Определение мощности и частоты вращения двигателя

ВВЕДЕНИЕ

Курсовой проект по дисциплине "Техническая механика" выполняется после завершения изучения блока общеобразовательных, общетехнических и ряда технологи­ческих дисциплин.

Целями курсового проектирования являются:

-систематизирование, закрепление и расширение теоретических знаний, а также развитие расчетно-графических навыков учащихся;

-ознакомление учащихся с конструкциями типовых деталей и узлов и формирование навыков самостоятельного решения инженерно-технических задач, умения рассчитать и сконструировать механизмы и детали общего назначения на основе полученных знаний по всем предшествующим общеобразовательным и общетехническим дисциплинам;

-создание условий для овладения техникой разработки конструкторских документов на различных стадиях проектирования и конструирования;

-формирование навыков защиты самостоятельно принятого технического решения.

Основными задачами курсового проекта являются:

-ознакомление с научно-технической литературой по теме курсового проекта;

-изучение известных конструкций аналогичных машин и механизмов с анализом их достоинств и недостатков;

-выбор наиболее простого варианта конструкции с учетом требований технического задания на проект;

-выполнение необходимых расчётов с целью обеспечения заданных технических характеристик проектируемого устройства;

-выбор материалов и необходимой точности изготовления деталей и узлов проектируемого устройства, шероховатости поверхностей, необходимых допусков и посадок, допусков формы и расположения;

-выполнение графической части курсового проекта в соответствии с требованиями стандартов ЕСКД;

-составление необходимых описаний н пояснений к курсовому проекту.

Исходные данные

 

1—червячный редуктор; 2—упругая муфта с торообразной оболочкой;
3—клиноременная передача; 4—двигатель; 5 — барабан

1 – Кинематическая схема привода электрической лебёдки

 

РАЗДЕЛ 1
ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Определение мощности и частоты вращения двигателя

Выбор двигателя заключается в подборе подходящей модели для данного типа редуктора по развиваемой мощности, которая определяется по известной мощности на выходном валу привода.

Определим мощность, снимаемую с барабана привода:

Вт =0,8 кВт.            (1.1)

где F – тяговая сила, кН. По заданию F = 0,8 кН;

 u – скорость движения барабана, м/с. По заданию u = 0,2м/с.

Определяем общий коэффициент полезного действия (КПД) привода:

;                                  (1.2)

где:

h_оп – КПД клиноременной передачи. По табл. 2.2 [1] h_оп = 0,98;

h_зп – КПД червячной передачи. По табл. 2.2 [1] h_зп = 0,97;

h_м – КПД муфты. По табл. 2.2 [1] h_м = 0,98;

h_пк – КПД пары подшипников качения. По табл. 2.2 [1] h_пк = 0,99;

h_пс – КПД подшипников скольжения. По табл. 2.2 [1] h_пс = 0,99;

;                                                 

Определяем требуемую мощность электродвигателя:

кВт.                                                                (1.3)

РАЗДЕЛ 3

ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ ЧЕРВЯЧНОЙ ПЕРЕДАЧИ.

Выбор материала

 

 

По таблице 3.1[1] при мощности Р=1,1 червяк изготовляется из стали 40х с твёрдостью ≥45HRC термообработка улучшенная закалка твч по таблице 3,2[1] для стали 40х-твёрдость 45...50HRC 

[s]_в=900Н/мм²

[s]_Т=750Н/мм²

определяем скорость скольжения

                    (3.4)

в соответствии со скоростью скольжения по таблице 3.5[1] из группы 3 выбираем сравнительно дешевый чугун СЧ18, полученный литьём в землю. 

s_B=355Н/мм²

Для материала венца червячного колеса по таблице 3.6[1] определяем допускаемые контакты [s]_н и изгибные [s]_Fнапряжения

а) при твёрдости витков червяка ≥45HRC

[s]_н=200-35v_s=200-35*1.39*=151,2Н/мм²                                       (3.5)

где v_s-скорость скольжения

так как червяк расположен вне масляной ванны, то [s]_н уменьшаем на 15%

[s]_н=151,2*0,85=128,5                                                                     (3.6)

б) коэффициент долговечности

                                                                                      (3.7)

где N=573*w₂*L_h=573*1.6*13140=12089690.5циклов                   (3.8)

для передачи берём

[s]_F=0,075*s_ви*K_FL=0.075*128.5*0.66=10.18 Н/мм²                      (3.9)

 

РАЗДЕЛ 4

Проектный расчет.

Определим межосевое расстояние по формуле:

мм                           (4.1)

Принимаем по рекомендации [1] стандартное межосевое расстояние a_w=195 мм.

Выбираем число витков червяка z₁:

z₁ зависит от передаточного числа редуктора u_зп

U_зп=25

Принимаем z₁=2

Определим число зубьев червячного колеса

 z₂=z₁ U_зп=2 25=50                                                                                    (4.2)

Определим модуль зацепления:

                                                               (4.3)

Значение модуля m округлить в большую сторону до стандартного m=6.3

Из условия жесткости определить коэффициент диаметра червяка

                                                               (4.4)

полученное значение q округлить до стандартного из ряда чисел q=11.2

Определим коэффициент смещения инструмента х

.                      (4.5)

По условию неподрезания и незаострения зубьев колеса значение х допускается до -1<х<+1. Условие выполняется -1< 0,352<+1

Определить фактическое передаточное число u_ф и проверить его отклонение

u от заданного u

                                                                                        (4.6)

                                                                            (4.7)

Определить фактическое значение межосевого расстояния а_w  ,мм

                         (4.8)

определить основные геометрические размеры передачи, мм

При корригировании исполнительные размеры червяка не изменяются; у червячного колеса делительный d₂ и начальный d_w2 диаметры совпадают, но не изменяются диаметры вершин d_a2 и впадин d_f2

а) основные размеры червяка:

делительный диаметр

 d₁=q m=11.2 6,3=70,56мм                                                                       (4.9)

начальный диаметр

d_w1=m(q+2x)=6,3(11.2+2 0,352)=75мм                                                    (4.10)

диаметры вершин витков

 d_a1=d₁+2m=70,56+2 6,3=83,16мм                                                            (4.11)

диаметры впадин витков

 d_f1=d₁-2.4m=70,56-2.4 6,3=55,44мм                                                        (4.12)

делительный угол подъема линии витков

 γ=arctg(z₁/q)= arctg(2/11.2)=0.176                                                             (4.13)

длина нарезаемой части червяка

b₁=(10+5.5 |x|+z₁)m+C=(10+5.5 0,352|) 6,3+12.5=100,41                      (4.14)

где х коэффициент смещение р4.п6 [1]

С=100 m/z₂=100 6,3/50=12,6                                                                    (4.15)

б) Основные размеры венца червячного колеса

делительный диаметр

d₂=d_w2=m z₂=6,3 50=315мм                                                                      (4.16)

диаметр вершин зубьев

d_a2=d₂+2m(1+x)=315+2 6,3(1+0,352)=332,04мм                                     (4.17)

наибольший диаметр колеса

 d_ам2≤d_a2+6 m/(z₁+2)=315+6 6,3/(2+2)=341,49мм                                     (4.18)

диаметр впадин зубьев

 d_f2=d₂-2 m(1.2-x)=315-2 6,3 (1.2-0,352)=304,32мм                                (4.19)

ширина венца

 b₂=0.355 a_w=0.355 195=69,225мм                                                           (4.20)

радиусы закругления зубьев

 R_a=0.5 d₁-m=0,5 70,56-6,3=28,98мм                                                       (4.21)

R_f=0.5 d₁+1.2 m=0,5 70,56+1.2 6,3=42,84мм                                         (4.22)

условный угол обхвата червяка венцом колеса 2δ

sinδ=b₂/(d_a1-0.5m)=69,225/(83,16-0.5 6,3)=0.86                                       (4.23)

Определенные геометрические параметры представлены на рис. 4.1

рисунок 2 Геометрические параметры червячной передачи

Проверочный расчет.

Определить коэффициент полезного действия червячной передачи

                                                             (4.24)

где:

γ-делительный угол подъема линии витков червяка

φ-угол трения. Определяется в зависимости от фактической скорости скольжения табл(4,9)[1]

υ_s=u_ф ω₂ d₁/(2 cos γ 10³)=25 1.6070,56/(2 0.98 1000)=1.43м/с   (4.25)

ω₂-угловая скорость вала червячного колеса

проверить контактные напряжения зубьев колеса σ_н ,Н/мм²

                                                                 (4.26)

где -окружная сила на колесе

К-коэффициент нагрузки. Принимается в зависимости от окружной скорости колеса

υ₂=ω₂d₂/(2 10³)=1,6 315/(2 10³)=0,252 м/с                                (4.27)

К=1 потому что υ₂<3м/с

проверить напряжения изгиба зубьев колеса

                                                               (4.28)

где Y_f2-коэффициент формы зуба колеса. определяется по табл 4.10[1] в зависимости от эквивалентного числа зубьев колеса

z_v2=z₂/cos³ γ=50/cos³0.176=50/0.95=52,41

тогда Y_f2 принимаем 1,45

 

Таблица 4.1 – Параметры закрытой зубчатой червячной передачи

Проектный расчет
Параметр	Значение	Параметр	Значение
Межосевое расстояние, aw, мм	195	Ширина зубчатого венца колеса  b2	69.225
Модуль зацепления, m	6,3	Длинна нарезаемой части червяка b1
Коэффициент диаметра червяка q	11,2	Диаметры червяка: Делительный d1 Начальный dw1 Вершин витков da1 Впадин витков df1	70.56 75 83.16 55.44
Делительный угол подъёма витков червяка γ	0,176
Угол обхвата червяка венцом 2δ	86	Диаметры колеса: Делительный d2 вершин зубьев dф2 впадин зубьев df2 наибольший dam2	315 332.04 304.32 341.49
Число витков червяка z1
Число зубьев колеса z2	50

 

РАЗДЕЛ 5

Нагрузки валов редуктора

Определение консольных сил

Определяем силу давления на вал от клинового ремня:

Н.

Определим силу от муфты на тихоходном валу по формуле:

;

Н.

 

РАЗДЕЛ 6

Предварительный расчёт валов редуктора

Выбор материала валов.

В проектируемых редукторах рекомендуется применять термически обработанные среднеуглеродистые и легированные стали 45, 40Х.

По табл. 3.2 [1] выбираем следующую сталь: для входного вала сталь 40Х и для выходного вала сталь 45. Характеристики сталей приведены в таблице 7.1.

 

Таблица 7.1 – Характеристика стали

Саль	Термообработка	Твердость	sв	st	s-1
			Н/мм2
45	Улучшение	269 НВ	890	650	380
40Х	Улучшение	302 НB	900	750	600

 

Быстроходного вала

Исходные данные:

Н;

Н;

Н;

Н;

Нм;

мм;

мм;

мм.

1) Вертикальная плоскость:

Определяем реакции опор R_AY и R_БY:

;

Н;

Н;

;

 Н;

Н;

Проверка: ;

2) Горизонтальная плоскость:

Определяем реакции опор R_AХ и R_BХ:

;

Н;

 Н;

;

Н;

Н;

Проверка: ;

Тихоходного вала

Исходные данные:

Н;

Н;

Н;

Н;

Нм;

мм;

мм;

мм.

1) Вертикальная плоскость:

Определяем реакции опор R_AY и R_БY:

;  Н;

Н;

Н;

;

 Н;

Н;

Проверка: ;

2) Горизонтальная плоскость:

Определяем реакции опор R_AХ и R_BХ:

;

Н;

 Н;

;

Н;

Н;

Проверка: ;

 

Тихоходного вала

1) Вертикальная плоскость:

Строим эпюру изгибающих моментов относительно оси Y в характерных точках вала:

Нм;

Слева: Нм;

Справа: Нм;

Нм;

Нм;

2) Горизонтальная плоскость:

Строим эпюру изгибающих моментов относительно оси X в характерных точках вала:

Нм;

 Нм;

Нм;

Нм;

3) Строим эпюру крутящего момента М_к, Нм.

4) Определяем суммарные радиальные реакции:

Нм;

Нм.

 

Раздел 9

Расчет подшипников качения

Расчёт шпоночных соединений

Подбор шпонок

Выбор параметров шпоночного соединения (сечение шпонки, глубина паза, вала и втулки) осуществляется по ГОСТ 23360-78 в зависимости от диаметра вала. Длина шпонки определяется в зависимости от длины ступицы.

На рис.11.1 представлен эскиз шпоночного соединения.

В табл. 11.1. представлены параметры шпоночных соединений.

Рис. 11.1 Шпоночное соединение.

Табл. 11.1 – Параметры шпоночных соединений

Вал	Элемент передачи	Диаметр вала d, мм	Размеры шпонки, мм			Глубина паза, мм
			длина l	ширина b	высота h	вала t1	втулки t2
Входной	Шкив	45	55	14	9	5,5	3,8
Выходной	Колесо зубчатое	56	60	20	10	6	4,3
	Муфта	45	50	14	12	7,5	4,9

Выбор муфты и сорта масла

Выбор муфты

Для соединения выходного вала редуктора с валом барабана используем торообразную муфту.

Подбор стандартной торообразной муфты производим по диаметру вала и передающему моменту. По табл. К25 [1] выбираем:

Муфта торообразная

Т=500Н м

d=45мм

рисунок

 

 

 

Заключение

 

 

В данном курсовом проекте произведены кинематические и силовые расчеты привода барабана. По современным методикам проведены проектные и проверочные расчеты открытой ременной передачи, закрытой зубчатой передачи, расчет валов, подшипников и корпуса редуктора.

По результатам расчета спроектирован редуктор; разработана конструкторская документация: сборочный чертеж редуктора и спецификация, рабочие чертежи деталей (зубчатое колесо и выходной вал).

В процессе проектирования были приобретены первые инженерные навыки по расчету и конструированию типовых деталей и узлов машин и механизмов на основе полученных теоретических знаний.

 

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

 

Основная литература

 

1 Шейнблит, А. Е. Курсовое проектирование деталей машин / А.Е. Шейнблит. – Москва: Высшая школа, 1991. – 432 с.

2 Курмаз, Л.В. Детали машин, проектирование / Л.В. Курмаз, А.Т. Скойбеда. – Минск: УП «Технопринт», 2001.

 

Дополнительная литература

 

1 Кузьмин, А.В. Курсовое проектирование деталей машин / А.В. Кузьмин, Н.Н. Макейчик, В.Ф. Калачёв; под ред. А.В. Кузьмина. – Минск: Высшая школа, 1982.

2 Иванов, М.Н. Детали машин / М.Н. Иванов. – 5-е изд. – Москва: Высшая школа, 1991.

3 Кузьмин, А.В. Расчёты деталей машин / А.В. Кузьмин, И.М. Чернин, Б.С. Козинцов; под ред. А.В. Кузьмина. – Минск: Высшая школа, 1986г.

4 Дунаев, П.Ф. Детали машин. Курсовое проектирование: Учеб. пособие для машиностроит. спец. Техникумов / Дунаев П.Ф., Леликов О.П. – Москва: Высшая школа, 1984.

5 Анурьев, В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: в 3 т. / Анурьев В.И. – 8-е изд. – Москва: Машиностроение, 2001.

6 Скойбеда, А.Т. Детали машин и основы конструирования / А.Т. Скойбеда, А.В. Кузьмин. – Минск: Вышэйшая школа, 2000.

7 Дунаев, П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин / П.Ф. Дунаев. – Москва: Высшая школа, 1978.

8   Чернавский, С.А. Курсовое проектирование деталей машин / С.А. Чернавский, К.Н. Боков, И.М. Чернин и др. – 2-е изд. – Москва: Машиностроение, 1988.

 

ВВЕДЕНИЕ

Курсовой проект по дисциплине "Техническая механика" выполняется после завершения изучения блока общеобразовательных, общетехнических и ряда технологи­ческих дисциплин.

Целями курсового проектирования являются:

-систематизирование, закрепление и расширение теоретических знаний, а также развитие расчетно-графических навыков учащихся;

-ознакомление учащихся с конструкциями типовых деталей и узлов и формирование навыков самостоятельного решения инженерно-технических задач, умения рассчитать и сконструировать механизмы и детали общего назначения на основе полученных знаний по всем предшествующим общеобразовательным и общетехническим дисциплинам;

-создание условий для овладения техникой разработки конструкторских документов на различных стадиях проектирования и конструирования;

-формирование навыков защиты самостоятельно принятого технического решения.

Основными задачами курсового проекта являются:

-ознакомление с научно-технической литературой по теме курсового проекта;

-изучение известных конструкций аналогичных машин и механизмов с анализом их достоинств и недостатков;

-выбор наиболее простого варианта конструкции с учетом требований технического задания на проект;

-выполнение необходимых расчётов с целью обеспечения заданных технических характеристик проектируемого устройства;

-выбор материалов и необходимой точности изготовления деталей и узлов проектируемого устройства, шероховатости поверхностей, необходимых допусков и посадок, допусков формы и расположения;

-выполнение графической части курсового проекта в соответствии с требованиями стандартов ЕСКД;

-составление необходимых описаний н пояснений к курсовому проекту.

Исходные данные

 

1—червячный редуктор; 2—упругая муфта с торообразной оболочкой;
3—клиноременная передача; 4—двигатель; 5 — барабан

1 – Кинематическая схема привода электрической лебёдки

 

РАЗДЕЛ 1
ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Определение мощности и частоты вращения двигателя

Выбор двигателя заключается в подборе подходящей модели для данного типа редуктора по развиваемой мощности, которая определяется по известной мощности на выходном валу привода.

Определим мощность, снимаемую с барабана привода:

Вт =0,8 кВт.            (1.1)

где F – тяговая сила, кН. По заданию F = 0,8 кН;

 u – скорость движения барабана, м/с. По заданию u = 0,2м/с.

Определяем общий коэффициент полезного действия (КПД) привода:

;                                  (1.2)

где:

h_оп – КПД клиноременной передачи. По табл. 2.2 [1] h_оп = 0,98;

h_зп – КПД червячной передачи. По табл. 2.2 [1] h_зп = 0,97;

h_м – КПД муфты. По табл. 2.2 [1] h_м = 0,98;

h_пк – КПД пары подшипников качения. По табл. 2.2 [1] h_пк = 0,99;

h_пс – КПД подшипников скольжения. По табл. 2.2 [1] h_пс = 0,99;

;                                                 

Определяем требуемую мощность электродвигателя:

кВт.                                                                (1.3)