- •Прикладная механика
- •1 Общий расчет привода
- •Примеры общего расчета привода
- •Результаты общего расчета привода с одноступенчатым червячным редуктором
- •2 Расчёт одноступенчатого редуктора с
- •2.1 Расчетная схема. Исходные данные
- •2.8 Проверочный расчет выходного вала цилиндрического прямозубого и косозубого редукторов
- •Суммарные реакции опор (реакции для расчета подшипников):
- •2.8.1.3 Определение изгибающих и крутящих моментов по длине вала
- •2.8.2.1 Расчетная схема. Исходные данные
- •2.8.2.2 Определение внешних нагрузок - реакций связей
- •2.8.2.3 Определение внутренних усилий в поперечных сечениях вала
- •2.8.2.4 Выбор материала. Расчет вала на статическую прочность
- •3. Расчет одноступенчатого редуктора
- •3.1 Расчетная схема. Исходные данные
- •3.2 Выбор материала и термической обработки колес
- •3.3 Допускаемые контактные напряжения
- •3.4 Допускаемые изгибные напряжения
- •3.5 Проектировочный расчет конической прямозубой передачи
- •3.5.1 Диаметр внешней делительной окружности колеса
- •3.5.2 Углы делительных конусов шестерни и колеса, конусное
- •3.5.3 Модуль передачи
- •3.5.4 Число зубьев конических колес
- •3.5.5 Фактически передаточное число
- •3.5.6 Размеры колес конической передачи
- •3.5.7 Силы в зацеплении
- •3.5.8 Степень точности зацепления
- •3.6 Проверочный расчет зубьев конического колеса
- •3.6.1 Проверка зубьев конического колеса по напряжениям изгиба
- •3.6.2 Проверка зубьев конического колеса по
- •3.7 Эскизное проектирование конической передачи
- •3.7.1 Проектировочный расчет входного вала
- •3.7.1.1 Расчетная схема. Исходные данные
- •3.7.1.2 Геометрические размеры входного вала
- •3.7.2 Проектировочный расчет выходного вала
- •3.7.2.1 Расчетная схема. Исходные данные
- •3.7.2.2 Геометрические размеры выходного вала
- •3.7.3 Выбор подшипников для валов
- •3.7.4 Эскизная компоновка передачи
- •3.8 Проверочный расчет выходного вала конического прямозубого
- •3.8.1 Расчетная схема. Исходные данные
- •3.8.3 Определение изгибающих и крутящих моментов по длине вала и построение эпюр Мх(z), Му(z), Мz(z)
- •3.8.4 Выбор материала. Расчет вала на статическую прочность
- •4 Расчет одноступенчатого редуктора
- •4.1 Расчетная схема. Исходные данные
- •4.2 Выбор материала червяка и колеса
- •Ожидаемая скорость скольжения, для данного задания
- •4.3 Допускаемые контактные напряжения
- •4.4 Допускаемые изгибные напряжения
- •4.5 Проектировочный расчет червячной передачи
- •4.5.1 Межосевое расстояние
- •4.5.2 Основные параметры передачи
- •4.5.3 Геометрические размеры червяка и колеса
- •4.5.4 Кпд передачи
- •4.5.5 Тепловой расчет передачи
- •4.5.6 Силы в зацеплении
- •4.5.7 Степень точности зацепления
- •4.6 Проверочный расчет зубьев колеса
- •4.6.1 Проверочный расчет по контактным напряжениям
- •4.6.2 Проверочный расчет по напряжениям изгиба зубьев
- •4.7 Эскизное проектирование червячной передачи
- •4.7.1.1 Расчетная схема. Исходные данные
- •4.7.1.2 Геометрические размеры вала и выбор подшипников
- •Диаметр вала (цапфы) под подшипники
- •4.7.3 Эскизная компоновка передачи
- •4.8 Проверочный расчет выходного вала червячного редуктора
- •4.8.1 Расчетная схема. Исходные данные
- •4.8.2 Определение внешних нагрузок – реакций связей
- •4.8.3 Определение внутренних усилий в поперечных сечениях вала
- •4.8.4 Выбор материала. Расчет вала на статическую прочность
- •5 Проверочный расчёт подшипников выходного
- •5.2 Методика расчёта роликового конического однорядного
- •5.2.2 Расчёт по динамической грузоподъемности
- •1.1 Расчётная схема. Исходные данные
- •1.2 Проверочный расчёт подшипника по динамической
- •2.1 Расчётная схема. Исходные данные
- •3.1 Расчётная схема. Исходные данные
- •3.2 Проверочный расчёт подшипника по динамической
- •6 Расчет соединения вал-ступица выходного вала
- •6.1 Расчетная схема. Исходные данные
- •6.3 Проверочный расчет шпоночного соединения на прочность
- •Примеры выбора шпонки и расчета соединения вал-ступица выходного вала редуктора
- •1.1 Расчётная схема. Исходные данные
- •1.3 Проверочный расчёт шпоночного соединения на прочность
- •2.1 Расчётная схема. Исходные данные
- •3.1 Расчётная схема. Исходные данные
- •3.3 Проверочный расчет шпоночного соединения на прочность
- •7 Выбор муфты входного вала
- •8 Эскизное проектирование корпуса редуктора
- •Толщина упорного буртика δ1и толщина фланца δ2:
- •9 Сборка и особенности эксплуатации редуктора
- •Справочные материалы для расчёта
- •Нормальные линейные размеры, мм
- •Кратные и дольные единицы си
- •Соотношения между единицами физических величин
- •Общие данные по материалам для всех видов задач
- •Механические характеристики некоторых марок стали
- •Отливки из высокопрочного чугуна с шаровидным графитом
- •Твердость и режимы отливок из антифрикционного чугуна
- •Электродвигатели общего применения, асинхронные (переменного тока, закрытые, обдуваемые)
- •Диаметры вала электродвигателей (мм)
- •Электродвигатели общего применения, асинхронные (в защищенном (а), закрытом обдуваемом (ао) исполнении)
- •Технические данные двигателей постоянного тока серии 2п общепромышленного применения (напряжение 27в, закрытого типа с принудительной вентиляцией)
- •Технические данные двигателей постоянного тока специального назначения, применяемые в электроприводах авиационных систем (закрытого типа с перпендикулярной вентиляцией)
- •Технические данные двигателей постоянного тока специального назначения, применяемые в электроприводах ракетно-артиллерийских систем (закрытого типа с принудительной вентиляцией)
- •Значения кпд и передаточных отношений I (чисел u) передач
- •Стандартные передаточные числа u (отношения I )
- •Материалы для изготовления зубчатых колес и варианты термической обработки (то)
- •Основные материалы для изготовления зубчатых колес
- •Пределы контактной и изгибной выносливости зубьев
- •Значения коэффициента ширины колеса
- •Степень точности передач по нормам плавности в зависимости от скорости
- •Коэффициент формы зуба yf для эвольвентного
- •Коэффициенты смещения Хе1 и Хе2 для определения внешнего диаметра конических прямозубых колес
- •Коэффициенты формы зуба yf в зависимости от коэффициента смещения инструмента Хе1
- •Формулы определения основных размеров нормальных зубчатых колес и сил в зацеплении
- •Материалы для изготовления червячных колес и их характеристики
- •Допускаемые контактные и изгибные напряжения
- •Значения [σ]но для червячных колес из условия стойкости передачи к заеданию
- •Механические характеристики и значения [σ]fo для материалов червячных колес
- •Сочетание модулей m и коэффициентов q диаметра червяка
- •Зависимости приведенного коэффициента трения f ' и угла трения ρ' между червяком и колесом от скорости скольжения Vs
- •Коэффициент формы зуба yf для червячных колес
- •Данные для определения размеров валов
- •Зависимость высоты заплечика (tцил, tкон), координаты фаски подшипника r и размера фаски (f) от диаметра (d)
- •Основные размеры биметаллических втулок
- •Допустимые значения [р] и [рv] для подшипников скольжения
- •Значения коэффициентов радиальной х и осевой у нагрузок для однорядных подшипников
- •Значение коэффициента безопасности Кσ для подшипников качения
- •Значения температурного коэффициента Кт для подшипников качения
- •Основные материалы для изготовления валов
- •Муфты втулочные со шпонками (размеры в мм)
- •Муфты фланцевые
- •Значения коэффициента режима работы для муфт
- •Соединения шлицевые (зубчатые) прямобочные
- •Масла, применяемые для зубчатых передач
- •Масла, применяемые для червячных передач
- •Значения вязкости масел
- •На усталостную прочность
- •(Для шпоночного паза)
- •Рекомендации по расчету корпуса редуктора
- •Перечень основных стандартов по деталям машин
- •Тригонометрические функции
Прикладная механика
ДЕТАЛИ МАШИН
РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРИВОДА
Учебное пособие
ВВЕДЕНИЕ
Машиностроению принадлежит ведущая роль среди других отраслей народного хозяйства. На основе развития машиностроения осуществляется механизация и автоматизация производства современной техники, машин и механизмов. Как учебная дисциплина, прикладная механика, является общепрофессиональной дисциплиной, которая обеспечивает инженерную подготовку специалиста широкого профиля, способного рассчитывать, проектировать и конструировать детали, узлы и механизмы общего и специального назначения; дает знания, вырабатывает умения и навыки, необходимые для последующего изучения специальных дисциплин, для самостоятельного освоения новой техники.
Предметом изучения учебной дисциплины являются основы расчета и проектирования механизмов, сборочных единиц (узлов) и деталей механических систем .
Завершающим этапом изучения прикладной механики является выполнение обучающимися курсового проекта по проектированию электромеханического (ручного) привода механизмов общего и специального назначения.
Курсовой проект имеет целью научить студентов самостоятельно применять полученные знания для комплексного решения конкретных практических задач. Привить навыки проектирования, производства расчетов, самостоятельного проведения научных исследований и обоснования принимаемых решений.
Для выполнения курсового проекта студенту выдается задание, в котором указывается тема проекта, целевая установка, исходные данные, основные вопросы, подлежащее разработке и рекомендуемая литература.
По исходным данным следует произвести общий расчёт привода, расчёт и конструктивную разработку одноступенчатого редуктора с цилиндрической прямозубой (косозубой), конической или червячной передачей, сделать проверочные расчеты, выбрать подшипники, муфту, дать эксплуатационную оценку спроектированного привода, выполнить сборочный чертёж редуктора, рабочий чертёж детали, кинематическую схему электропривода, оформить пояснительную записку.
Во введении необходимо раскрыть тему проекта на примерах машин общего назначения и механизмов специальной техники и определить целевое назначение данного курсового проекта.
В заключении формулируются основные результаты проектировочного расчета и конструктивной разработки спроектированного привода и рекомендации по его применению.
1 Общий расчет привода
Общий расчет электромеханического привода (ЭМП) включает: выбор кинематической схемы и её анализ, выбор и обоснование исходных данных, выбор электродвигателя, кинематический и силовой расчеты.
1.1 Кинематическая схема и ее анализ. Исходные данные
Кинематическая схема привода выбирается в зависимости от назначения, условий эксплуатации, источника энергии, общей компоновки установки с приводом.
В соответствии с заданием на курсовое проектирование предусмотрен проект электромеханического привода с одноступенчатым редуктором применительно к приборам и механизмам общего и специального назначения..
Рекомендуемые кинематические схемы привода представлены на рисунках 1.1, 1.2, 1.3, 1.4.
Исходными данными для расчета подобных ЭМП, как правило, являются: мощность на выходном валу Рвых; частота вращения выходного вала nвых; характер нагрузки и ресурс работы в часахt.
Рис.1.1 Кинематическая схема электромеханического привода с
одноступенчатым цилиндрическим прямозубым редуктором
Рис. 1.2 Кинематическая схема электромеханического привода с
одноступенчатым цилиндрическим косозубым редуктором
Рис. 1.3 Кинематическая схема электромеханического привода
с одноступенчатым коническим редуктором
М Рэл nэл
Рис.1.4 Кинематическая схема электромеханического привода
с червячным редуктором
Привод включает (рис. 1.1, рис. 1.2, рис. 1.3, рис. 1.4) электродвигатель М и соответствующий редуктор закрытого типа, которые соединены муфтой Х1. Входной вал В1 и выходной вал В2 вращаются в подшипниках качения (две пары). Выходной вал муфтой Х2 соединяется с исполнительным механизмом А (рабочим органом).
Поскольку электромеханический привод (ЭМП) является частью большинства машин и планируется к эксплуатации в полевых условиях, которые характеризуются температурным диапазоном от –50° до +50° С, повышенной, свыше 80% влажностью, наличием пыли и грязи, высокой ремонтопригодностью, то эти условия определяют, что ЭМП должен включать как надежные стандартные, широко распространенные составные узлы и детали, так и специальные, иметь корпус закрытого типа.
1.2 Выбор электродвигателя
Наибольшее применение в приводах общего назначения находят электродвигатели переменного тока, асинхронные, закрытые, обдуваемые, различного исполнения (ГОСТ 19523-74) с синхронной частотой вращения ротора 3000, 1500, 1000 и 750 мин-1 (об/мин) различной мощности, характеристики которых приведены в таблицах 9, 10 [Р. 10].
Так как базовым источником электроэнергии приводов механизмов часто является генератор (или АКБ) постоянного тока напряжением не выше 27 В, то выбираемый электродвигатель должен быть постоянного тока, а полевые условия эксплуатации накладывают дополнительные ограничения - он должен быть закрытого типа с принудительной вентиляцией, а наличие требований к переменной и реверсивной нагрузке обуславливает также применение электродвигателя со смешанным возбуждением.
Характеристики рекомендуемых электродвигателей приведены в таблицах 11, 12, 13 [Р. 10].
Установка ЭМП на подвижном основании (базовой части автомобиля,) подразумевает наличие угловых и линейных несоосностей осей соединяемых вала электродвигателя и входного вала редуктора, что, в свою очередь, предусматривает соединение их с помощью компенсирующих муфт.
Выбор электродвигателя производится по требуемой мощности на выходном валу электродвигателя Рэ.тр. и по требуемой частоте вращения вала электродвигателя nэ.тр, которая зависит от частоты вращения выходного вала редуктора nвых и схемы привода, определяющей передаточное отношение ί.
При выборе электродвигателя следует иметь ввиду, что при примерно одинаковых размерах, массе и стоимости электродвигателей с уменьшением nэ, уменьшаются передаточное число привода u и размеры передач.
Для редукторов передаточное отношение численно равно передаточному числу, т.е. ί = u.
Требуемую мощность электродвигателя определяют по формуле
Рэ.тр.= Рвых/ η , (1.1)
где η – КПД передачи, ориентировочные значения которых с учетом потерь в подшипниках находятся по таблице 14 [Р. 10].
Требуемую частоту вращения вала электродвигателя определяют по формуле
nэ.тр=nвыхu, (1.2)
где u– передаточное число передачи, определяемое по таблице 14 [Р. 10].
Учитывая условия выбора:
Рэ ≥ Рэ.тр и nэ.тр min ≤ nэ.тр ≤ nэ.тр max, по таблицам 11, 12, 13 [Р. 10] выбирается тип электродвигателя и его характеристики.
1.3 Кинематический расчет привода
Кинематический расчет привода включает:
определение передаточного числа привода (редуктора);
расчет угловых скоростей и частоты вращения валов.
Передаточное число привода определяют по формуле
u=nэ/nвых.(1.3)
Частота вращения валов В1 и В2:
n1=nэ;n2=nэ/u=nвых.(1.4)
Угловые скорости вращения валов:
ω1=; ω2=. (1.5)
1.4 Силовой расчет привода
Силовой расчет привода заключается в определении вращающих моментов на валах по формулам:
на выходном валу Твых= Т2= Р2/ω2, где Р2= Рвых; (1.6)
на входном валу Т1= Т2/(u·η).