, на входном валу редуктора

мм,

мм,

мм.

На данном этапе разработки проекта необходимо определить диаметры валов в местах установки подшипников качения.

1.4.3 Предварительный выбор подшипников качения

Зная значения внутренних диаметров подшипников качения d п диаметров, назначим тип подшипников.

Принимаем для быстроходного вала конические подшипники средней серии, для промежуточного вала конические подшипники средней серии, для тихоходного вала радиально-упорные подшипники легкой серии.

Таблица 3

Параметры подшипников

Страницы: 1, 2