1. Энерго-кинематический расчет

1. Выбор электродвигателя

Мощность рабочего органа

P_р.о=F*V, (1.1)

где F-окружное усилие на барабане, кН;

V-окружная скорость на барабане, м/с.

P_р.о=6*1,5=9 кВт.

Угловая скорость рабочего органа

ω_{р.о=2V/D,(1.2)}

гдеD-диаметр барабана, м.

ω_{р.о=2*1,5/0,4=7,5 с}^-1

Наибольший длительно действующий момент рабочего органа

Т_р.о=P_р.о/ω_{р.о, (1.3)}

_где P_р.о– мощьность рабочего органа, кВт;

ω_р.о-угловая скорость рабочего органа, _с^-1.

Т_р.о=9/7,5=1,2 кН*м.

Момент и время их действия

Т_max=1,5Т_р.о; (1.4)

Т_н=Т_р.о; (1.5)

Т_min=0,3Т_р.о; (1.6)

t₁=0,003t;(1.7)

t₂=0,6t;(1.8)

t₃=0,4t,(1.9)

где Т_р.о- наибольший длительно действующий момент рабочего органа, Нм;t-срок службы привода,t=8 лет.

Т_max=1.5*1,2=1,8 кН*м;

Т_н=1,2 кН*м;

Т_min=0.3*1,2=0,36 кН*м;

t₁=0.003*8=0,024 лет;

t₂=0.6*8=4,8 лет;

t₃=0.4*8=3,2 лет.

Т, кН·м

Т_min=0,36

Т_max=1,8

Т_н=1,2

t₁=0,024

t₂=4,8

t₃=3,2

t, лет

Рисунок 1.1- График нагрузки

Эквивалентный момент

Т_Е=√((T²_max*t₁+T²_н*t₂+T²_min*t₃)/(t₁+t₂+t₃)); (1.10)

Т_Е=√((1,8²*0,024+1,2²*4,8+0,36²*3,2)/(0,024+4,8+3,2))=1,1 кНм.

Общий КПД привода

η=η₁*η₂*η₃*η²_{4, (1.11)}

где η₁- КПД ременной передачи, η₁=0,95…0,96

η₂- КПД зубчатой цилиндрической передачи ( редуктор), η₂=0,97…0,98

η₃- КПД цепной передачи, η₃=0,9…0,93

η₄- КПД одной пары подшипников,η₄=0,99

η=0,96*0,97*0,91*0,99²=0,83.

Расчетная мощность по эквивалентному моменту

Р_расч.= Т_Е*ω_р.о/η (1.12)

где Т_Е- эквивалентный момент, Н*м;

ω_р.о- угловая скорость рабочего органа, _с^-1

η- общий КПД привода

Р_расч.=1,1*7,5/0,83=9,93 кВт.

Минимальная необходимая мощность электродвигателя

Р_min= Т_max*ω_р.о/0.81*λ* η, (1.13)

где Т_max – максимально действующий момент на рабочий орган

ω_р.о- угловая скорость рабочего органа, _с^-1

λ – кратность максимального момента, λ=2,2

Р_min=1,8*7,5/0,81*2,2*0,83=9,18 кВт.

Окончательно выбираем двигатель

4А132м2y3 – тип двигателя

Р_дв=11000 Вт, n_дв.=2900 мин^-1, λ=2,2

Р_дв.≥Р_расч

Р_дв.≥Р_min

11000 Вт≥9930 Вт

11000 Вт≥9180 Вт

Вывод: Данные условия выполняются.

l₃₀=530 мм; l₁=80 мм; l₁₀=178 мм; l₃₁=89 мм; h₃₁=350 мм; h=132 мм; h₁₀=13 мм; d₃₀=302 мм; d₁₀=12 мм; b₁₀=216 мм; масса=93 кг.

Рисунок 1.2. Эскиз электродвигателя с основными размерами

2. Определение исходных данных для расчета передач привода

Общее передаточное отношение

U=ω_дв./ω_р.о, (1.14)

где ω_р.о- угловая скорость рабочего органа, _с^-1;

ω_дв-угловая скорость вала электродвигателя, с^-1

ω_дв=πn_дв./30 (1.15)

ω_дв=3,14*2900/30=303,5 с^-1

U=303,5/7,5=40,4

Рис. 1.3 Кинематическая схема привода

Разобьем общее передаточное отношение по ступеням привода

U=U_I-II*U_II-III*U_III-IV, (1.16)

где U_I-II- передаточное отношение ременной передачи, U_I-II=2,2

U_II-III- передаточное отношение зубчатой цилиндрической передачи,

U_III-IV- передаточное отношение цепной передачи, U_III-IV=3

из выражения (1.16) определим передаточное отношение цилиндрической зубчатой передачи

U=2,2*5*3=33

Отношение цилиндрической зубчатой передачи

U_II-III= U/ U_I-II* U_III-IV, (1.17)

U_II-III=40,4/2,2*3=6,12

Угловая скорость валов привода

ω_I=ω_дв=303,5, (1.18)

ω_II= ω_I/U_I-II, (1.19)

ω_III=ω_II/U_II-III, (1.20)

ω_IV=ω_III/U_III-IV, (1.21)

ω_II=303.5/2.2=137,9

ω_III=137,9/6,12=22,53

ω_IV=22,53/3=7,5

Крутящие моменты валов привода

Т_IV=Т_р.о; (1.22)

Т_III= Т_IV/U_III-IV*η₃; (1.23)

Т_II=Т_III/U_II-III*η₂*η²₄; (1.24)

Т_I=Т_II/U_I-II*η₁; (1.25)

Т_IV=1,2

Т_III=1,2/3*0,91=0,36

Т_II=0,36/6,12*0,97*0,99²=0,06

Т_I=0,06/2,2*0,96=0,02

Число циклов перемен напряжений

N_С=5*10⁶*ω_i*t_j*K_c*K_г, (1.26)

где ω_i- угловая скорость iвала (валы редуктора 2 и 3)

t_j- время действия j-го момента (лет)

K_c- коэффициент суточного использования

K_г- коэффициент годового использования

N_С1=5*10⁶*137,9*0,024*0,7*0,4=4,63*10⁶

N_С2=5*10⁶*137,9*4,8*0,7*0,4=926,66*10⁶

N_С3=5*10⁶*27,58*3,2*0,7*0,4=123,55*10⁶

Для второго вала

N_С1=5*10⁶*137,9*0,024*0,7*0,4=4,63*10⁶

N_С2=5*10⁶*137,9*4,8*0,7*0,4=926,66*10⁶

N_С3=5*10⁶*137,9*3,2*0,7*0,4=617,79*10⁶

Определяем крутящие моменты для второго вала

Т_max=1,5Т_р.о;

Т_н=Т_р.о;

Т_min=0,3Т_р.о;

Т_max=1,5*0,06=0,09

Т_н=0,06

Т_min=0,3*0,06=0,018

Для третьего вала

N_С1=5*10⁶*22,53*0,024*0,7*0,4=0,75*10⁶

N_С2=5*10⁶*22,53*4,8*0,7*0,4=151,4*10⁶

N_С3=5*10⁶*22,53*3,2*0,7*0,4=100,93*10⁶

Определяем крутящие моменты для третьего вала

Т_max=1,5Т_р.о;

Т_н=Т_р.о;

Т_min=0,3Т_р.о;

Т_max=1,5*0,36=0,54

Т_н=0,36

Т_min=0,3*0,36=0,1