Энергетический и кинематический расчеты привода
.pdf
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
1. Энергетический и кинематический расчеты привода
М 
Z2 |
Z3 |
2 |
Z4 |
1
М 
Z1 Z5 Z6 |
3 |
4 |
Рисунок 1-Схема привода.
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
Исходные данные: |
|
|
|
|
|
||||||||||
- выходная мощность, Вт |
|
|
5; |
||||||||||||
-частота вращения выходного вала, мин-1 |
65. |
||||||||||||||
Коэффициент полезного действия (КПД) привода |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
0.98 0.95 0.99 |
4 |
0.96 |
0,92 0.789, |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
где
|
i |
|
- ориентировочные величины КПД различных видов
механических передач и отдельных элементов привода.
Расчётная мощность электродвигателя
P |
P |
/ |
0 |
5 / 0,789 6,33кВт |
эд. р |
вых |
|
|
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
Рекомендуемое передаточное число привода
U0'
U |
1 |
U |
2,3 |
U |
4 |
|
|
|
3 2 3
18
,
где Ui – средние значения передаточных чисел для различных видов механических передач.
Расчётная частота вращения вала электродвигателя
nэд. р nвых U0 18 165 1170мин-1
По каталогу выбираю электродвигатель 4А132S4У3 (Рэ=7,5 кВт,
nэ=1455мин-1, Тmax/Tnom=2).
Действительное общее передаточное число привода
U |
0 |
|
U0
|
n |
эд |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
n |
вых |
|
|
|
|
|
||
|
1455 |
|
65 |
||
|
U |
|
U |
2 |
U |
|
U |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
2,3 |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
; |
|
2.53 |
3.55 |
2 |
2.364 |
U ' |
||||
|
||||||||
;
U0
22,48
18
U0'
.
Частоты вращения валов привода
n1 1455мин-1
n2 nЭ /U2 1455/ 2,01 723,88 мин-1 n3 n2 /U3 723,88 / 3 241,3мин-1 n4 n3 /U4 241,3 / 3,7 65,21мин-1
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
Угловые скорости валов привода
1
|
n |
|
3.14 1455 |
1 |
30 |
||
|
|
30 |
152,29
с-1
2
|
n |
2 |
|
|
|
3.14 723,88 |
|
30 |
30 |
||
|
75,28
с-1
3
|
n |
3 |
30 |
3.14 241,3 |
|
25,09
с-1
|
4 |
|
|
n |
4 |
|
||
|
|
|
|
3.14 65,21 |
|
|
30 |
|
30 |
||
|
|
|
6,8
с-1
Мощности, передаваемые валами привода
P P |
|
|
6,33 0.98 0.99 6,14 |
кВт, |
|||||
1 |
эп |
|
1 |
|
3 |
|
|||
|
|
|
|
|
|||||
P |
P |
|
|
|
|
6,14 0.95 0.99 5,775 |
кВт, |
||
2 |
1 |
|
2 |
|
3 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|||||
P |
P |
2 |
|
3 |
5,775 0.96 0.99 5,489 |
3 |
2 |
|
|
кВт,
P |
P |
|
4 |
|
3 |
5,489 0.92 0.99 4,999 |
4 |
3 |
|
|
|
кВт.
Крутящие моменты на валах привода
T |
|
P |
1 |
||
1 |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
10 |
3 |
|
6,14 |
|
|||
|
152,29 |
||
|
|
|
10 |
3 |
40,31 |
|
Н∙м,
T |
|
P |
103 |
5,775 |
103 76,71 |
|
2 |
|
|||||
2 |
|
|
|
|
75,28 |
|
|
|
2 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Н∙м,
T |
P3 |
103 |
5,489 |
103 |
218,77 |
|
|
||||
3 |
3 |
25,09 |
|
|
|
|
|
Н∙м, |
|||
T |
|
P |
4 |
||
4 |
|
|
|
|
|
|
|
4 |
10 |
3 |
|
4,999 |
10 |
3 |
733,1 |
|
||||||
|
6,82 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
Н∙м.
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
Результаты энерго-кинематического расчёта заносим в таблицу 1
Таблица 1 – Значения параметров элементов привода
№ вала |
Частота |
Угловая |
Мощность |
Крутящий |
Передаточное |
|
вращения |
скорость |
Р, кВт |
момент |
xисло |
|
n, мин-1 |
, с-1 |
|
Т, Н∙м |
U |
|
|
|
|
|
|
1 |
1455 |
152,29 |
6,14 |
40,31 |
2,01 |
|
|
|
|
|
|
2 |
723,88 |
75,28 |
5,775 |
76,31 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
241,3 |
25,09 |
5,489 |
218,77 |
3 |
|
|
|
|
|
|
4 |
65,21 |
6,8 |
4,999 |
733,1 |
|
|
|
|
|
|
|
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
2. Расчёт тихоходной передачи
2.1 Проектный расчёт передачи
Исходные данные:
-крутящий момент шестерни 44,33;
-частота вращения шестерни n2, мин-1 1455;
-частота вращения колеса n30, мин-1 723,88;
-передаточное число 2,01.
Материал шестерни и зубчатых колёс – сталь 20Х ГОСТ4543-71.
Термообработка для зубчатых колёс и шестерен –цементация, закалка и отпуск. Пределы текучести и твёрдость выбираем по таблице 8.8[1],
результаты заносим в таблицу 2.
Таблица 2 – Механические свойства
|
Вид термообработки |
σВ, МПа |
σТ, МПа |
НRС |
|
|
|
|
|
Зубчатое колесо, шестерня |
Цементация |
650 |
400 |
56-63 |
|
|
|
|
|
Пределы контактной выносливости
|
HLIM 1 |
23 H |
HRC |
|
|
|
1 |
23 56 1288МПа
|
HLIM 1 |
23 H |
HRC |
|
|
|
2 |
23 63 1499МПа,
где HHRC – твёрдость поверхности зубьев.
Допускаемые контактные напряжения
HP1 0.9 HLIM 1 Z N 1 / SH 1 0.9 1288 1/ 1.3 891,69МПа
HP 2 0.9 HLIM 2 Z N 2 / SH 2 0.9 1499 1/ 1.3 1003,5МПа
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
где ZN – коэффициенты выносливости;
SH – коэффициенты запаса прочности.
|
HP |
0.45 ( |
HP1 |
|
HP 2 |
) 1.23 |
HPMIN |
|
|
|
|
||||
0.45 (891,69 1003,15) 1.23 891,69 |
|||||||
852,6 1096,77МПа, |
|
|
|
||||
где
|
HPMIN |
|
- меньшее из значений контактных напряжений, МПа.
Принимаем пределы изгибной выносливости
σFLIM1=750МПа σFLIM2=800МПа
Допустимые напряжения изгиба
|
FP1 |
|
FLIM |
Y |
Y |
A1 |
/ S |
F1 |
750 1 1/ 2 375МПа |
|
|
N1 |
|
|
|
(13)
|
FP2 |
|
FLIM 2 |
Y |
Y |
A2 |
/ S |
F 2 |
800 1 1/ 2 400МПа, |
|
|
N 2 |
|
|
|
где YN - коэффициенты долговечности (YN=1);
YA – коэффициенты, учитывающие одностороннее приложение нагрузки при одностороннем приложении нагрузки YA=1;
SF - коэффициенты запаса прочности (SF=2).
Коэффициент нагрузки передачи
K KV K 1.1
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
2.3 Проектный расчет конической передачи
Расчетный диаметр шестерни определяем по формуле
|
|
|
|
|
T |
K |
H |
K |
A |
|
u |
2 |
1 |
|
|
|
44,33 1,15 1 |
2,01 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
||||||||||
d ' |
m1 |
k |
d |
3 |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
10 |
77 |
47,203мм, |
|||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
u |
|
0,85 0,4 852,6 2,01 |
||||||||||
|
|
|
0.85 |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
bd |
HP |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
где ψbd-коэффициент ширины шестерни относительно ее диаметра
(ψbd=0.3-0.6);
KHβ-коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по ширине венца;
КА-коэффициент внешней динамической нагрузки(Ка=1).
Определим ширину венца зубчатых колес
b bd d 'm1 0,4 47,20 28,88 (15)
Принимаем b=45 мм.
Угол делительного конуса
' |
|
arctg( |
1 |
|
1 |
|
26,45 |
|
1 |
|
) arctg |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
u |
|
2,01 |
|
|
|
|
|
|
|
|
(16) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Внешнее конусное расстояние определяем по формуле
|
|
|
d ' |
m1 |
|
|
|
R' |
|
0.5 |
|
|
0,5 |
||
e |
|
|
|
||||
|
|
sin |
' |
b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
1 |
|
|
||
Определяем внешний
|
47,20 |
|
73,01 |
|
|
|
|
sin 26,45 18,88 |
|
мм |
|
|
|
|
|
делительный диаметр шестерни
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
d ' |
|
|
d ' |
m1 |
R' |
e |
||
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|||
|
e1 |
|
R' |
|
|
0.5b |
||
|
|
|
e |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
||
|
47,20 73,01 |
|||
73,01 |
0,5 |
40 |
||
|
||||
65,01
мм (18)
Принимаем число зубьев шестерни z1=17, определяем модуль зацепления по формуле
|
|
|
d ' |
|
m' |
te |
|
e1 |
|
z' |
||||
|
|
|||
|
|
|
||
|
|
|
1 |
|
65,01 |
|
17 |
||
|
3,82
мм
Принимаем mte=mn=4мм
Округляем значение модуля до ближайшей величины mnII=mII в
соответствии с ГОСТ 9563-60 (таблица 4.2.1[2]).
Определяем действительное число зубьев шестерни
z |
|
|
d ' |
e1 |
|
65,01 |
17 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
m |
|
|
4 |
|
|
|
|
te |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Находим число зубьев колеса
z |
2 |
z |
1 |
u 17 2,01 34,7 |
|
|
|
Принимаем z2=35
Действительное передаточное число
uд z2 35 2,05 z1 17
Определяем действительные величины углов делительных конусов
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
|
|
arctg |
z |
arctg |
17 |
25,91 |
|
|
|
1 |
|
||||
1 |
z |
|
35 |
||||
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
2 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
arctg |
z2 |
arctg |
35 |
64,09 |
2 |
|
|
||||
|
|
z1 |
17 |
|
||
|
|
|
(20) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
Определяем внешние делительные диаметры по формуле
d |
e1(2) |
m |
|
z |
1 2 |
||||
|
|
te |
|
|
|
|
|||
d |
e1 |
m |
z |
1 |
4 17 68мм |
||||
|
|
te |
|
|
|
|
|||
d |
|
m |
z |
|
|
4 35 140мм |
|||
|
e2 |
|
te |
|
|
|
2 |
|
(21) |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Определяем внешние диаметры вершин зубьев
d |
ae1(2) |
d |
e1(2) |
2 m |
cos |
1(2) |
|||||||
|
|
|
|
|
te |
|
|
|
|
||||
d |
ae1 |
d |
e1 |
2 m |
cos |
1 |
68 2 4 cos25,91 75,20мм |
||||||
|
|
|
|
te |
|
|
|
|
|||||
d |
ae2 |
d |
e2 |
2 m |
cos |
2 |
140 2 4 cos64,09 143,50мм |
||||||
|
|
|
|
|
te |
|
|
|
|
|
|||
(22)
Определяем внешние диаметры впадин зубьев
d |
fe1(2) |
d |
e1(2) |
2.4 m |
cos |
1(2) |
|||||||
|
|
|
|
|
te |
|
|
|
|
||||
d |
fe1 |
d |
e1 |
2,4 m |
cos |
1 |
68 2,4 4 cos25,91 59,36 мм |
||||||
|
|
|
|
te |
|
|
|
|
|||||
d |
fe 2 |
d |
e2 |
2,4 m |
cos |
2 |
140 2,4 4 cos64,09 135,80мм |
||||||
|
|
|
|
|
te |
|
|
|
|
|
|||
(23)
Действительное внешнее конусное расстояние
R |
0.5 m |
|
z |
2 z |
2 |
0,5 4 |
172 352 |
77,82мм |
e |
te |
|
1 |
|
2 |
|
|
|
(24)
Средний модуль зацепления