Привод к горизонтальному валу рабочей машины

 

 

 

 

 

 

 

 

Привод к горизонтальному валу рабочей машины

 

Расчётно-пояснительная  записка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Оглавление 

 

Техническое задание

Введение

1. Выбор электродвигателя
2. Определение передаточных чисел механизмов привода
3. Расчёт частот вращения и крутящих моментов
4. Расчёт ремённой передачи
5. Выбор стандартного редуктора
6. Выбор компенсирующей муфты
7. Конструирование привода
8. Вопросы техники безопасности
9. Список литературы
10. Приложение

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Техническое задание

Разработать конструкцию  привода к горизонтальному валу рабочей машины, включающего электродвигатель, ремённую передачу и коническо-цилиндрический редуктор. Срок службы редуктора равен 10000 часов.

Исходные данные:

Мощность на приводном  валу:  P_пр  = 2,5 кВт

Частота вращения приводного вала:  n_пр = 50 мин^-1

Характер нагрузки:  спокойная  без толчков, нереверсивная

 

Схема:

 

 

1. Выбор электродвигателя

       На основании сравнительного анализа свойств ремённой и цепной передачи [4] принимаем решение установить в быстроходной менее нагруженной ступени привода ремённую передачу. Требуемую мощность электродвигателя найдём по формуле:

Р_ЭД^ТР = P_ПР /η_ПР ,

где Р_ЭД^ТР – мощность на приводном валу, кВт; η_ПР – КПД привода

Так как привод содержит электродвигатель, ремённую передачу, коническо-цилиндрический редуктор, соединённый с приводным валом муфтой, то общий КПД привода равен η_ПР= η_РЕМ  η_КЦ η_МУФ

η_КЦ= 0,97 0,98=0,95  [3, с.6]

η_МУФ=0,98

η_РЕМ=0,95

 

η_ПР= 0,95 0,98 0,95 = 0,88

Р_ЭД^ТР = 2,5/0,88 = 2,84 кВт.

Электродвигатель должен иметь мощность Р_ЭД≥Р_ЭД^ТР. По ГОСТ 19523-81 выбираем асинхронный трёхфазный обдуваемый электродвигатель единой серии 4А с номинальной мощностью Р_ЭД= 3 кВт [3, с.384]. Частоту вращения вала электродвигателя ориентировочно найдём по зависимости

n_ЭД=n_ПР u_КЦ u_РЕМ ,

где u_КЦ , u_РЕМ – передаточные числа коническо-цилиндрической и ремённой передач. В соответствии с ГОСТ 2185-66 принимаем ориентировочно u_КЦ=10, u_РЕМ=2, тогда n_ЭД= 50 10 2=1000 мин^-1. Наиболее близкая номинальная частота вращения ротора n_ЭД=955 мин ^-1 (двигатель 4А112МА6).

 

 

2.Определение передаточных  чисел механизмов привода

 

Уточняем общее передаточное число  привода:

u_ПР= n_ЭД / n_ПР = 955/50=19,1

Принимаем стандартное значение u_КЦ=10, тогда

u_РЕМ= u_ПР/ u_КЦ =19,1/10=1,9. Принимаем u_РЕМ=2.

Фактическое передаточное число привода  u_ПР=2 10=20

Погрешность привода составляет 4,5%

 

3.Расчёт частот вращения  и крутящих моментов

Частоты вращения:

• На входном (быстроходном) валу редуктора

n_Б= n_ЭД / u_РЕМ = 955/2 = 477.5 мин^-1

• На выходном (тихоходном) валу редуктора

n_Т= n_ЭД / u_ПР= 955/20 = 47,75 мин^-1

Отклонение фактической  частоты вращения приводного вала n_ПРФ = n_Т  от заданной  n_ПР не должно превышать 5%.

Δ_n = (n_ПРФ– n_ПР) ·100% /n_ПРФ= (47,75-50) 100% /47,75 = 4,7%

Крутящие моменты:

• На приводном валу

Т_ПР= (9550  Р_ПР)/ n_ПРФ= (9550 2,5)/47,75= 500 Н м

 

 

• На тихоходном(выходном) валу редуктора

Т_Т= Т_ПР/ η_МУФ = 500/0,98= 510,2 Н м

• На быстроходном(входном) валу редуктора

Т_Б= Т_Т /( u_КЦ η_КЦ)= 510,2/(10 0,95)= 53,7 Н м

• На валу электродвигателя (ведущем шкиве ремённой передачи)

Т_ЭД = Т_Б /( u_РЕМ η_РЕМ )= 53,71/(2 0,95)= 28,3 Н м

С другой стороны (проверка)

Т_ЭД=(9550 Р_ПР)/( n_ПРФ u_ПР η_ПР )= (9550 2,5)/(47,75 20 0,88)= 28,4 Н м

 

4.Расчёт клиноремённой передачи

1.Размер сечения выбираем  в зависимости от крутящего  момента Т₁ , который равен Т_ЭД = 28,4 Н м. Следовательно выбираем клиновый ремень нормального сечения типа А.

2.Назначаем расчётный диаметр  малого шкива. Минимальный расчетный диаметр малого шкива d_p1min определяется по ГОСТ 1284.3-80 в зависимости от типа сечения ремня.

Для ремня сечения А d_p1min = 90 мм. Следует применять шкивы с большим, чем d_p1min, диаметром. Принимаем d_p1min=100 мм.

 

3.Определяем расчетный диаметр большого шкива

=196 мм,

где ε – коэффициент упругого скольжения.

Полученный диаметр шкива округляем  до ближайшего стандартного значения по ГОСТ 20889-75 – ГОСТ 20897-75.

Принимаем =200 мм. Уточняем передаточное число

=2,04.

 

4. Определяем межосевое расстояние  передачи.

Минимальное межосевое расстояние ,

где h – высота профиля ремня;

для сечения типа «А» имеем h=8 мм (ГОСТ 1284.3-80).

Тогда =0,55(100+200)+8=173 мм.

Если нет жестких требований к габаритам передачи, то для увеличения долговечности ремней принимают . Причем а назначается в зависимости от передаточного числа и расчетного диаметра . При и = 2,04 имеем а / = 1,2.

Тогда межосевое расстояние равно А =1,2 =1,2×200=240 мм.

 

5. Определяем длину ремня

,

 

где υ– скорость ремня, равная окружной скорости малого шкива.

 м/с.

Тогда 

L=2×240+0,5p(100+200)+

мм,

что превышает значение мм.

Следовательно, ремень будет иметь  достаточную долговечность. Полученную длину L округляют до стандартного ближайшего значения по ГОСТ 1284.3-80. Принимаем L=1000 мм, что находится в рекомендуемом стандартном диапазоне для ремня типа «А».

 

6. Уточняем межосевое расстояние  передачи

a=0,25[L-

],

где           471 мм,

       =2500 мм .

Тогда

а = 0,25[1000-471+

]= 259,7 мм.

Принимаем угол обхвата на малом  шкиве

.

.  Следовательно, угол обхвата  на малом шкиве имеет достаточное  значение.

 

 

7. Допускаемая мощность, которую  может передать один ремень  в заданных условиях эксплуатации:

,

где - номинальная мощность, которую передает ремень в определенных условиях ( , u=1, v=10 м/с; длина L₀, спокойная нагрузка).

Для ремня типа А при n₁=955 мин^-1 и d_P1=100 мм по ГОСТ 1284.3-80 определяем номинальную мощность P₀=1,14 кВт и коэффициенты:

• C_a − коэффициент, учитывающий влияние угла обхвата на тяговую способность ремня, при a₁=174 ⁰ имеем C_a =0,98;
• C_L − коэффициент, учитывающий влияние на долговечность длины ремня, выбираем в зависимости от отношения длины ремня к длине ремня L₀, принятой при испытаниях на тяговую способность, для ремня типа А имеем L₀=1700, тогда L/L₀=1000/1700=0,59 и C_L =0,89.

Поправка  T_u,, учитывающая влияние на долговечность уменьшения изгиба ремня на большом шкиве с увеличением u, принимаем в зависимости от типа ремня и передаточного числа, при u =2,04 и типе ремня А имеем T_u=1,1 Н×м; C_p - коэффициент, учитывающий   характер нагрузки на передачу, при заданном характере нагрузки (спокойная, без толчков) принимаем C_p = 1,0

Тогда допускаемая мощность, передаваемая одним ремнем :

[P]=(1,14×0,98+10^{- 4}×1,1 ×955) ×1,0= 1,22 кВт.

 

8. Необходимое количество ремней с учетом неравномерности нагрузки на ремни

,

где C_Z - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между одновременно работающими ремнями, =0,95

Имеем

Z=2,84/(0,95×1,22)=2,45.

Принимаем Z=3, что меньше Z_max=6. Следовательно, передача будет иметь допустимое число ремней.

9. Сила предварительного натяжения  одного ремня

Н.

Здесь − масса 1 м длины ремня .

 

10. Нагрузка на валы передачи 

Н.

Угол между силой и линией центров передачи

 

11. Проверяем частоту пробегов  ремней на шкивах

,

.

 

12. Размеры шкивов клиноременных  передач регламентированы согласно  ГОСТ 20889-80, 20897-80, размеры профиля  канавок – ГОСТ 20898-80.

 

5.выбор стандартного редуктора

Редуктор выбирается по  рекомендациям [1,с.322] в зависимости от отношения (P/n _Т), причём  расчётные значение (P/n _Т)_р как по изгибу, так и по  контактной  прочности должны быть меньше табличных (допускаемых). При подсчёте отношения (P/n_Т)_р должны учитываться следующие коэффициенты:

-  k₁, учитывающий характер нагрузки (при спокойной без толчков нагрузке  k₁ = 1);

- k₂, учитывающий продолжительность работы редуктора (определяется  по графику [1, с. 321]).

По изгибу при  k₂ = 1,25 имеем

(P/n _Т)_р =(T_Т · k₁)/(9740 k₂ ) = (510,2·1)/(9740·1,25) = 0,042.

 

По контактной прочности  при  k₂ =1,5 имеем

(P/n _Т)_р = (510,2·1)/(9740·1,5) = 0,035.

При  передаточном числе  u_кц = 10 и n_Т = 477,5 мин^-1 подбираем  табличное допускаемое значение (P/n)_Т наиболее  близкое к расчетным. Подходит  редуктор коническо-цилиндрический двуступенчатый типа КЦ1 с конусным расстоянием R_e = 150 мм и с межосевым расстоянием цилиндрической передачи

а_{w T}= 250 мм. Длина L = 1170 мм, высота Н = 515 мм, ширина В₁ = 375 мм, диаметр выходного вала d=55мм.

 

6.Выбор муфты

 

Подбираем муфту, соединяющую  тихоходный вал редуктора с приводным  валом машины. Тип муфты – жёсткая, компенсирующая;

передаваемый момент T_м = 510,2 Н·м; нагрузка -  нереверсивная спокойная без ударов; поломка муфты вызывает аварию машины. Расчетный момент муфты определяется по формуле:

T_р.м = K·T_м,

где  K - коэффициент, учитывающий режим работы, К=  К₁·К₂,

К₁ - коэффициент безопасности; К₁ = 1,2 – поломка муфты вызывает аварию машины;  

К₂ – коэффициент, учитывающий характер нагрузки; К₂ = 1 при спокойной равномерной нагрузке.

К = 1·1,2 = 1,2.

T_р.м = 1,2 · 510,2 = 612,24 Н·м.

Наибольшее применение  при нереверсивной нагрузке имеют  следующие  компенсирующие муфты: зубчатая МЗ по ГОСТ 50895-96 и цепная МЦ по ГОСТ 20742-93. Муфта выбирается при  соблюдении условия T_м.ст ≥ T_р.м.

Подходят муфты МЗ-55 и МЦ-55, но  поскольку цепные  муфты обладают большими компенсирующими возможностями чем зубчатые, то принимаем муфту МЦ-55 по ГОСТ 20742-93 с моментом Т = 1000 Н·м, частотой вращения n=960 мин^-1, отверстием d=55 мм, диаметром D = 210мм

 

7.Конструирование привода

После определения геометрических  параметров элементов привода разрабатываем чертеж общего вида [4]. Первым этапом конструирования является эскизная компоновка, при которой отдельные сборочные единицы (двигатель, редуктор, муфта) и детали (шкивы) размещаются на общей раме с учётом их кинематических  связей, габаритных и присоединительных размеров. Вариант компоновки не изменён из-за межосевого расстояния ремённой передачи. Чертёж выполняют на листе формата А1 ГОСТ 2.301 – 68 с соблюдением правил ЕСКД. Так как длина рамы составляет 1420 мм, то количество фундаментных болтов = 8. Исполнение электродвигателя IM1081, высота h₃₁=285мм, длина l₃₀=435мм. Салазки выбирают по болту крепления электродвигателя, который назначают по диаметру отверстий в лапах d=12. Тип салазок С-3. Положение электродвигателя на салазках должно быть таким, чтобы по мере вытяжки ремня в процессе эксплуатации можно было регулировать его натяжение, перемещая электродвигатель с помощью упорных винтов салазок. Номер профиля швеллера назначают по диаметру отверстия в лапах редуктора, при этом высота швеллера должна быть не меньше 1/10 длины рамы. Номер профиля швеллера - 18аУ с высотой h=180мм, шириной b=74мм.

8.Вопросы техники безопасности

Расположение привода  в цехе  должно соответствовать  характеру производства и технологическому процессу, а также обеспечивать безвредные и безопасные условия труда. Расстояние между  оборудованием, ширина проходов и проездов устанавливается в  соответствии с действующими нормами. Привод заземлить.

К обслуживанию привода могут  быть допущены только те рабочие, которые  изучили устройство и инструкцию  по эксплуатации.