0154 / DM

Министерство образования и науки Российской Федерации федеральное государственное бюджетное образование учреждение высшего

профессионального образования

«Российский государственный университет нефти и газа (НИУ) имени И.М. Губкина»

Кафедра технической механики

С.А. Макушкин, В.Г.Певнев

РАСЧЕТ МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ ПРИВОДОВ НЕФТЕГАЗОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ

ЧАСТЬ I. МЕТОДИКИ РАСЧЕТА

Москва 2017

УДК 621.81

Рецензент: д.т.н., профессор А.П.Евдокимов

С.А. Макушкин, В.Г.Певнев. Расчет механических передач приводов нефтегазового оборудования. Часть I. Методики расчета. Учебно-методическое пособие по курсу «Детали машин и основы конструирования». -М.: РГУ нефти и газа им И.М. Губкина, 2017.- 106 с.

Для использования в учебной практике предложено проектирование механических приводов оборудования рассматривать с позиции их модификации. Это позволяет путем сравнительного анализа альтернативных вариантов принимать оптимальные технические решения.

Пособие содержит учебно-методические и справочные данные, необходимые для выбора, расчета и конструирования механических передач проектируемых приводов с деталями и узлами машин общетехнического назначения, которые широко распространены в нефтегазовом оборудовании.

Учебно-методическое пособие предназначено для подготовки бакалавров, обучающихся по направлениям 21.03.01 «Нефтегазовое дело», 15.03.01 «Машиностроение», 15.03.02 «Технологические машины и оборудо-

вание», 20.03.01 «Техносферная безопасность», 27.03.01 «Стандартизация и метрология» ,. при выполнении ими курсовых проектов и работ, а также домашних заданий в ходе изучения курсов «Детали машин и основы конструирования» и «Прикладная механика». Работа может быть полезна магистрантам и аспирантам, а также использована в работе СКБ и УиНЦ им И.М. Губкина.

Данное издание является собственностью РГУ нефти и газа имени И.М.

Губкина и его репродуцирование (воспроизведение) любыми способами без со-

гласия университета запрещается

©РГУ нефти и газа имени И.М. Губкина, 2017

©С.А. Макушкин , В.Г.Певнев 2017

2

Остальные энергетические, кинематические и силовые параметры ( ,U,ni , i ,Ti ) являются вспомогательными, промежуточными и опре-

деляются по соответствующим аналитическим зависимостям. При выполнении проектных (проектировочных) и проверочных (уточненных) расчетов могут использоваться также эмпирические зависимости.

Исходя из принципа равнопрочности деталей машин, все элементы модифицированных приводов должны обеспечить требуемый срок службы t (Lh ) при заданном типовом режиме нагружения или

эквивалентного ему ступенчатом графике нагрузки.

Пособие содержит справочные и методические материалы, необходимые для выбора , расчета распространенных механических передач и других частей приводов оборудования. В определенной мере в пособии адаптированы принципы и методы проектирования деталей и узлов машин, распространенных в нефтегазовом оборудовании, и приведены соответствующие сведения из учебной, справочной и методической литературы [1…17].

Пособие включает в себя методики (Часть I) и примеры (Часть II) расчета закрытых зубчатых (цилиндрических , конических, планетарных) и червячных передач, а также открытых (цепных и ременных) передач.

При необходимости расчета закрытых конических передач с непрямыми зубьями, а также открытых цилиндрических и конических зубчатых передач читатели могут обратиться к литературе [1- 6]. Сведения о расчете цилиндрических передач одноступенчатых редукторов при постоянной нагрузке приведены в [11,12], тяжелонагруженных цепных передач бурового оборудования в [13], закрытых фрикционных и специальных плоско-, клино- и зубчатоременных, а также поликлиновых передач в [14].

4

РАЗДЕЛ I РАСЧЕТ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ РЕДУКТОРА ПРИВОДА ПЕРВОЙ МОДИФИКАЦИИ (М1)

Условия задачи

Рассчитать зубчатые передачи коническо-цилиндрического редуктора, входящего в привод к ленточному или цепному транспортеру.

Исходные данные для расчета

Кинематическая схема привода М1 приведена на рисунке 1. Привод первой модификации состоит из электродвигателя 1, компенсирующей муфты 2, двухступенчатого зубчатого редуктора 3 и открытой цепной передачи 4, соединяющей выходной вал редуктора 3 с приводным валом конвейера или транспортера 5.

Принятые на схеме нагрузочные и кинематические обозначения: Pэ PI , PII , PIII , PIV — мощность на валах привода, кВт;

nэ nI , nII , nIII , nIV — частота вращения валов, об/мин; Tэ TI , TII , TIII , TIV — крутящий момент на валах, Н м; NI , N II , NIII , N IV — число циклов нагружения валов.

1)Усилие на ленте Fл или на цепи Fц транспортера, Н.

2)Линейная скорость ленты Vл или цепи Vц , м/сек.

3)Диаметр барабана ленточного транспортера Dб , мм или шаг цепи tц , мм и число зубьев звездочки Z зв транспортера.

4)Длина барабана Lб ,мм или расстояние между звездочками

Lзв ,мм.

5) Наклон зубьев: для цилиндрической передачи — косые зубья, для конической передачи — прямые зубья.

Примечание - Для конической передачи можно использовать также круговые и косые (тангенциальные) зубья.

6) Режим нагружения суммарный срок службы привода t указы-

вается в задании на проектирование. Типовые режимы нагружения указаны на рисунке 2. Режим нагружения может быть задан типовым или по графику нагрузки (рисунок 3).

5

Суммарное время работы передачи может быть задано заранее или определено по формуле

t tгод 365 Kгод 24 Kсут,

K год , Kсут — коэффициенты использования передачи в течение года и суток — указаны в задании;

tгод — общий срок службы передачи в годах.

нагрузки. Здесь T1 — наибольший из длительно действующих крутящих моментов на графике нагрузки.

Требования к оформлению работы

Работа выполняется на сброшюрованных листах писчей бумаги формата А4 с обложкой, на лицевой стороне которой указывается: кафедра технической механики, домашняя работа «Расчет зубчатых передач», номер задания, номер группы, фамилия и инициалы студента и преподавателя, дата выполнения работы.

Текст печатается на одной стороне листа, имеющего слева поле для подшивки листов (25 ÷ 30 мм), а также поля сверху и снизу 25 ÷

30мм), справа (15 ÷ 20 мм).

Оформление работы следует выполнять в соответствии с ГОСТ

2.105-95 « Общие требования к текстовым документам». Схемы, рисунки и компоновку привода можно выполнять на миллиметровой бумаге или на отдельных страницах.

1 РАСЧЕТ ОБЩИХ ПАРАМЕТРОВ ПРИВОДА М1

1.1 Требуемая мощность на валу исполнительной машины

где – FЛ (FЦ ), VЛ (VЦ ) - усилие и скорость ленты (цепи).

Примечание - В ряде заданий требуемая мощность указана в данных для расчета.

8

1.2 Выбор значений коэффициента полезного действия (КПД) передачи и определение мощности электродвигателя

1.2.1 КПД передач (при последовательном направлении силового потока)

КПД редуктора:

для коническо-цилиндрического редуктора

ред кон цил пкm ,

для редуктора с цилиндрическими зубчатыми колесами

ред цилs пкm ,

s — число ступеней редуктора, т — число пар подшипников качения. Структура формул общего КПД должна соответствовать КПД отдельных элементов заданной схемы редуктора и открытых передач привода от двигателя к исполнительной машине. Открытые передачи могут располагаться между электродвигателем и редуктором или редуктором и узлом исполнительной машины. В первом случае приме-

няют ременную передачу, во втором — цепную.

для цепной передачи отк цеп 0,915 ,

при зацеплении конических колес кон 0,96 ,

для подшипников качения пк 0,99 ,

при зацеплении цилиндрических колес цил 0,97 .

ред кон цил пк3 ,

об м ред цеп

9