Пример проектирования привода двухшнекового питателя

Исходные данные:вращающий момент на выходном валуT₄=600 Нм; частота вращенияn₄= 40 об/мин.; режим средний равновероятный; РесурсL= 20000 час;К_А= 1,25;К_АS= 2,2; синхронная частота вращения электродвигателяn_C =1500 об/мин. Шнеки работают попеременно. Желаемое межосевое расстояние шнекова_ш= 200 мм.

 

a)

Рис. 1. а) кинематическая схема привода, 1- электродвигатель, 2 – муфта, 3 – редуктор, 4 – двухшнековая мешалка, 5 – кулачковая управляемая муфта; б) график нагрузки.

 

 

1. Кинематический расчет и подбор электродвигателя

1. Общий кпд привода

,

где = 0,8 – КПД червячной передачи;= 0,995 – коэффициент, учитывающий потери пары подшипников качения;= 0,96 – КПД муфты;= 0,98 – КПД зубчатой передачи (табл.1).

Таблица 1

Тип передачи или устройства	η- КПД
Зубчатая цилиндрическая закрытая Зубчатая коническая закрытая Червячная закрытая пара при z1= 1 z1= 2 z1= 4 Подшипники качения (одна пара) Подшипники скольжения (одна пара) Ременная плоская клиновая поликлиновая Цепная передача Муфта типа МУТО типа МУВП типа МЗ Планетарный редуктор одноступенчатый двухступенчатый	0,98 0,97   0,75 0,85 0,9 0,99…0,995 0,96 0,97 0,95 0,94 0,93 1 0,98 0,99   0,9…0,95 0,85…0,9

 

2. Требуемая мощность электродвигателя

3. Выбор электродвигателя. По требуемой мощностиР_ТР=3,45 кВт выбираем электродвигатель трехфазный короткозамкнутый общепромышленного назначения серии 4А с синхронной частотой вращения 1500 об/мин. марки 4А100L4УЗ с параметрамиР_ДВ=4,0 кВт иn_ДВ= 1440 об/мин.

4. Разбивка передаточных чисел

Передаточное число привода

.

Передаточное число редуктора: принимаем u_ред=u_пр= 36, т.к.u_цил =1. Тогда

u_чер=u_ред= 36.

5. Частота вращения валов

;

;

6. Крутящие моменты на валах

;

 

2. Расчет передач редуктора

Расчет тихоходной ступени

Расчет ведется методом эквивалентных циклов.

1. Выбор материалов. Для шестерни выбираем сталь 40ХН, термообработка – закалка, твердость 45 НRC, предел прочности=900 МПа, предел текучести=750 МПа.

Для колеса – сталь 40Х, термообработка – улучшение, твердость 270 НВ, предел прочности =900 МПа, предел текучести=750 МПа.

Предел контактной выносливости выбираем из таблицы 2

;

.

Таблица 2

Способ термообработки	Средняя твёрдость	Сталь	, МПа
1. Улучшение	< 350 НВ	Углеродистая и легированная	2 НВ + 70
2. Объёмная и поверхностная закалка	38…50 HRC	Легированная	17 HRC + 200
3. Цементация и нитроцементация	Более 56 HRC		23 HRC
4. Азотирование	550…750 HV	38X2МЮА, 40ХНМА	1050

 

Число циклов перемены напряжений, соответствующее пределу контактной выносливости

;

.

Ресурс передачи по формуле:

2. Допускаемые контактные напряжения по формуле:

Коэффициент долговечности по формуле:

где =0,25 - для среднего равновероятного режима (режим II).

Тогда допускаемые контактные напряжения

где Z_R=1;Z_V= 1,14;Z_X= 1 (см. раздел 7).

Среднее допускаемое напряжение по формуле:

.

Условие выполняется.

3. Допускаемые напряжения изгиба по формуле:

Коэффициент долговечности по формуле:

здесь при=0,1 - для среднего равновероятного режима (режим II).

q_F1- показатель кривой усталости правой ветви (при)

где k= 2,8…3,0 – для закаленных колес.

= 680 МПа - предел выносливости при изгибе из таблицы 3;

= 1800 МПа - максимальное значение напряжения изгиба зубчатых колес при кратковременных перегрузках.

 

Таблица 3. Механические свойства материалов зубчатых колес по ГОСТу 21354-87

Способ обработки зубьев	Твердость поверхности зубьев	Марка стали	, МПа	, МПа	, МПа	, МПа
Отжиг нормализация или улучшение	235 – 300 НВ 250 – 350 280 - 350	40, 45 40Х, 40ХН, 40ХФА, 40ХН2МА 18Х2Н4МА	~(450) 1,75НВ ~(600)	2НВ+70	6,5НВ
Объемная закалка автомат.	45…55 HRC	40Х, 40ХН, 40ХФА, 40ХН2МА	580	17НRС+100	2250 без никеля
Объемная закалка с обезуглероживанием	45…55 HRC	40ХН, 50ХН, 40ХН2МА	500		2500
		40Х, 40ХФА	460		2250
Закалка ТВЧ по контуру	48…58 HRC	40ХН, 40ХН2МА	680	17НRС+200	2200...2500	44НRС
	48…55 HRC	40Х, 35ХМ	580		1800
Цементация и закалка	57…63 HRC	20ХН, 20ХН2М, 12ХН2, 12ХН3А, 20ХН3А, 15ХГНТА	950	23НRС	2800	44НRС
		18ХГТ, 30ХГТ, 20Х, 20ХГР, 12Х2НА, 20Х2Н4А, 18Х2Н4ВА	820		2600
		20Х2Н4А, 20ХН3А, 18Х2Н4ВА	780		2400
		18ХГТ, 30ХГМ	680		2000
Нитроцементация и закалка	57…63 HRC	25ХГМ	1000	23НRС	2500	44НRС
		25ХГТ, 30ХГТ, 35Х	750		2250
Азотирование (заготовка улучшение)	700…950 HV	Твердость сердцевины (24…40) НRС 38Х2Ю, 38Х2МЮА	290+ 12 НRС	1050	1800	3 HV или 35 НRС2000 МПа
	550…750HV	40Х, 40ХФА, 40Х2НМА

 

Коэффициент долговечности по формуле:

здесь при=0,1 - для среднего равновероятного режима (режим II).

q_F1- показатель кривой усталости правой ветви (при)

где k= 2,0…2,2 – для мягких колес.

МПа - предел выносливости при изгибе из таблицы 3;

МПа - максимальное значение напряжения изгиба зубчатых колес при кратковременных перегрузках.

Тогда допускаемые напряжения будут

где S_F= 1,7;Y_R= 1,05;= 1;= 1 (см. раздел 7).