Выбор электродвигателя и кинематический расчёт

По табл. 1.1[1] примем следующие значения КПД:

- для ременной передачи с поликлиновым ремнем: h1= 0,96

- для закрытой червячной передачи: h2= 0,75

 

Общий КПД привода:

 

h = h1x... xhnxhподш.2= 0,96 x0,75 x0,992= 0,706

 

где hподш.= 0,99 - КПД одного подшипника.

 

Угловая скорость на выходном валу:

 

wвых.= = = 1,885 рад/с

 

Требуемая мощность двигателя:

 

Pтреб.= = = 5,241 кВт

 

В таблице 24.7[2] по требуемой мощности выбираем электродвигатель 112M4 (исполнение IM1081), с синхронной частотой вращения 1500 об/мин, с параметрами: Pдвиг.=5,5 кВт. Номинальная частота вращения с учётом скольжения nдвиг.= 1432 об/мин, угловая скорость

 

wдвиг.= = = 149,959 рад/с.

 

 

 

 

Рисунок 1.1 - Эскиз электродвигателя

 

Oбщее передаточное отношение:

 

U = = = 79,554

Руководствуясь таблицами 1.2[2] и 1.3[2], для передач выбрали следующие передаточные числа:

 

U1= 2,24

U2= 35,5

 

Рассчитанные частоты и угловые скорости вращения валов сведены ниже в таблицу 1.1:

 

 

Таблица 1.1 - Частоты и угловые скорости вращения валов

 

Вал 1-й	n1= = = 639,286 об./мин.	w1= = = 66,946 рад/c.
Вал 2-й	n2= = = 18,008 об./мин.	w2= = = 1,886 рад/c.

 

 

Мощности на валах:

 

P1= Pтреб.xh1xhподш.= 5241 x0,96 x0,99 = 4981,046 Вт

P2= P1xh2xhподш.= 4981,046 x0,75 x0,99 = 3698,427 Вт

 

 

Вращающие моменты на валах:

 

T1= = = 74403,938 Нxмм

 

T2= = = 1960989,926 Нxмм

 

По таблице 24.7(см. приложение учебника Дунаева/Леликова) выбран электродвигатель 112M4 (исполнение IM1081), с синхронной частотой вращения 1500 об/мин, с мощностью Pдвиг.=5,5 кВт. Номинальная частота вращения с учётом скольжения nдвиг.= 1432 об/мин.

 

 

Таблица 1.2 - Передаточные числа и КПД передач

 

Передачи	Передаточное число	КПД
1-я ременная передача с поликлиновым ремнём	2,24	0,96
2-я червячная передача	35,5	0,75

 

Таблица 1.3 - Рассчитанные частоты, угловые скорости вращения валов и моменты на валах

 

Валы	Частота вращения, об/мин	Угловая скорость, рад/мин	Момент, Нxмм
1-й вал	639,286	66,946	74403,938
2-й вал	18,008	1,886	1960989,926

 

Расчёт поликлиноременной передачи

 

 

Рисунок 2.1 – Схема передачи

 

 

Коэффициент режима работы по табл. 7.4[1] Кр= 0,9.

 

Расчетный момент на быстроходном валу по табл. 10.4[1] T(ведущ. шкива)= 34949,553 Нxмм.

 

При данной величине момента в соответствии с рекомендацией принимаем ремень сечения К.

 

Диаметр меньшего шкива по формуле (7.33[1]):

 

d1= 3 x = 3 x = 98,085 мм

 

По табл. 7.14 принимаем ближайший d1= 100 мм.

 

Скорость ремня:

 

V = = = 7,498 м/с.

 

 

Диаметр ведомого шкива:

 

d2= d1xU = 100 x2,24 = 224 м/с.

 

По табл. 7.14 принимаем d2= 224 мм.

 

Передаточное число:

 

U = = = 2,24.

 

Определяем необходимое число клиньев (см рис. 7.5[1]). Из точки оси абсцисс u = 7,498 м/с проведем вертикаль до пересечения с кривой d1= 100 мм. Из полученной точки проведем горизонталь до пересечения с кривой мощности:

 

Р = Mведущ. шкиваxwведущ. шкива= 34949,553 x10-6x149,959 = 5241кВт.

 

Затем из полученной точки проведем опять вертикаль до пересечения с линией U = 2,24. Далее проведем горизонталь до пересечения с прямой Кр= 0,9.Из последней точки проведем вертикаль, которая пересечет ось абсцисс в точке z = 7,94.

 

Примем окончательно число клиньев z = 8.

 

При U = 2,24 межосевое расстояние аw= 2,48 xd1= 2,48 x100 = 248 мм (см. стр. 141[1]).

 

Длина ремня по формуле (7.7[1])

 

L = 2 xаw+ 0.5 xp x(d2+ d1) + 2 x248 + 0.5 x3,142 x(224 + 100) +

 

= 1020,438 мм.

 

Принимаем по табл. 7.13[1]: L = 1060 мм.

 

Условное обозначение ремня: 1060 К 8 РТМ 38-40528-74.

 

Межосевое расстояние, выверенное по принятой длине ремня:

 

aw= 0.25 x

=0.25x

= 268,369 мм.

 

Угол обхвата на малом шкиве:

 

a = 180o- 180o- 152,277o.

 

Усилие, действующее на вал:

 

S = 2 xS0xz xSin95 x8 xSin737,867 Н,

 

здесь 2 xS0= 95 Н, см. стр. 142 [1].

 

Ширина шкивов (см. табл. 7.14[1]):

 

Bш.= (z - 1) xt + 2 xs = (8 - 1) x2,4 + 2 x3,5 = 23,8 мм.

 

Таблица 2.1 - Параметры клиноременной передачи, мм

 

Параметр	Значение	Параметр	Значение
Тип ремня	поликлиновой	Диаметр ведущего шкива d1
Сечение ремня	К	Диаметр ведомого шкива d2
Число клиньев Z		Предварительное натяжение ремня Fo, Н
Межосевое расстояние aw	268,369
Длина ремня l
Угол обхвата ведущего шкива a1, град	152,277	Сила давления ремня на вал Fв, Н	737,867

 

Расчёт червячной передачи

 

 

 

Рисунок 3.1 – Схема передачи

 

 

Проектный расчёт

 

 

Так как выбор материала для колеса связан со скоростью скольжения, то предварительно определяем её значение:

 

Vск= 0.45 x10-3xn(черв. кол.)xU x = 0.45 x10-3x18,008 = 3,601 м/с.

 

Выбираем для червяка сталь 40X с закалкой более HRC 45 и последующим шлифованием.

Для червячного колеса по предварительно найденной скорости скольжения выбираем по табл. 2.14[2] материал 2-й группы БрА10Ж3Мц1,5 (отливка в кокиль).

 

Для данного материала допускаемое контактное напряжение:

 

[s]H= [s]Ho- 25 xVск

 

где [s]Ho= 300 МПа для червяков с твёрдостью на поверхности витков >= 45HRC.

 

Тогда: [s]H= 300 - 25 x3,601 = 209,975 МПа.

 

Допускаемые напряжения изгиба вычисляются для материала зубьев червячного колеса:

 

[s]F= KFLx[s]Fo

 

где:

 

[s]Fo= 0.25 xsт+ 0.08 xsв

 

Для выбранного материала червячного колеса sт= 360 МПа, sв= 550 МПа, тогда:

 

[s]Fo= 0.25 x360 + 0.08 x550 = 134 МПа,

 

где KFL- коэффициент долговечности.

 

KFL=,

 

где NFO= 106- базовое число циклов нагружения;

 

NFE= 60 xn(кол.)xtSxKFE

 

здесь: n(кол.)= 18,008 об/мин. - частота вращения червячного колеса;

 

tS= 365 xLгxC xtcxkгxkс- продолжительность работы передачи в расчётный срок службы, ч.

 

- Lг=8 г. - срок службы передачи;

- С=1 - количество смен;

- tc=8 ч. - продолжительность смены;

- kг=0,5 - коэффициент годового использования.

- kс=0,4 - коэффициент суточного использования.

 

tS= 365 x8 x1 x8 x0,5 x0,4 = 4672 ч.

 

KFE- дополнительный множитель для эквивалентной циклической долговечности.

 

KFE= S = + + = 0,716

 

Тогда:

 

NFE= 60 x18,008 x4672 x0,716 = 3614369,833

 

В итоге получаем:

 

КFL= = 0,867

 

В итоге получаем:

 

[s]F= 0,867 x134 = 116,178 МПа.

 

Для полученной выше скорости скольжения выбираем число витков червяка z1= 1.

 

Межосевое расстояние червячной передачи:

 

aw³ Kax

 

где Ka= 610 - для эвольвентного червяка;

KHb- коэффициент концентрации нагрузки, при переменном режиме нагружения:

 

KHb= 0.5 x(KHbo+ 1)

 

По графику (рис. 2.12[2]) для z1= 1 принимаем KHbo= 1,063.

Тогда:

 

KHb= 0.5 x(1,063 + 1) = 1,031

 

Получаем:

 

aw³ 610 x = 218,338 мм

 

Полученное расчётом межосевое расстояние округляем в большую сторону: для нестандартной червячной пары - до числа из табл. 24.1[2]: aw= 220 мм

 

Число зубьев червячного колеса:

 

z2= z1xU = 1 x35,5 = 35,5, принимаем z2= 36

 

Предварительно вычислим значение модуля червячной передачи:

 

m = (1,4...1,7) x = (1,4...1,7) x = 8,556...10,389 мм

 

Выбираем из стандартного ряда m = 10 мм.

 

Минимальное значение коэффициента диаметра червяка:

 

qmin= 0,212 xz2= 0,212 x36 = 7,632.

 

Коэффициент диаметра червяка:

 

q = = = 8

 

Полученное значение округляем до ближайшего стандартного q = 8.

 

Коэффициент смещения инструмента по условию неподрезания и незаострения зубьев по ГОСТу:

 

x = 0

 

Угол подъёма линии витка червяка:

 

на делительном цилиндре:

 

g = arctgarctg7,125o

 

на начальном цилиндре:

 

gw= arctgarctg7,125o

 

Фактическое передаточное число:

 

Uф= = 36

 

Фактическое значение передаточного числа отличается на 1,4%, что меньше, чем допустимые 5% для одноступенчатого редуктора.

 

Размеры червяка:

 

диаметр делительный:

 

d1= q xm = 8 x10 = 80 мм

 

диаметр начальный червяка:

 

dw1= m x(q + 2 xx) = 10 x(8 + 2 x0) = 80 мм

 

диаметр вершин витков:

 

da1= d1+ 2 xm = 80 + 2 x10 = 100 мм

 

диаметр впадин:

 

df1= d1- 2,4 xm = 80 - 2,4 x10 = 56 мм

 

Длина b1нарезанной части червяка:

 

b1= (10 + 5,5 x|x| + z1) xm = (10 + 5,5 x0 + 1) x10 = 110 мм

 

Для шлифованного червяка при m<10 мм полученную длину увеличиваем на 35 мм:

 

b1= 110 + 25 = 145 мм

 

Полученную величину округляем в ближайшую сторону до числа из табл. 24.1[2]: b1= 150 мм.

 

Размеры червячного колеса:

 

диаметр делительный:

 

d2= z2xm = 36 x10 = 360 мм

 

диаметр вершин зубьев:

 

da2= d2+ 2 xm x(1 + x) = 360 + 2 x10 x(1 + 0) = 380 мм

 

диаметр впадин:

 

df2= d2- 2 xm x(1,2 - x) = 360 - 2 x10 x(1,2 + 0) = 336 мм

 

диаметр колеса наибольший:

 

daM2£ da2+

 

где для данного типа червяка k = 2, тогда:

 

daM2£ 380 +

 

Принимаем daM2= 400 мм.

 

При z1= 1 ширина венца червячного колеса:

 

b2= 0,355 xaw= 0,355 x220 = 78,1 мм

 

Окружная скорость на начальном диаметре червяка:

 

Vw1= 2,678 м/с

 

Скорость скольжения в зацеплении:

 

Vск= 2,699 м/с

 

По полученному значению Vскуточняем допускаемое контактное напряжение:

 

[s]H= 300 - 25 x2,699 = 232,525 МПа.

 

Для червячной передачи выбираем степень точности 8.

 

Окружная скорость червячного колеса:

 

V2= 0,339 м/с