01 Кинематический расчет привода

Состав курсового проекта:

*Для машиностроительных специальностей

Литература:

• по курсовому проектированию:

1. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин. – М.: Высш. шк., 1985 – 416 с., (2001 – 447 с., 2003 – 496 с.)

2. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Детали машин. Курсовое проектирование. – М.: Машиностроение, 2004 – 560 с.

3. Шейнблит А.Е. Конструирование узлов и деталей машин. – М.: Высш. шк., 1985 – 416 с.

4. Курсовое проектирование деталей машин. Чернавский С.А., Ицкович Г.М., – М.: Машиностроение, 1979 – 454 с.

5. Чернилевский Д.В. Детали машин: проектирование приводов технологического оборудования. – М.: Машиностроение, 2001 – 560 с.

6. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя: В 3 т. – М.: Машиностроение, 2001.

7. Детали машин: Атлас конструкций. Под ред. Решетова Д.Н. – М.: Машиностроение, 1979.

• общие вопросы:

8. Ряховский О.А. Детали машин. – М.: Дрофа, 2002 – 288 с.

9. Гузенков П.Г. Детали машин. – М.: Высшая школа, 1982 – 351 с.

10. Романов М.Я. и др. Сборник задач по деталям машин. – М.: Машиностроение, 1984 – 240 с.

Краткая теория:

Привод – устройство, приводящее в движение машину или механизм.

Редуктор – механизм передачи, выполненный в отдельном корпусе, и служащий для передачи вращательного движения с уменьшением угловой скорости вращения и увеличением вращающего момента.

Рис. 1 Схема привода

М – источник движения (электродвигатель)

ПМ – передаточный механизм (редуктор)

РМ – рабочий механизм (ленточный или цепной конвейер)

Стрелками показано направление передачи вращательного движения.

Исходные данные для выполнения КП:

• Кинематическая схема привода (рисунок);

• Мощность на ведомом валу конвейера Р_ВМ = Р₃, кВт;

• Угловая скорость вращения ведомого вала конвейера, ω_ВМ = ω₃, рад/с;

• Также могут быть заданы: срок службы привода, вид рабочей нагрузки – постоянная или переменная (задается графиком), коэффициенты суточного и годового использования К_СУТ, К_ГОД.

Если заданы другие исходные данные, а именно:

• для ленточного конвейера:

• Окружное усилие F_t (кН) на барабане;

• Окружная скорость V (м/с) барабана;

• Диаметр барабана D (мм);

• для цепного конвейера:

• Окружное усилие F_t (кН) на тяговой звездочке;

• Окружная скорость V (м/с) этой звездочки;

• Шаг тяговых цепей t (мм);

• Число зубьев звездочки Z,

то необходимо вычислить Р_ВМ и ω_ВМ по формулам:

, кВт

, рад/с

Диаметр звездочки вычисляется по формуле:

, мм

Кинематический расчет привода:

1. Подбор электродвигателя:

Мощность на ведущем валу привода (на валу электродвигателя)

где  – коэффициент полезного действия (КПД) привода. Он равен произведению КПД всех ступеней привода:

где n – число ступеней, т.е. механических передач, в приводе. Обычно этих передач две и привод двухступенчатый. Эти две ступени могут располагаться внутри редуктора, который в этом случае будет двухступенчатым. В другом случае редуктор одноступенчатый, тогда вторая передача (ременная или цепная) располагается снаружи.

КПД механической передачи определяется из таблицы 1:

табл. 1

Тип передачи		КПД 	Передаточное число u
Зубчатая цилиндрическая	прямозубая	0,97	2..4
	косозубая		2..5
Зубчатая коническая		0,96	1..4
Червячная		0,75	16..50
Ременная		0,95	2..4
Цепная		0,94	1,5..4

Затем ориентировочно определяется частота вращения ведущего вала

, об/мин

где , об/мин – частота вращения ведомого вала,

u_OP – ориентировочное передаточное число привода. Оно равно произведению передаточных чисел всех ступеней привода:

Передаточное число отдельной механической передачи определяется из таблицы 1, где приведены рекомендуемые интервалы передаточных чисел для каждой передачи. Сначала берется среднее значение из интервала.

После определения Р_ВЩ и n_ВЩ производится выбор электродвигателя из таблицы 2. При этом мощность электродвигателя должна быть не меньше мощности на ведущем валу:

и частота вращения вала электродвигателя должна приблизительно равняться ориентировочной частоте вращения ведущего вала:

Двигатели закрытые обдуваемые единой серии 4А

(тип/асинхронная частота вращения, об/мин)

табл. 2
Мощность NЭ/Д, кВт	Синхронная частота, об/мин
	3000	1500	1000	750
0,25	–	–	–	71В8/680
0,37	–	–	71А6/910	80А8/675
0,55	–	71А4/1390	71В6/900	80В8/700
0,75	71А2/2480	71В4/1390	80А6/915	90LA8/700
1,1	71B2/2810	80A4/1420	80B6/920	90LB8/700
1,5	80A2/2850	80B4/1415	90L6/935	100L8/700
2,2	80B2/2850	90L4/1425	100L6/950	112MA8/700
3	90L2/2840	100S4/1435	112MA6/955	112MB8/700
4	100S2/2880	100L4/1430	112MB6/950	132S8/720
5,5	100L2/2880	112M4/1445	132S6/965	132M8/720
7,5	112M2/2900	132S4/1455	132M6/970	160S8/730
11	132M2/2900	132M4/1460	160S6/975	160M8/730
15	160S2/2940	160S4/1465	160M6/975	180M8/730
18,5	160M2/2940	160M4/1465	180M6/975	–
22	180S2/2945	180S4/1470	–	–
30	180M2/2945	180M4/1470	–	–

2. Определение фактических передаточных чисел ступеней привода:

Сначала определяется фактическое общее передаточное число привода:

Затем полученное общее передаточное число разбивается по отдельным ступеням, т.е. u_Д представляется в виде произведения передаточных чисел всех ступеней.

Для двухступенчатого привода

где u₁ и u₂ не должны выходить за рекомендуемые интервалы (табл. 1).

3. Расчет частот вращения n (об/мин), угловых скоростей ω (рад/с) и вращающих моментов Т (Н∙м) для всех валов привода:

Число валов в приводе на 1 больше числа передач.

Например, если в приводе имеются три передачи, то число валов равно четырем. Рассчитаем для каждого вала такого привода величины n, ω и Т:

Первый вал:

Второй вал:

Третий вал:

Четвертый вал:

Поскольку все передачи в приводе являются понижающими, то скорость вращения каждого последующего вала должна уменьшаться, а вращающий момент на валу – увеличиваться:

n₁ > n₂ > n₃ > n₄

ω₁ > ω₂ > ω₃ > ω₄

T₁ < T₂ < T₃ < T₄

Пример кинематического расчета привода:

Задание: Произвести кинематический расчет привода цепного конвейера (рис. 2).

Рис. 2 Схема привода цепного конвейера

Окружное усилие на тяговой звездочке конвейера F_t = 2,5 кН, окружная скорость этой звездочки

V = 1 м/с, шаг тяговой цепи t = 80 мм, число зубьев звездочки Z = 13.

Решение: В приводе использованы две передачи: одна – ременная, другая – зубчатая цилиндрическая прямозубая, расположенная в редукторе.

Сначала вычисляется мощность и угловая скорость вращения для ведомого вала конвейера:

кВт

рад/с

где диаметр звездочки мм.

Подбор электродвигателя:

Мощность на ведущем валу кВт.

где  = ₁ ∙ ₂ = 0,95 · 0,97 = 0,92 – общий КПД привода (₁ = 0,95 – КПД ременной передачи,

₂ = 0,97 – КПД зубчатой прямозубой передачи).

Частота вращения ведущего вала об/мин.

где об/мин – частота вращения ведомого вала конвейера;

u_OP – ориентировочное передаточное число привода,

где u₁ = 3 и u₂ = 3 – средние значения передаточных чисел ременной и зубчатой цилиндрической передачи (табл. 1).

По табл. 2 подбираем электродвигатель 4А 112MB8/700 мощностью N_Э/Д = 3 кВт и номинальной частотой вращения вала n_Э/Д = 700 об/мин.

Действительные передаточные числа ступеней привода:

Действительное общее передаточное число привода

Оставляем передаточное число ременной передачи прежним u₁ = 3, тогда передаточное число зубчатой цилиндрической передачи

Расчет частоты вращения, угловой скорости и вращающего момента для каждого вала привода:

Поскольку в приводе две передачи, то число валов равно трем.

Первый вал (вал электродвигателя):

об/мин

рад/с

Н∙м

Второй вал (быстроходный вал редуктора):

об/мин

рад/с

Н·м

Третий вал (тихоходный вал редуктора):

об/мин

рад/с

Н∙м

Результаты расчетов занесены в таблицу:

Валы	ω, рад/с	n, об/мин	Т, Н∙м
1	73,27	700	40,9
2	24,41	233,3	116,8
3	5,98	57,2	460,8

На каждом последующем валу скорость вращения меньше, чем на предыдущем, а вращающий момент больше.

7