5

1 Задание

По заданию 3 и варианту 7 /1, с. 17/ для схемы привода галтовочного барабана, изображенной на рисунке 1, решить следующие задачи:

• выбрать асинхронный электродвигатель;

• вычислить скорость вращения, мощность и крутящий момент для каждого из валов привода;

• рассчитать червячную передачу редуктора;

• рассчитать цепную передачу.

1, 2, 3, 4 – соответственно валы электродвигателя, червяка, червячного колеса и выходной вал привода; 5 – электродвигатель; 6 – червячная передача; 7 – цепная передача; 8 – муфта компенсирующая; 9 – галтовочный барабан.

Рисунок 1.1 – Схема привода.

Крутящий момент T на ведомой звёздочке цепной передачи и частота вращения этой звёздочки n равны соответственно 600 Н м и 30 об/мин.

Срок службы привода 36000 часов.

Кратковременные перегрузки соответствуют максимальному пусковому моменту электродвигателя.

2 Кинематический и силовой расчет привода

2.1 Выбор электродвигателя

2.1.1 Требуемая мощность электродвигателя

Р_тр = Р₅ / η, (2.1)

где	Р5	–	мощность на ведомой звездочке ( на выходе привода), кВт;
	Η	–	КПД привода.

, (2.2) где η_р, η_чб, η_чт, η_ц, η_п – соответственно КПД ременной, червячной, цепной передач и пары подшипников качения.

Руководствуясь рекомендациями /2, с.4/, принимаем η_р=0.97, η_чб=0.93, η_чт=0.87, η_ц=0.95, η_п = 0.99.

После подстановки численных значений параметров в формулы (2.1) и (2.2) получим КПД привода

η=0,97∙0,93∙0,87∙0,95∙0,99³=0,723

и требуемую мощность электродвигателя

Р_тр=1,2/0,723=1,66 кВт

2.1.2 С учётом требуемой мощности Р_тр=1,66 кВт рассмотрим возможность выбора асинхронных двигателей серии 4А с номинальными мощностями Р_н=1,5 кВт и Р_н=2,2 кВт /2, с. 390/. Для первого перегрузка составляет (1,66-1,5)∙100%/1,5=10,7% при допускаемой перегрузке 5%, следовательно, выбираем второй с недогрузкой 24,5%. В дальнейшем расчёт будет вестись на номинальную, а не на требуемую мощность двигателя.

Для двигателей с мощностью 2,2 кВт рассчитаны следующие номинальные частоты вращения n_H: 705, 949, 1424, 2871 об/мин.

Для ориентировки в выборе двигателя по частоте вращения оценим передаточное отношение привода i_cp, вычисленное по, примерно, средним значениям рекомендуемых передаточных отношений отдельных передач. Возьмём эти значения для ременной, червячных и цепной передачи соответственно i_{cp р}=2, i_{cp чб}=12,5, i_{cp чт}=10, i_{cp р}=3 /2, с.7/. После перемножения получим в результате i_cp=2∙12∙10∙3=750.

При таком передаточном отношении привода и частоте вращения его ведомой звёздочки n₅=4 об/мин потребуется двигатель с частотой вращения n=i_cp∙n₅=750∙4=3000 об/мин.

2.1.3 Окончательно выбираем /2, с. 390/ ближайший по частоте асинхронный электродвигатель марки 4А80В2УЗ со следующими параметрами:

• номинальная мощность Р_Н=2.2 кВт;

• номинальная частота вращения n_H=2871 об/мин;

• отношение пускового момента к номинальному Т_п/Т_Н=2.

2.2 Передаточные отношения привода и отдельных его передач

Общее передаточное отношение привода при частоте вращения входного вала привода n₁=n_H

i_общ=n₁/n₅= n_Н/n₅ (2.3)

Расчёт по формуле (2.3) даёт i_общ=2871/4=718.

Примем /2, с. 6/ передаточные отношения

• для ременной передачи – i_p=2;

• для червячной быстроходной ступени редуктора – i_чб=12,5;

• для червячной тихоходной ступени редуктора – i_чт=8.

Тогда на долю цепной передачи остаётся передаточное отношение i_ц=i_общ/(i_р∙i_чб∙i_чт)=718/(2∙12,5∙8)=3,59.

Проверка i_общ=2∙12,5∙8∙3,59=718 убеждает в правильности вычислений.

2.3 Частоты вращения, угловые скорости, мощности и моменты на валах привода

2.3.1 Частоты вращения валов:

n₁= n_Н=2871 об/мин;

n₂= n₁/ i_р=2871/2=1436 об/мин;

n₃= n₂/ i_чб=1436/12,5=115 об/мин;

n₄= n₃/ i_чт=115/8=14,4 об/мин;

n₅= n₄/ i_ц=14,4/3,59=4,01 об/мин.

Примечание. Здесь и далее параметры, относящиеся к валам привода, обозначаются числовыми индексами, соответствующими нумерации валов на рисунке 1.1.

2.3.2 Угловые скорости валов:

ω₁=π∙ n₁/30=3,14∙2871/30=300 рад/с;

ω₂=ω₁/i_р=300/2=150 рад/с;

ω₃=ω₂/i_зб=150/12,5=12,0 рад/с;

ω₄=ω₃/i_зт=12/8=1,50 рад/с;

ω₅=ω₄/i_ц=1,5/3,59=0,418 рад/с.

2.3.3 Мощности на валах привода:

Р₁=Р_Н=2,2 кВт;

Р₂=Р₁∙η_р∙η_п=2,2∙0,97∙0,99=2,11 кВт;

Р₃=Р₂∙η_чб=2,11∙0,93=1,96 кВт;

Р₄=Р₃∙η_чт∙η_п=1,96∙0,87∙0,99=1,69 кВт;

Р₅=Р₄∙η_ц∙η_п=1,69∙0,95∙0,99=1,59 кВт.

2.3.4 Моменты на валах привода:

Т₁=Р₁/ω₁=2,2∙10³/300=7,33 Н∙м;

Т₂=Р₂/ω₂=2,11∙10³/150=14,0 Н∙м;

Т₃=Р₃/ω₃=1,96∙10³/12=163 Н∙м;

Т₄=Р₄/ω₄=1,69∙10³/1,5=1127 Н∙м;

Т₅=Р₅/ω₅=1,59∙10³/0,418=3804 Н∙м.

2.3.5 Максимальный момент при перегрузке на первом валу /на валу двигателя/ Т_1мах=Т_п=2Т_Н /см. пункт 2.1.3/

Номинальной мощности двигателя Р_Н=2,2 кВт соответствует номинальный момент Т_Н=Р_Н/ω₁=Т₁=7,33 Н∙м. Отсюда Т_1мах=2Т_Н=2∙7,33=14,7 Н∙м.

Очевидно, при кратковременных нагрузках максимальные моменты на всех остальных валах будут превышать моменты, рассчитанные при передаче номинальной мощности /см. пункт 2.3.4/, в 2 раза.

Исходя из этого соображения, получаем:

Т_1мах=2Т₁=2∙7,33=14,66 Н∙м;

Т_2мах=2Т₂=2∙14,0=28,0 Н∙м;

Т_3мах=2Т₃=2∙163=326 Н∙м;

Т_4мах=2Т₄=2∙1127=2254 Н∙м;

Т_5мах=2Т_Н=2∙3803=7606 Н∙м.

2.3.6 Результаты расчётов, выполненных в подразделе 2.3, сведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Частоты вращения, угловые скорости, мощности и моменты на валах привода

№ вала по рис. 1.1	n, об/мин	ω, рад/с	Р, кВт	Т, Н∙м	Тмах, Н∙м
1	2871	300	2,2	7,33	14,66
2	1436	150	2,11	14,0	28,0
3	115	12,0	1,96	163	326
4	14,4	1,50	1,69	1127	2254
5	4,01	0,418	1,59	3803	7606