3.3 Определение общего передаточного числа привода и его разбивка по ступеням привода.

После подбора электродвигателя необходимо выполнить расчёты по определению общего передаточного числа U привода и сделать его разбивку по отдельным ступеням (передачам) привода.

Общее передаточное число «U» определяют, исходя из угловых скоростей ведущих и ведомых звеньев привода.

Передаточные числа приведённые в таблице ГОСТ относятся к одноступенчатым передачам.

Далее разбивают общее передаточное число U_общ по отдельным ступеням заданной кинематической схемы.

От целесообразности разбивки общего передаточного числа по ступеням зависит:

- удобство смазки зубчатых колёс передачи;

- конструкция корпуса и его габариты;

- удобство компоновки деталей в самом корпусе.

Универсальных рекомендаций по разбивке общего передаточного числа, удовлетворяющих всем требованиям, не существует.

Выбор того или другого способа разбивки общего передаточного числа U_общ по ступеням зависит от требований, которым должна отвечать конструкция, например:

- получение одинакового погружения зубчатых колёс, как быстроходной (ведущей), так и тихоходной (ведомой) ступеней в масляную ванну корпуса;

- получение наименьшей площади для корпуса редуктора;

- обеспечение минимальных размеров редуктора по высоте и ширине;

- обеспечение минимального суммарного веса зубчатых колёс и других деталей.

Иногда в основу способа разбивки передаточного числа кладут условия полного использования нагрузочной способности всех ступеней редуктора.

Стандартные передаточные числа в таблице ГОСТ для передач одноступенчатых редукторов приводятся в литературе.

Хотя универсального критерия правильности разбивки общего передаточного числа U_общ дать нельзя, однако можно привести некоторые рекомендации по выбору передаточных чисел отдельных ступеней (передач), например:

- при разбивке общего передаточного числа рекомендуется исходить из средних значений, приведённых в таблице ГОСТ;

- не следует брать наибольшие значения передаточных чисел приведённых в таблице ГОСТ, так как габариты механических передач получаются при этом громоздкими (большими).

Исходными данными для разбивки общего передаточного числа U_общ служат вращающие моменты, угловая скорость рабочего вала, иногда эти величины не заданы, но могут быть определены по другим характеристикам (скорости цепи конвейера, ее натяжению или диаметру звездочки).

Пример расчета:

Для цепного транспортера по заданной схеме выполнить энерго-кинематический расчет привода и выбор электродвигателя.

Исходные данные к расчету:

F = 9 (кН) – тяговое усилие цепи;

υ = 0,5 (м/с) – скорость цепного конвейера;

P_t = 230 (мм) – шаг тяговой цепи конвейера;

Z₁ = 6 (зубьев) – число зубьев тяговой звездочки транспортера.

Рис 4. Схема привода

1 – электродвигатель;

2 – соединительные муфты (потери мощности обозначают через η₁;)

3 – редуктор одноступенчатый цилиндрический косозубый закрытый (обозначают: потери мощности парой зубчатых колес η₂, полюс зацепления этой пары П₁, передаточное число в этом полюсе через U₁);

4 – передача коническая открытая (в полюсе П₂ для пары конических передач принимаю U₂, а потери мощности через η₃);

5 – передача цилиндрическая прямозубая открытая (в полюсе П₃ для пары зубчатых колес передачи принимаю U₃, а потери мощности обозначаю через η₄);

6 – конвейер цепной однорядный, для которого в задании указаны такие данные:

F = 9 (кН) – тяговое усилие цепи;

υ = 0,5 (м/с) – скорость цепного конвейера;

P_t = 230 (мм) – шаг тяговой цепи конвейера;

Z₁ = 6 (зубьев) – число зубьев тяговой звездочки транспортера.

Валы привода для заданной кинематической схемы

0 – вал электродвигателя.

Для вала электродвигателя необходимо найти требуемую мощность электродвигателя и асинхронную частоту вращения вала электродвигателя n_s с учетом скольжения.

I – ведущий (быстроходный) вал редуктора, для которого необходимо найти мощность P_1, момент кручения Т₁, частоту вращения n₁ и угловую скорость ω_1. Вал электродвигателя 0 и вал редуктора I соединены муфтой.

II – ведомый вал редуктора, для которого необходимо найти мощность Р₂, момент кручения Т₂, частоту вращения n₂ и угловую скорость ω ₂.

III – ведущий вал конической открытой передачи, для него определим мощность Р_3, момент Т₃, частоту вращения n₃ и угловую скорость ω _3, которые он будет передавать дальше.

Ведомый вал редуктора и ведущий вал конической передачи соединены муфтой.

IV – ведомый вал конической передачи.

На этом валу установлены два звена: ведомое коническое колесо и ведущая шестерня цилиндрической прямозубой открытой передачи.

Обозначим для IV вала искомые параметры Р₄ Т₄ n₄ ω ₄, которые он будет передавать дальше.

V – вал конвейера одноцепного.

На этом валу установлены два звена: ведомая шестерня цилиндрической прямозубой открытой передачи и тяговая звездочка одноцепного транспортера.

Обозначим для V вала искомые параметры через

Краткое описание работы привода

В цепных конвейерах тяговым элементом являются цепи различного типа: пластинчатые, крючковые, вильчатые, круглозвенные.

Достоинство этих цепей в том, что они при малой своей массе имеют высокие тяговые усилия, просты в изготовлении, удобны для крепления к ним различных элементов ходовой части конвейера, достаточную поперечную жесткость, износостойкость и надежность.

Недостатком цепного конвейера и его тягового элемента являются:

- наличие большого числа шарниров, требующих регулярного досмотра и периодического смазывания;

- интенсивное изнашивание цепи при высоких скоростях из-за наличия динамических усилий. Средняя скорость цепного конвейера составляет (0,5…1) м/с.

Цепь обеспечивает надежную передачу тягового усилия при зацеплении цепи со звездочкой и мало растягивается под нагрузкой.

Одновременно с транспортированием груза на цепном конвейере можно производить различные технологические операции.

Особо широко эти конвейеры применяются в сборочных цехах, автоматизированных цехах.

Рассмотрим процесс передачи вращательного движения от ротора электродвигателя к цепному конвейеру по всем ступеням привода.

От электродвигателя через соединительную муфту 2 вращение передается на ведущий вал I закрытого редуктора 3, затем через шпонку и полюс зацепления П₁ цилиндрической передачи редуктора 3 вращение передается на ведомый вал II редуктора.

Далее через соединительную муфту 2 мощность поступает на ведомый вал III конической передачи, а далее через шпонку и полюс П₂ передается на открытую цилиндрическую передачу и наконец через шпонку и полюс зацепления П₃ открытой цилиндрической передачи мощность поступает на вал V цепного однозвенного конвейера.

Таким образом, замыкается процесс передачи вращательного движения по ступеням привода.

Одноступенчатые косозубые цилиндрические редукторы имеют широкое применение в промышленности.

Считаю, спроектированный мною редуктор будет иметь оптимально подобранные детали для работы привода с цепным конвейером.

Кинематический расчет привода и выбор электродвигателя

Параметры вала цепного конвейера

- мощность конвейера (кВт)

- частота вращения вала конвейера

- угловая скорость вращения вала конвейера

- вращающий момент на валу конвейера

Выбор электродвигателя [1, с4, с5, т1.1] [2, с4, т1.2]

,

где

η₁ = 0,98 – КПД соединительной муфты;

η₂ = 0,98 – КПД цилиндрической косозубой передачи редуктора;

η₃ = 0,96 – КПД конической открытой передачи;

η₄ = 0,97 – КПД открытой цилиндрической прямозубой передачи;

η₅ = 0,99 – КПД пары подшипников качения принятых для одного вала.

Назначаю типоразмер электродвигателя [1, с390, с391] его габаритные размеры, а так же установочные и присоединительные размеры.

- назначение типоразмера электродвигателя веду по требуемой мощности, принимая из таблицы ГОСТ ближайшее большее к требуемой мощности, т.е. ближайшее к = 5,402 кВт.

Каждому значению мощности ГОСТ рекомендует четыре типа электродвигателя с синхронной частотой вращения n = 3000 об/мин; n = 1500 об/мин; n = 1000 об/мин; n = 750 об/мин. Чтобы выбрать из четырёх типов электродвигателей один тот, который нам необходим нужно предварительно:

- определить передаточные всех четырёх предлагаемых электродвигателей по отношению частот вращения, например:

При n=3000 об/мин, имею

При n=1500 об/мин, имею

При n=1000 об/мин, имею

При n=750 об/мин, имею

Анализ полученных ориентировочных передаточных чисел показывает, что лучше всего выполнить разбивку по трём механическим передачам заданной кинематической схемы для двигателя при n_гост=1500 об/мин и U`_прив=69, а это значит, что можно остановить свой выбор на электродвигателе типоразмера 112М4/1445, для которого в таблице ГОСТ имеем Р_гост=5,5 (КВт) с синхронной частотой вращения вала электродвигателя n_гост=1500 об/мин.

Выбранный электродвигатель типоразмер 112 М4 / 1445 относится к электродвигателям серии 4А, исполнения закрытого, обдуваемого ГОСТ 19523- – 81, для которого имеем :

габаритные размеры L₁ = 452 мм, L₂ = 534 мм, Н = 310 мм,

D = 260 мм

• установочные и присоединительные размеры

d₁ = 32 мм, d₂ = 32 мм, l₁ = 80 мм, l₂ =70 мм, l₃ =140 мм, в =190 мм, d =12мм

Рис. 5 Схема электродвигателя

Таким образом, дальнейший расчет курсового проекта (работы) буду вести по требуемой мощности = 5,402 (кВт) и асинхронной частоте вращения вала электродвигателя n_s 1445 об/мин (с учетом скольжения).

Определим требуемое передаточное число для заданного привода.

Произведем разбивку требуемого передаточного числа по ступеням (передачам) привода.

Для заданной кинематической схемы привода имеем три передаточных ступени (передачи):

U₁ – цилиндрическую косозубую в закрытом редукторе,

U₂ - коническую открытую передачу,

U₃ – цилиндрическую открытую прямозубую передачу .

Следовательно, формула для разбивки требуемого передаточного числа привода будет иметь следующий вид :

В целях компактности передач привода рекомендуется одно последнее неизвестное U₃ находить из формулы (1.4), а два других неизвестных U₁ и U₂ назначать из таблицы ГОСТ .

Принимаю из ГОСТ

U₁ = 3,5 – передаточное число косозубой цилиндрической передачи редуктора

U₂ = 4,5 – передаточное число открытой конической передачи, тогда из (1,4) выражаю передаточное число открытой цилиндрической прямозубой передачи

После того как найдено значение U₃ = 4,22 его необходимо согласовать с рекомендуемым диапазоном этой передачи в таблице ГОСТ .

Уточним передаточное число привода, подставив в нее все найденные значения U₁ ; U₂ ; U₃ .

Выполним проверку, т.е. найдем % расхождения между передаточным потребным числом и передаточным уточненным числом.

допустимо,  2 %

Определим мощности на каждом валу привода

• вал электродвигателя имеет потребную мощность =5,402 (кВт).

• ведущий вал редуктора.

Участок, на котором передается потребная мощность расположен от полумуфты до шпонки установленной под шестерней ведущего вала редуктора, а это значит, что мощность потерялась на трение в муфте ₁ и паре подшипников ₅ .

, откуда

- ведомый вал редуктора.

Участок, на котором передается мощность Р₁ расположен от шпонки под шестерней ведущего вала редуктора до шпонки под колесом ведомого вала, а это значит, что мощность Р₁ потерялась на трение в зацеплении косозубой передачи ₂ в редукторе и паре подшипников ₅ .

, откуда

- ведущий вал открытой конической передачи.

Участок, на котором дальше передается мощность Р₂ расположен от шпонки под колесом ведомого вала редуктора до шпонки под шестерней конической передачи, а это значит, что мощность Р₂ потерялась на трение в муфте ₁ и паре подшипников ₅

, откуда

- ведомый вал конической открытой передачи.

Участок, на котором дальше передается мощность Р₃ расположен от шпонки под конической шестерней до шпонки под коническим колесом, а это значит, что мощность Р₃ потерялась на трение в зацеплении конической передачи ₃ и паре подшипников ₅

, откуда

- вал конвейера (уточняем (проверяем) ранее найденное).

Участок, на котором дальше передается мощность Р₄ расположен от шпонки под цилиндрической шестерней открытой цилиндрической передачи до шпонки установленной под цилиндрическим колесом, т.е. мощность Р₄ потерялась на трение в зацеплении цилиндрической открытой передачи ₄ и паре подшипников ₅ .

, откуда

% расхождения

допустимо,  2 %

Определим частоту вращения на каждом валу привода, заданной кинематической схемы.

n_s = 1445 (об/мин) – вал электродвигателя (с учетом скольжения)

n₁ = n_s = 1445 (об/мин) – ведущий вал редуктора.

– ведомый вал редуктора.

– ведущий вал конической передачи.

– ведомый вал конической передачи.

– вал конвейера (уточнённое значение числа оборотов вала конвейера).

Процент расхождения между числом оборотов и

допустимо ±2%

Определим угловую скорость на каждом валу привода для заданной кинематической схемы.

(рад/с) – вал электродвигателя.

(рад/с) – ведущий вал редуктора.

– ведомый вал редуктора.

(рад/с) – ведущий вал конической передачи.

(рад/с) – ведомый вал конической передачи.

(рад/с) – на валу конвейера (уточнённое).

% расхождения

допустимо ±2%

Определим вращающие моменты на каждом валу привода для заданной кинематической схемы.

(Н*м) – на валу электродвигателя.

(Н*м) – на ведущем валу редуктора.

(Н*м) – ведомый вал редуктора.

(Н*м) – ведущий вал редуктора.

(Н*м) – на ведомом валу конечной передачи

(Н*м) – на валу конвейера.

% расхождения

допустимо ±2

Таблица 5.

Параметры кинематического расчёта привода.

Наименование валов	Р (кВт)	Т (Н*м)	n (мин-1)	ω (с-1)	U
0-вал электродвигателя	5,402	35,717	1445	151,243
I-ведущий вал редуктора	5,241	34,653	1445	151,243	U1=U1-2=3,5 Косозубой передачи П1
II-ведомый вал редуктора	5,085	151,298	412,8	43,21
III-ведущий вал конической передачи	4,933	151,298	412,8	43,21	U2=U3-4=4,5 Конической передачи П2
IV-ведомый вал конической передачи	4,688	488,18	91,74	9,603	U3=U4-5=4,22 Цилиндрической передачи П3
V-вал конвейера	4,502	1978,553	21,74	2,2754