Проектирование машинного агрегата (стр. 1 из 4)

Содержание

Техническое задание

1. Кинематическая схема машинного агрегата

2. Выбор двигателя, кинематический расчет привода

3. Выбор материалов червячной передачи и определение допускаемых напряжений

4. Расчет закрытой червячной передачи

5. Расчет открытой поликлиновой передачи

6. Нагрузки валов редуктора

7. Проектный расчет валов. Эскизная компоновка редуктора

8. Расчетная схема валов редуктора

9. Проверочный расчет подшипников

10. Конструктивная компоновка привода

11. Проверочные расчеты

12. Расчет технического уровня редуктора

Литература

Техническое задание

Привод к качающемуся подъемнику.

1 – Поликлиноременная передача, 2 – двигатель, 3 – червячный редуктор, 4 – тяговая цепь, 5 – подъемный монорельс, 6 – груз, 7 – муфта упругая с торообразной оболочкой.

Исходные данные:

Грузоподъемность F, кН 1,0

Скорость подъема м/с 0,55

Шаг тяговой цепи р, мм 125

Число зубьев звездочки z 9

Допускаемое отклонение

скорости грузовой цепи δ, % 4

Срок службы привода L_г, лет 6

агрегат двигатель привод вал подшипник

1. Кинематическая схема машинного агрегата

Условия эксплуатации машинного агрегата.

Проектируемый машинный агрегат служит приводом качающегося подъемника и может использоваться на предприятиях различного направления. Привод состоит из электродвигателя, вал которого через поклиновую ременную передачу соединен с ведущим валом червячного редуктора, ведомый вал червячного редуктора через упругую муфту с торообразной оболочкой соединяется со звездочкой тяговой цепи. Проектируемый привод работает в 2 смены в реверсивном режиме. Характер нагрузки - с малыми колебаниями.

Срок службы приводного устройства

Срок службы привода определяется по формуле

L_h = 365L_ГК_Гt_cL_cK_c

где L_Г = 6 лет – срок службы привода;

К_Г – коэффициент годового использования;

К_Г = 300/365 = 0,82

где 300 – число рабочих дней в году;

t_c = 8 часов – продолжительность смены

L_c = 2 – число смен

К_с = 1 – коэффициент сменного использования.

L_h = 365·6·0,82·8·2·1 = 28800 часа

С учетом времени затрачиваемого на ремонт, профилактику и т.п. принимаем ресурс привода 28 ·10³ часов.

Таблица 1.1 Эксплуатационные характеристики машинного агрегата

Место установки	Lг	Lс	tс	Lh	Характер нагрузки	Режимработы
Заводской цех	6	2	8	28000	С малыми колебаниями	Реверсивный

2. Выбор двигателя, кинематический расчет привода

Определение мощности и частоты вращения двигателя.

Требуемая мощность рабочей машины

Р_рм = Fv = 1,0·0,55 = 0,55 кВт

Частота вращения звездочки

n_рм = 6·10⁴v/zp = 6·10⁴·0,55/9·125 = 29 об/мин

Общий коэффициент полезного действия

η = η_рпη_чпη_пк²η_м,

где η_м = 0,98 – КПД муфты [1c.40],

η_чп = 0,80 – КПД закрытой червячной передачи,

η_pп = 0,97 – КПД открытой ременной передачи,

η_пк = 0,995 – КПД пары подшипников качения,

η = 0,97·0,80·0,995²·0,98= 0,753.

Требуемая мощность двигателя

Р_тр = Р_рм/η = 0,55/0,753 = 0,73 кВт.

Выбираем асинхронный электродвигатель 4АМ71В4 [1c.384]:

мощность - 0,75 кВт,

синхронная частота – 1500 об/мин,

рабочая частота 1390 об/мин.

Определение передаточного числа привода и его ступеней

Общее передаточное число привода

u = n₁/n_рм = 1390/29 = 47,93

Рекомендуемые значения передаточных чисел [1c.43]:

- для червячной передачи 10÷35,5

- для открытой ременной 2÷4.

Принимаем для червячной передачи u₂= 20, тогда для открытой передачи

u₁= u/u₂ = 47,93/20 = 2,397

принимаем u₁ = 2,4

Определение силовых и кинематических параметров привода

Числа оборотов валов и угловые скорости:

n₁ = n_дв =1390 об/мин w₁ =1390π/30 =145,6 рад/с

n₂ = n₁/u₁ =1390/2,4 =580 об/мин w₂=580π/30 = 60,7 рад/с

n₃ = n₂/u₂ =580/20 = 29 об/мин w₃= 29π/30 = 3,04 рад/с

Фактическое значение скорости вращения колонны

v = zpn₃/6·10⁴ = 9·125·29/6·10⁴ = 0,54 м/с

Отклонение фактического значения от заданного

δ = (0,55 – 0,54)100/0,55 = 1,8% < 4%

Мощности передаваемые валами:

P₁ = P_тр = 730 Вт

P₂ = P₁η_рпη_пк = 730·0,97·0,995 = 705 Вт

P₃ = P₂η_чпη_пк = 705·0,80·0,995= 561 Вт

Крутящие моменты:

Т₁ = P₁/w₁ = 730/145,6 = 5,0 Н·м

Т₂ = 705/60,7 = 11,6 Н·м

Т₃ = 561/3,04 = 184,5 Н·м

Результаты расчетов сводим в таблицу

Вал	Число оборотовоб/мин	Угловая скоростьрад/сек	МощностькВт	Крутящий моментН·м
Вал электродвигателя	1390	145,6	0,730	5,0
Ведущий вал редуктора	580	60,7	0,705	11,6
Ведомый вал редуктора	29	3,04	0,561	184,5

3. Выбор материалов червячной передачи и определение допускаемых

напряжений

Принимаем, согласно рекомендациям [1c.53], для червяка сталь 45 с закалкой до твердости >HRC45.

Ориентировочное значение скорости скольжения:

v_s = 4,2uw₃10^-3M₂^1/3 = 4,2×20,0×3,04×10^-3×184,5^1/3 = 1,45 м/с,

при v_s <2 м/с рекомендуется [1 c54] чугун СЧ15, способ отливки – в землю: s_в = 315 МПа.

Допускаемые контактные напряжения:

[s]_H = 200 – 35v_s = 200 – 35×1,45 = 149 МПа.

Допускаемые напряжения изгиба при реверсивной передаче:

[s]_F = 0,075s_вK_FL,

где К_FL – коэффициент долговечности.

K_FL = (10⁶/N_эН)^1/9,

где N_эН – число циклов перемены напряжений.

N_эН = 573w₃L_h = 573×3,04×28000 = 4,9×10⁷.

K_FL = (10⁶/4,9×10⁷)^1/9 = 0,649

[s]_F = 0,075×315×0,649 = 15 МПа.

Таблица 3.1. Механические характеристики материалов червячной передачи

Элементпередачи	Марка стали	Термоо-бработка	σв	σ-1	[σ]Н	[σ]F
			Н/мм2
Червяк	45	Закалка>HRC45	780	335
Колесо	CЧ15	315	149	15

4. Расчет закрытой червячной передачи

Межосевое расстояние

= 61(184,5·10³/149²)^1/3 =124 мм

принимаем а_w = 125 мм

Основные геометрические параметры передачи

Модуль зацепления:

m = (1,5¸1,7)a_w/z₂,

где z₂ – число зубьев колеса.

При передаточном числе 20,0 число заходов червяка z₁ = 2, тогда число зубьев колеса:

z₂ = z₁u = 2×20,0 = 40

m = (1,5¸1,7)125/40 = 4,7¸5,3 мм,

принимаем m = 5,0 мм.

Коэффициент диаметра червяка:

q = (0,212¸0,25)z₂ = (0,212¸0,25)40 = 8,2¸10,0

принимаем q = 10,0

Коэффициент смещения

x = a/m – 0,5(q+z₂) = 125/5,0 – 0,5(10,0+40) = 0

Фактическое значение межосевого расстояния:

a_w = 0,5m(q+z₂+2x) = 0,5×5,0(10+40 – 2×0) = 125 мм

Делительный диаметр червяка:

d₁ = qm =10×5,0 = 50 мм

Начальный диаметр червяка d_w1 = m(q+2x) = 5,0(10-2·0) = 50.0 мм

Диаметр вершин витков червяка:

d_a1 = d₁+2m = 50+2×5,0 = 60 мм.

Диаметр впадин витков червяка:

d_f1 = d₁ – 2,4m = 50 – 2,4×5,0 = 38 мм.

Длина нарезной части червяка:

b₁ = (10+5,5|x|+z₁)m + C = (10+5,5×0+2)5,0+0 = 60 мм.

при х < 0 ® С = 0.

Делительный угол подъема линии витка:

g = arctg(z₁/q) = arctg(2/10) = 11,31º

Делительный диаметр колеса:

d₂ = mz₂ = 5,0×40 = 200 мм.

Диаметр выступов зубьев колеса:

d_a2 = d₂+2m(1+x) = 200+2×5,0(1+0) = 210 мм.

Диаметр впадин зубьев колеса:

d_f2 = d₂ – 2m(1,2 – x) = 200 – 2×5,0(1,2 – 0) = 188 мм.

Наибольший диаметр зубьев колеса:

d_am2 = d_a2+6m/(z₁+2) = 210+6×5,0/(2+2) = 218 мм.

Ширина венца колеса:

b₂ = 0,355a_w = 0,355×125 = 44 мм.

Фактическое значение скорости скольжения

v_s = uw₂d₁/(2000cosg) = 20×3,04×50/(2000cos11,31º) = 1,55 м/с

Уточняем значение допускаемого контактного напряжения

[s]_H = 200 – 35v_s = 200 – 25×1,00 = 175 МПа.

Коэффициент полезного действия червячной передачи

h = (0,95¸0,96)tgg/tg(g+j)

где j = 2,50º - приведенный угол трения [1c.74].

h = (0,95¸0,96)tg11,31º/tg(11,31º+2,50º) = 0,78.

Силы действующие в зацеплении

Окружная на колесе и осевая на червяке:

F_t2 = F_a1 = 2Т₂/d₂ = 2×184,5×10³/200 = 1845 H.

Радиальная на червяке и колесе:

F_r1 = F_r2 = F_t2tga = 1845×tg20° = 672 H.

Окружная на червяке и осевая на колесе:

F_t1 = F_a2 = 2M₁/d₁ = 2×11,6×10³/50 = 464 H.

Расчетное контактное напряжение

s_Н = 340(F_t2K/d₁d₂)^0,5,

где К – коэффициент нагрузки.

Окружная скорость колеса

v₂ = w₃d₂/2000 = 3,04×200/2000 = 0,30 м/с

при v₂ < 3 м/с ® К = 1,0

s_Н = 340(1845×1,0/50×200)^0,5 = 146 МПа,

недогрузка (149 – 146)100/149 = 2,0% <15%.

Расчетное напряжение изгиба для зубьев колеса

s_F = 0,7Y_F2F_t2K/(b₂m),

где Y_F2 – коэффициент формы зуба колеса.

Эквивалентное число зубьев колеса:

z_v2 = z₂/(cosg)³ = 40/(cos11,31º)³ = 42,4 ® Y_F2 = 1,51.

s_F = 0,7×1,51×1845×1,0/(44×5,0) = 8,9 МПа.

Условие s_F < [s]_F = 15 МПа выполняется.

Так как условия 0,85<s_H < 1,05[s_H] и s_F < [s_F] выполняются, то можно утверждать, что устойчивая работа червячной закрытой передачи обеспечена в течении всего срока службы привода.

Таблица 4.1. Параметры червячной передачи