Липецкий государственный технический университет

Кафедра прикладной механики

Расчетное задание по проектированию

привода

Задание №4

Вариант 1

Выполнил

Студент группы ОЗМО-06

Стрельников С.В.

Проверил

Зав. кафедрой, доцент, к.т.н.

Попов В.С.

Липецк 2010

Расчет привода

Исходные данные

Состав привода:

• Электродвигатель;

• Плоскоременная передача;

• Одноступенчатый цилиндрический редуктор с прямозубой передачей.

Требуемая мощность на выходном валу редуктора, Р_вых = 1,3 квт;

Частота вращения выходного вала редуктора n_вых = 115 мин^-1;

Угол наклона ременной передачи к горизонту = 45°;

Срок службы L_г = 11 лет;

Коэффициент годового использования, К_год = 0,8;

Коэффициент суточного использования, К_сут = 0,6;

Режим нагружения – 8.

1. Выбор электродвигателя

   1. Определение требуемой мощности электродвигателя

Р_тр = Р_вых/ _общ,

где Р_вых – мощность на выходном валу редуктора, Р_вых =1,3 квт =1,3*10³ вт;

_общ – общий кпд привода;

Общий кпд привода определяем по формуле

_общ = _{рем. п зуб.п} ,

где _{рем. п} кпд ременной передачи принимаем равной 0,95, а _зуб.п кпд цилиндрической прямозубой передачи с опорами _зуб.п= 0,97; [1, с6]

_общ = 0,95 0,97 = 0,9215

Тогда

Р_тр = 1,3 10³/0,9215= 1,41 10³ вт.

2. Требуемая частота вращения вала электродвигателя

n_дв = n i_общ ,

где n – частота вращения выходного вала привода, мин^-1, i_общ – общее передаточное отношение привода, которое равно i_общ = i_рем i_ред. Принимаем передаточное отношение ременной передачи i_рем=2,5, а передаточное отношение редуктора одноступенчатого с цилиндрическим прямозубым зацеплением i_ред=5 [1, с7], тогда i_общ=12,5.

n_дв = 115 12,5=1437,5 мин^-1

3. По ГОСТ 19523-81 [2, с390] выбираем электродвигатель трехфазный асинхронный короткозамкнутый серии 4А (закрытый обдуваемый) 4А80В4УЗ мощностью 1,5 квт и частотой вращения n_дв=1440 мин^-1.

4. Уточняем передаточные отношения привода

Общее передаточное отношение привода

i_общ = n_дв/ n,

i_общ = 1440/115=12,52.

Передаточное отношение ременной передачи определим из условия сохранения передаточного отношения редуктора i_ред=5

i_рем.п= i_общ/ i_ред,

i_рем.п= 12,52/5=2,504.

5. Угловые скорости вращения валов привода

• вал электродвигателя _дв = n_дв/30, рад/с;

_дв = 1440/30 = 150,79 рад/с.

• входной вал редуктора ₁ = _дв/ i_рем,

₁ = 150,79/2,504 = 60,22 рад/с

• выходной вал редуктора ₂ = ₁/ i_ред

₂ = 60,22/5 = 12,04 рад/с.

6. Вращающие моменты на валах (предварительно)

• вал электродвигателя Т_дв=Р_тр/_дв,

Т_дв = 1,41 10³/150,79 = 9,35 Нм

• входной вал редуктора

Т₁ = Т_дв i_рем.п _{рем. п},

Т₁ = 9,352,5040,95 = 22,24 Нм

• выходной вал редуктора

Т₂ = Т₁ i_ред _зуб.п,

Т₂ = 22,2450,97= 107,864 Нм

2. Расчет ременной передачи

   1. Определяем диаметр меньшего (ведущего) шкива по эмпирической формуле:

,

где Р_тр – мощность на валу с меньшим шкивом, кВт; – частота вращения ведущего шкива равна частоте вращения вала электродвигателя n_дв, мин^-1

мм

Значение диаметра принимаем стандартным согласно ОСТ 2Д-321-88 D₁=125 мм.

2. Для выбора ремня определяем основные характеристики режима работы передачи:

   1. Окружная скорость ремня на ведущем шкиве:

,

где – частота вращения ведущего шкива.

V =3,1415_*1440_*0,125/60=9,4 м/с;

2. пусковая перегрузка находится по формуле:

Выбираем по ГОСТ 23831 – 79 прорезиненный ремень (допустимая линейная скорость <30 м/с, нагрузка –спокойная, К_д =1,0).

3. Диаметр большего шкива определяется по формуле:

,

где – передаточное отношение ременной передачи; – относительное скольжение ремня (для прорезиненных ремней ).

D₂ = 2,504_*125_*(1-0,01)= 309,87 мм

Значение диаметра принимается согласно ОСТ 2Д-321-88 D₂ =315 мм.

4. Уточняем передаточное число

i _рем =315/[125_*(1-0,01)]= 2,4948

Отклонение передаточного отношения составит Δi_рем =[(2,504-2,4948)/2,504]_*100 = 0,4%, что вполне допустимо.

5. Межосевое расстояние передачи:

a ≥ 2(D₁+D₂),

a ≥ 2(125+315) = 755 мм.

6. Плоскоременные передачи рекомендуется применять с углом обхвата ремнем меньшего шкива ≥150⁰. Угол обхвата ремнем шкива определяется по формуле:

= 180 – 57,3°(D₂-D₁)/a,

= 180 – 57,3(315-125)/755= 165,58° > 150°

7. Толщина ремня принимается в зависимости от диаметра меньшего шкива. Рекомендуется выбирать меньшие значения толщины ремня. Для прорезиненного ремня:

[3, стр.8],

Толщина ремня

мм

С учетом толщины прокладок (1,3 мм) и их количества (3) принимаем стандартную толщину ремня по ГОСТ 23831-79 [3, таб. 5П стр. 28]

δ = 3,9 мм.

8. Расчетная длина ремня плоскоременной открытой передачи (без припуска на соединение концов):

L = 2a+1,57(D₁+D₂)+(D₂- D₁)²/4a,

L = 2_*755 +1,57 (125+315)+(315 - 125)²/4_*755 = 2033,2 мм

Принимаем L = 2034 мм.

9. : Расчетная окружная сила определяется с помощью:

F_t = К_д*Р_тр/V,

где К_д – коэффициент динамичности, Р_тр – мощность на ведущем шкиву. V – окружная скорость ремня на ведущем шкиву (стр.2).

F_t = 1,0_*1,41_*10³/9,4= 150,0 Н.

10. Вращающие моменты на валах

На валу двигателя (ведущий шкив):

Т_дв = F_t* D₁/2,

Т_дв = 150,0_*0,125/2 = 9,375 Нм.

На входном (быстроходном) вале редуктора (ведомый шкив)

Т₂ = Т_1* i _рем,

Т₂ = 9,375_*2,4948 = 23,39 Нм.

11. Допускаемое полезное напряжение определяется по формуле:

[σ_t]₀ = σ₁ – Е_*δ/D₁,

где σ₁ - натяжение в ведущей ветви передачи, Е – модуль упругости, Е = 10 МПа [3, таб. 2.2].

При постоянном межосевом расстоянии, которое отклоняется от горизонтали менее чем на 60⁰ (по исходным данным угол наклона к горизонтали = 45°) или при периодическом натягивании ремня принимается начальное напряжение σ₀ =1,8 МПа напряжения в ведущей ветви передачи σ₁ = 2,5 МПа [3, таб. 2.2].

2,5-10_*3,9/125 = 2,19 МПа

12. Для определения расчетного допускаемого напряжения ремня используются корректирующие коэффициенты [3, таб. 2.3]:

• скоростной коэффициент = 1,0;

• коэффициент учитывающий влияние угла обхвата меньшего шкива = 1,0;

• коэффициент учитывающий вид передачи и ее расположение = 0,91

Расчетное допускаемое полезное напряжение для плоского ремня [σ_t] [3, стр.9]:

[σ_t] =[σ_t]₀ ,

[σ_t] =2,19_*1,0_*1,0_*0,91 = 1,99 МПа

13. Требуемая по тяговой способности ширина ремня согласно [3, стр.9]

мм

Согласно ГОСТ 23831-79 принимаем стандартный ремень шириной 202 мм.

14. Площадь поперечного сечения ремня, мм²:

А = b_* δ,

А = 20_*3,9 = 78 мм²

15. Ремень проверяется на долговечность по частоте его пробегов на шкивах по формуле [3, стр.10]

N_n = V/L,

N_n = 9,4/2,769 = 3,39 <[n_n] = 5

Действительная частота пробега ремня не превышает допустимую частоту для плоских ремней.

16. В передаче будет применяться:Ремень 20 – 3,9 ГОСТ 18697-73 длиной l = 2034 мм .

17. Натяжение ремня будет регулироваться автоматически, таким образом, нагрузка, действующая на валы ременной передачи, определяется по формуле [3, стр.10]:

Н.

18. Отклонение силы от линии центров:

θ = 4,06°

В виду малого угла отклонения будем считать, что сила направлена по линии центров.

19. Окружная скорость передачи V=9,4 м/с, следовательно, принимаем шкивы литые из чугуна СЧ10 ГОСТ1412-85 [3, стр. 10].

20. Ширина обода шкивов плоскоременной передачи:

В = (1,1…1,15)b,

В = 1,1_*20 = 22 мм. Принимаем В =25 мм.

21. Толщина обода для чугунных шкивов:

Для ведущего

S₁ = 0,02_*(D₁+2B),

S₁ = 0,02_*(125+2_*25) = 3,5 мм

Для ведомого

S₂ = 0,02_*(D₂+2B),

S₂ = 0,02_*(315+2_*25) = 7,5 мм.

Согласно ряду нормальных линейных размеров: S₁ = 3,6 мм, S₂ = 7,5 мм. Для конструирования ведомого шкива принимаем тип 2 [3, приложение 2]. Согласно [3, таб. 15П] стрела выпуклости ведущего шкива y = 0,4 мм, а ведомого y = 1,0 мм.

22. Для выбора конструкции шкива [3, стр. 18] определяем число спиц шкива:

Для ведущего

К_с1 =0,1667_*√D₁,

К_с1 =0,1667_*√125,0 = 1,86

Для ведомого

К_с2 =0,1667_*√D₂,

К_с2 =0,1667_*√315,0 = 2,96

Так как число спиц не превышает 3, шкивы выполняются с диском.

23. Толщина диска шкива для любого типа передачи согласно [3, стр. 18]:

С₁= 1,3_* S₁,

С₁= 1,3_*3,5 = 4,55 мм.

С₂ =1,3_* S₂,

С₂ =1,3_*7,5 = 9,75 мм.

Согласно ряду нормальных линейных размеров: С₁= 4,8 мм, С₂ = 10,0 мм

24. Наружный диаметр d_ст для чугунных шкивов [3, стр.18]:

d_ст1,2 = 1,6d_1,2 +10,

где d_1,2 - диаметры посадочных поверхностей валов (принимаются по результатам проектировочного расчета валов привода).

Для быстроходного вала (ведущий шкив) ,

Для тихоходного вала (ведомый шкив)

d₁ = 7_* ³√9,375 = 14,76 мм.

d₂ = 6_* ³√23,39 = 17,16 мм.

Согласно ряду нормальных линейных размеров: d₁ = 15 мм, d₂ = 18 мм

d_ст1 = 1,6_*15 = 24 мм

d_ст2 = 1,6_*18 = 28,8 мм

Согласно ряду нормальных линейных размеров примем d_ст1 = 24 мм, d_ст2 = 30 мм.

25. Длина ступицы:

L_ст1,2= В/3 + d_1,2,

L_ст1= 25/3 +15= 23,3 мм

L_ст2= 25/3 +18= 26,3 мм

Согласно ряду нормальных линейных размеров принимаем L_ст1= 24 мм, L_ст2= 28 мм

26. Условное обозначение соответствующее принятой конструкции [3,стр.19]:

• ведущего шкива - Шкив 2.125.25.24 СЧ 10 ОСТ 2Д-321-88, (тип шкива, диаметр, ширина и диаметр посадочного отверстия)

• ведомого шкива - Шкив 2.315.25.30 СЧ 10 ОСТ 2Д-321-88.