ДМ_КП_МВ_Кінематичний_2013
.pdfМІНІСТЕРСТВО АГРАРНОЇ ПОЛІТИКИ УКРАЇНИ ПОЛТАВСЬКА ДЕРЖАВНА АГРАРНА АКАДЕМІЯ
ІНЖЕНЕРНО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ФАКУЛЬТЕТ КАФЕДРА ЗАГАЛЬНОТЕХНІЧНИХ ДИСЦИПЛІН
МЕТОДИЧНІ РЕКОМЕНДАЦІЇ
ДО ВИКОНАННЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТУ ІЗ ДИСЦИПЛІНИ «ДЕТАЛІ МАШИН»
РОЗДІЛ 1
КІНЕМАТИЧНИЙ РОЗРАХУНОК ПРИВОДА І ВИБІР ЕЛЕКТРОДВИГУНА
Полтава – 2013
Методичні вказівки до виконання курсового проекту із дисципліни «Деталі машин»: Розділ 1 «Кінематичний розрахунок привода і вибір електродвигуна».
Укладач: Яхін С.В., к.т.н., доцент
Рецензент: Арендаренко В.М., к.т.н. доцент
Відповідальний за випуск: Горик О.В., д.т.н., проф., завідувач кафедри загальнотехнічних дисциплін
© Яхін С.В.
Полтавська державна аграрна академія
1. МЕТА ТА ЗАДАЧІ КУРСОВОГО ПРОЕКТУ З ДЕТАЛЕЙ МАШИН
Курсовий проект з деталей машин є першою самостійною роботою студента, яка закріплює його знання, розвиває вміння використовувати ці знання для вирішення інженерних задач.
Курсове проектування з деталей машин має мету навчити студентів застосовувати на практиці одержані теоретичні знання при вивченні загальнотехнічних дисциплін, аналізувати існуючі конструкції механічних приводів з точки зору переваг, недоліків і напрямків її впровадження, здобути навички користування довідковою літературою, Держстандартами, нормалями, таблицями та монограмами, закріпити навички виконання розрахунків та складання пояснювальних записок до проектів, а також графічного оформлення своїх конструктивних рішень.
2. ЗМІСТ ТА ОБСЯГ ЗАВДАННЯ НЕ КУРСОВЕ ПРОЕКТУВАННЯ
Завдання курсового проекту з деталей машин включає розрахунок і конструювання приводної установки, що має редуктор будь-якого типу та пасові або ланцюгові передачі. Для з’єднання валів застосовуються муфти. У завдання також входить вибір двигуна для приводної установки.
Проектне індивідуальне завдання складається із схеми привода, на якій зазначається крутний момент, частота обертання на вихідному валі, або колове зусилля та швидкість на цьому ж вихідному валі привода. Зазначається, які треба виконати креслення. Графічна частина проекту вміщає три аркуші креслень. На першому аркуші (в порядку виконання) виконують креслення редуктора, на другому – загальний вигляд привода, на третьому – робочі креслення деталей.
Роботу над проектом починають з виконання попереднього розрахунку всіх елементів привода. Розрахунки ведуть в певній послідовності.
Першим розділом є кінематичний розрахунок привода і вибір двигуна. Тут визначають загальне передаточне число привода, передаточні числа кожного ступеня, а також потрібну потужність двигуна, потужність, оберти і крутячі моменти кожного вала привода. Ці дані є вихідними для розрахунку всіх передач. Наприклад, щоб розрахувати зубчату передачу редуктора необхідно знати передаточне число цієї пари коліс, крутячий момент на валу ведучої зірочки та її частоту обертання.
За кінематичним розрахунком далі виконують розрахунки пасових, ланцюгових та зубчастих коліс.
Якщо привід складається з двоступінчастого редуктора, то розрахунок його зубчастих передач першого і другого ступеня виконується окремими розділами.
Після цього здійснюють розрахунок валів редуктора, підбирають і перевіряють підшипники та шпонки, конструюють корпус редуктора і
1
підшипникові вузли, визначають систему мащення та виконують тепловий розрахунок редуктора (Якщо це потрібно).
Закінчивши попередній розрахунок всіх елементів привода, виконують креслення, які передбачені завданням, і остаточно оформляють весь матеріал в розрахунково-пояснюючій записці. Кожен розділ розрахунковопояснюючої записки слід ілюструвати відповідними схемами і ескізами (кінематичні схеми, та схеми дії сил, ескізи деталей, що розраховуться, вибраного електродвигуна та муфт).
Для успішного виконання курсового проекту необхідно, щоб студент добре засвоїв курс деталей машин і мав сталі знання з загально-технічних дисциплін.
3. КІНЕМАТИЧНИЙ РОЗРАХУНОК ПРИВОДА МАШИН
В індивідуальному завданні на курсовий проект вихідними даними для розрахунку привода машини зазначається: тягове колове зусилля Ft; колова швидкість v та dб – діаметр барабана (наприклад – стрічкового транспортера). Якщо вихідними даними є Tв – крутний момент, а також nв – частота обертання хв–1 , то ці дані відносяться до вихідного (кінцевого) вала привода, або вала робочої машини, якщо між редуктором та машиною є ланцюгова передача.
Кінематичний розрахунок приводу зводиться до визначення необхідної потужності двигуна, вибору електродвигуна, визначення загального передаточного числа приводу та його розподілу по ступеням привода, визначення крутних моментів на кожному валі, визначення їх частоти обертання та кутових швидкостей.
1. Визначення потужності приводу
Якщо для привода ланцюгового конвеєра не вказаний діаметр зірочки Zзв, то діаметр зірочки визначається так:
|
|
Dзв |
= |
Pt |
|
, мм. |
|
|||
|
|
sin180O / z |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
зв |
|
|
|
|
де Pt – |
крок ланцюга, мм; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
zзв – |
кількість зубів зірочки. |
|
|
|
|
|
||||
Частота обертання вала ведучої ланки привода машин |
||||||||||
|
n = |
60v |
|
, хв-1 або ω = |
2v |
, с-1. |
||||
|
|
|
|
|
||||||
|
πD |
|
D |
|||||||
|
|
зв |
|
|
|
|
|
зв |
|
|
де v – колова швидкість ведучої ланки машини, м/с; Dзв – діаметр зірочки, м.
2
Потужність на вихідному валі привода або валі робочої машини визначають по формулі.
|
|
Pвих |
= Ft × v , Вт. |
|||
де |
Ft – |
колове зусилля, Н; |
|
|
|
|
|
v – |
колова швидкість, м/с. |
|
|
|
|
|
Потрібна розрахункова потужність двигуна визначається по формулі: |
|||||
|
|
P |
|
= |
Pвих. |
, |
|
|
|
|
|||
|
|
дв.пр |
|
ηзаг. |
||
|
|
|
|
|
||
де |
Pв – |
потужність на вихідному валі привода, кВт. |
||||
|
ηзаг. – загальний коефіцієнт корисної дії (к.к.д.) привода. |
|||||
Загальний коефіцієнт корисної дії визначається як добуток окремих к.к.д. елементів привода і враховує затрати потужності в передачах, підшипниках, муфтах і т.д.
ηзаг. = η1 η2 … ηn
Приблизні значення к.к.д. передач, підшипників, муфт і т.д. наведені в додатку 1.
3.2. Вибір електродвигуна
Після того, як буде знайдена потрібна номінальна потужність електродвигуна його підбирають із стандартного ряду по каталогу. Потужність вибраного електродвигуна повинна бути по можливості близька до потрібної, яка була розрахована. В більшості випадків потужність двигунів перевищує потрібну. Однак при великому запасі потужності двигуна значно зменшуються його експлуатаційні показники. (наприклад : к.к.д., або cosφ), що економічно не вигідно. Величину недовантаження можна визначити по формулі
= Pном − Рдв.пр ×100% ,
Рном
де: ∆ – недовантаження двигуна в %; Рном – потужність двигуна, яка відповідає стандартному значенню,
(вибраному за каталогом); Рдв.пр – потрібна потужність двигуна, яка визначена розрахунком.
При розрахунках допускається від’ємне значення ∆, тобто перенавантаження двигуна, але не більше 5…6%.
Тип двигуна вибирають в залежності від умов роботи і характеру навантаження, кінематичної та конструктивної схем.
В сільськогосподарському виробництві широко використовуються трьох фазні синхронні двигуни серій А; А2 та А4. Однак при проектуванні
3
приводів треба орієнтуватись на серію 4А, двигуни якої відрізняються від попередніх серій, знаходяться в теперішній час в виробництві і в повній мірі відповідають вимогам МЕК (Міжнародної електротехнічної комісії) у відношенні габаритних та приєднувальних розмірів.
Умовні позначення двигунів (Додаток 4) розшифровуються так: 4 – порядковий номер серії
А– найменування роду двигуна (асинхронний)
А– позначення матеріалу корпуса двигуна та підшипникових щитів. (Якщо немає ніякої букви, то корпус і підшипникові щити із чавуну, А – корпус і щити із алюмінію)
56, 63, 71 – висота осі обертання до опорної поверхні в мм;
S, L, M – установчі розміри по довжині корпуса (короткий, середній, довгий)
А, В – позначення довжини сердечника (перша довжина, короткий сердечник – А, друга довжина, довгий сердечник – В)
2, 4, 6, 8 – число полюсів.
У – кліматичне виконання двигуна, для експлуатації в зоні помірного клімату при температурі навколишнього середовища від +40° С до 60° С
3 – категорія розміщення (третя).
Якщо в умовному позначенні перед індексом кліматичного виконання проставлена буква С, то це значить, що двигун має призначення для використання в тваринницьких та пташиних приміщеннях (сільськогосподарського виконання).
Згідно з ГОСТ 15150-69 категорії розміщення двигунів позначаються
так:
Категорія 1 – установка на відкритому повітрі.
Категорія 2 – установка в приміщенні, в якому температура і вологість така як і на відкритому повітрі, (під навісом).
Категорія 3 – установка в закритому приміщенні з природною вентиляцією без штучного регулювання мікроклімату.
Категорія 4 – установка в закритому приміщенні з штучним регулюванням мікроклімату.
В двигунах з підвищеним пусковим моментом обмотки статора забезпечують деяке підвищення магнітного потоку, а ротор має захист алюмінієву подвійну «більчачу» клітку. В умовах позначення таких
двигунів серії 4А вводиться буква Р. Наприклад 4АР… СУ1. Приклад умовного позначення:
Двигун 4АА56А2СУ1 ГОСТ 19523-74 – електродвигун 4 серії, асинхронний, коротко замкнутий, закритого виконання, корпус та підшипникові щити виготовлені із алюмінію, з висотою осі обертання до опорної площини 56 мм, сердечник першої довжини, двополюсний, для районів помірного клімату, першої категорії розміщення. При виборі
4
двигуна треба вказати: форму виконання. Умовне позначення форми виконання електричних двигунів згідно ГОСТ 2479-65складаєтьмя із п’яти знаків: перший знак – літера М (машина електрична), другий і третій знак – показують вид, четвертий – виконання машин, п’ятий – форму і кількість вихідних кінців вала.
Наприклад, М101 значить, що електричний двигун виконаний на лапах з двома підшипниковими щитами, кріплення горизонтальне, лапами вниз, з одним вихідним кінцем, форма кінця вала – конічна.
М102 – електродвигун того ж виконання, тільки для установки лапами на вертикальній площині, вихідним кінцем вала вниз, форма кінця вала циліндрична в випадку наявності одного циліндричного кінця, умовне позначення не проставляється).
М103 – електродвигун такого ж виконання тільки вихідний кінець вала направлений вверх, форма кінця фланцева.
М104 – електродвигун встановлений на горизонтальній площині лапами наверх, вихідний кінець вала має два циліндричних посадочних місця.
М202 – означає, що електродвигун виконаний на лапах з двома підшипниковими щитами і фланцем на підшипникових щитах, кріплення вертикальне, вихідний кінець вала вниз, форма кінця вала циліндрична.
М301 – двигун виконаний без лап, з фланцем на підшипниковому щиті, при чому фланець розміщений зі сторони кінця вала і одна центруюча проточка там же.
М302, М303 – електричні двигуни таких виконань, які виготовлені з фланцем на підшипниковому щиті, тільки у виконанні М302 у якого вихідний кінець вала направлений вниз і підшипник сприймає осьове навантаження, установлений на вільному кінці.
Удвигунах, виконання М303 підшипник, який сприймає осьове навантаження, розміщений біля фланця, а вихідний кінець вала необхідно при монтажі направляти наверх.
Удвигунах, які можна монтувати при любому положенні в просторі і які рекомендуються для сільськогосподарського виробництва таких виконань: М100, М200 і М300.
Відомості по техніко-економічних показниках трьохфазних асинхронних електродвигунів серії 4А в додатку 4 і габаритні розміри в додатку 5.
3.6. Визначення передаточних чисел
Після підбору електродвигунів і уточнення його виконання слід підрахувати фактичне значення загального передаточного числа привода. При цьому використовують залежність
5
uзаг = nном ,
nв
де uзаг – фактичне значення загального передаточного числа привода; nном – номінальна частота обертання вала електродвигуна, хв–1 ; nв – задана частота обертання ведучого вала робочої машини або вихідного вала трансмісії, хв–1 .
Загальне передаточне число необхідно розподілити між окремими передачами, що входять в склад приводу, наприклад зубчатої або черв’ячної, редуктора ланцюгової або пасової. Але тому-що загальне передаточне число рівне добутку часткових чисел,
uзаг = u1·u2· ...·u n ,
то однозначне рішення одержати зразу неможливо.
При розподілу загального передаточного числа редукторів треба намагатись забезпечити рівну міцність усіх ступенів і по можливості однакове занурення коліс в масляну ванну. Однак повністю виконати ці дві умови майже не вдається.
Значення передаточних чисел приймаються в залежності від граничних значень кожної з передач (Додаток 2). Орієнтовно передаточне число швидкохідної та тихохідної ступіні двоступінчатих редукторів можна визначити по співвідношенню приведеному в додатку 3.
6
ПРИКЛАД 1
Розрахувати привод стрічкового транспортера (рис. 1).
Ä |
1 |
2 |
3 |
4 |
6 |
|
|
|
5 |
|
Tâ ; nâ |
Рис. 1. Кінематична схема привода.
1 – електродвигун; 2 – муфта; 3 – редуктор; 4 – рама приводу; 5 – відкрита ланцюгова передача; 6 – стрічковий транспортер
У завданні проекту вказано:
Tв = 2465,5 Hм; nв = 24,84 хв-1.
1. Підбір електродвигуна
Визначаємо потужність на приводному валі транспортера
Рв = |
Tв × p×nв |
2462,5 ×3,14× 24,84 |
|
|||||||
|
|
|
= |
|
|
|
= 6402,5 Bт |
|||
30 |
|
|
|
|
||||||
|
|
|
30 |
|
|
|||||
Визначаємо загальний коефіцієнт корисної дії привода (ККД) |
||||||||||
ηзаг = ηм ·η3під·η2з.п.·ηл = 0,98 · 0,993 · 0,972 · 0,92 = 0,823; |
||||||||||
де ηм = 0,98 – |
ККД муфти (додаток 1); |
|
|
|||||||
ηпід = 0,99 – ККД трьох пар підшипників(додаток 1); |
||||||||||
ηз.п.= 0,97 – |
ККД двох пар зубчатих передач (додаток 1); |
|||||||||
ηл = 0,92 – |
ККД ланцюгової передачі (додаток 1). |
|||||||||
3. Визначаємо потрібну потужність електродвигуна |
||||||||||
|
Рпотр. = |
Рв |
= |
6402,5 |
= 7779 Bт ≈ 7.8 кBт. |
|||||
|
|
|||||||||
|
hзаг |
|||||||||
|
|
|
0,823 |
|
|
|
||||
Визначаємо потрібну частоту обертання вала електродвигуна |
||||||||||
|
|
nдв.потр. = nвих.(uзаг.min … u |
заг.max), хв-1. |
|||||||
7
Загальне передаточне число:
uзаг. = uш uт uл,
де uш – передаточне число швидкохідної ступені; uт – передаточне число тихохідної ступі;
uл – передаточне число ланцюгової передачі.
Із додатку 3 вибираємо рекомендовані значення передаточних чисел для приведеної схеми:
uш = 3,15...5; uт = 2,5...5; uл = 1,5...4;
uзаг. = uш·uт·uл = (3,15...5) · (2,5...5) · (1,5...4) = 11,8...100; nдв.потр. = nвих.·uзаг. = 24,8 · (11,8...100) = 292,64...2480 хв-1.
Приймаємо частоту обертання вала електродвигуна nдв = 1000 хв-1.
З додатків 4 та 5 вибираємо електродвигун марки 4А132М6У3 для якого номінальна потужність Рном = 7,5 кВт, ККД двигуна 85,5%, номінальна частота обертання nном. = 960 хв-1, маса mдв = 93 кг, виконання М100.
Перевантаження двигуна складає :
∆ = |
Рдв.пр - Рном |
·100 = |
7,8 - 7,5 |
×100 % = 4,0%, |
|
Рном |
7,5 |
||||
|
|
|
що менше допустимого [∆] = 5...6%.
Якщо взяти двигун наступної ступені потужності, тобто Рном = 11 кВт, недовантаження складе 29,09%. Експлуатація такого електродвигуна (з підвищеною потужністю) приводить до зниження його економічних показників перш за все ККД.
2. Визначення передаточних чисел:
Визначаємо фактичне передаточне число і розподіляємо його по ступеням привода:
uф = пном = 960 =38,7.
пвих 24,8
Орієнтуючись на межі середніх передаточних чисел беремо uл = 2,5, тоді передаточне число редуктора:
uред = uф = 38,7 = 15,48. uл 2,5
По формулі з додатку 3 визначаємо передаточне число швидкохідної і тихохідної ступенів редуктора:
8