Электромеханический привод c цилиндрическим двухступенчатым редуктором

 

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

 

Кафедра машиноведения  и деталей машин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Электромеханический привод

c цилиндрическим  двухступенчатым редуктором

Пояснительная записка

ДМ 41.00.00.00 ПЗ

 

 

 

 

 

 

 

 Выполнил: студент гр. 2061/1 Веселов Р.В.

 

Проверила: Тарасенко Е.А.

 

  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Санкт-Петербург

2012 г.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

Техническое задание 3

Введение                               4                                                                        

Часть 1. ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ ОСНОВНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ПРИВОДА 5

 

1.1.  Оценка  КПД привода и выбор электродвигателя   5

1.2. Определение  передаточного отношения привода  и назначение

   передаточного  числа ступеней редуктора    6

1.3. Определение  мощностей, частот вращения и  крутящих моментов  6

1.4. Проектировочный  расчёт валов, предварительный  выбор подшипников и 

   определение  межосевых расстояний с учётом  габаритов подшипников  7

1.5. Геометрический  расчёт параметров зубчатых передач   9

 

Часть 2. РАСЧЁТ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ И ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ 9

 

2.1. Расчёта контактных  напряжений зубатых передач  9

2.2  Выбор материалов  зубчатых колёс и  их термообработки   10

 

Часть 3. ПРОВЕРОЧНЫЙ  РАСЧЁТ УЗЛОВ И ДЕТАЛЕЙ 11

 

31. Проверочный  расчёт зубчатых передач по  изгибной прочности 11

3.2. Определение  реакций опор 12

3.3. Проверочный  расчёт шариковых радиально-упорных подшипников

3.4 Проверочный расчёт шпонок

3.5. Проверочный  расчет вала на выносливость

 

 

Заключение 16

Литература                                                                                                                                17

 

 

 

 

ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

 Выполнить анализ  параметров электромеханического  привода и разработать эскизный  проект с целью 

 минимизации габаритов  редуктора в результате рационального выбора материалов зубчатых колёс и других деталей.

 Привод состоит из:

- электродвигателя,

- клиноременной передачи,

- двухступенчатого цилиндрического  редуктора по развёрнутой схеме (или по соосной схеме) с раздвоением мощности        (или без раздвоения мощности) на входном (или на выходном валу)

- зубчатой муфты на выходном валу редуктора.

 Характер производства   мелкосерийный.

 

Привод реверсивный.

1. Номинальный крутящий момент на валу исполнительного механизма (ИМ) Т_им = 558 Н×м;

2. Частота вращения выходного вала редуктора: n_им = 21  об/мин;

3. Синхронная частота вращения вала электродвигателя: n_с = 1000 об/мин;

4. Расчётный ресурс: L = 3500 час.

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Выполнен проект редуктора двухступенчатого  цилиндрического  с прилагаемым чертежом и пояснительной  запиской.

В первой части  представлены результаты оценки диаметров  входного и выходного вала редуктора  с учётом установки на входном  валу шкива ременной передачи  и  установки на выходном валу зубчатой муфты. Конструктивно определены внутренние диаметры подшипников, выполнен предварительный  выбор типа и номера подшипников  всех валов, определены межосевые расстояния и геометрический расчёт параметров зубчатых передач.

Во второй части  представлены результаты расчета зубчатых передач: расчет контактных напряжений, выбор материала и термообработки , проверочный расчет зубчатых колес, также проверочный расчет зубчатых колес по контактной и изгибной прочности . Разработан эскиз редуктора

В третей части  представлен проверочный расчет узлов и деталей : определены реакции  опор и расчет подшипников выходного вала, проверочный расчёт вала на выносливость ,шпоночного соединения на прочность, выбрана посадка соединения (муфта-выходной вал редуктора).

 

 

 

 

1. ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ  ОСНОВНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ПРИВОДА 

 

Результат данного  этапа работы – выбор электродвигателя; значения передаточных чисел, крутящих моментов, частоты вращения валов; значения допускаемых контактных напряжений зубчатых колёс и  межосевых расстояний (рис.1).

 

1.1 Определение  КПД привода и выбор электродвигателя

Рис.1. Схема электромеханического привода

  

  Мощность, которая должна  быть передана исполнительному  механизму,  вычисляется по формуле

                                                     (1.1)

где ω_им – угловая скорость, рад/с.

     Угловая скорость  вычисляется по формуле

(1.2)

Подставляя полученную величину в формулу (1.1) получим 

 

Мощность электродвигателя можно вычислить по формуле

                                                      (1.3)

 

где – мощность электродвигателя, Вт; η_пр – коэффициент полезного действия привода.

                                        (1.4)

где   – КПД ременной передачи; - КПД подшипников качения вала; – КПД зубчатой передачи быстроходного и тихоходного валов соответственно; – КПД муфты.

     Выбираем: =0,96; =0,99; =0,98; =0,98.

     Подставив  выбранные значения КПД в формулу  (1.4), получаем

 

     Воспользовавшись  формулой (1.3), находим мощность электродвигателя

 

Выбираем асинхронный  трехфазный электродвигатель переменного  тока так, что бы номинальная мощность была больше, чем мощность электродвигателя с синхронной частотой n_c=950 об/мин.

 

Технические характеристики двигателя

   По справочнику:

Выбран электродвигатель марки   4A90L6;

паспортная мощность Р_ЭД  = 1,5 кВт ;

частота двигателя n_эд= 935 об/мин;

отношение пускового момента  к номинальному моменту Т_П / Т_Н =2;

 

 

 

1.2  Определение общего передаточного  отношения привода и разбивка  его по ступеням

 

Общее передаточное отношение привода вычисляется  по формуле 

                                                               u_общ=n_эд/n_им,                                                                   (1.5)

где n_эд = n_c(1-s) – номинальная частота вращения двигателя, об/мин;

u_общ – общее передаточное отношение привода.

      Подставив  численные значения,  получим

 

Для нахождения передаточного  отношения  редуктора назначим u_рп =2 и воспользуемся формулой

  (1.6)

где u_рд – передаточное отношение редуктора.

     Преобразуя (1.6), получим

(1.7)

     Передаточное  отношение редуктора так же  можно выразить через формулу 

                                                                    u_р=u_б·u_т,                                                          (1.8)

где u_б и u_т – передаточные отношения быстроходного и тихоходного валов соответственно.

Значение передаточного  отношения быстроходного вала вычисляем по формуле

  (1.9)

     Преобразуя  формулу (1.8) и подставляя полученные  ранее численные значения, получаем

                                                  (1.10)

 

1.3 Определение  частот вращения, мощности и крутящих  моментов на валах

Мощность Р_i, передаваемую каждым валом, зубчатыми колёсами и шестернями определяем согласно принятым значениям частных КПД, входящих в соотношение (1.4): 

                                              Р_i = Р_им/ h_i ,                                                  (1.11)

где h_i – КПД, учитывающий потери при передаче мощности от данного вала (зубчатого колеса или шестерни) к выходному валу.

Крутящие моменты Т _i определяются по значению передаваемой мощности Р_i и частотой вращения n_i :

                                               _(1.12)

Найдем численные значения частот вращения для входного, промежуточного и выходного валов соответственно

 

 об/мин

 об/мин

 об/мин

 

Используя формулу (1.11) вычислим значения мощности:

 

Вт

 Вт

 Вт

 

Подставляя значения в (1.12) вычислим значения моментов на каждом валу: 

 

 Н*м

 Н*м  
Н*м

 

 

 

Энерго-кинематические параметры элементов привода.

 

 

 

 

 

 

	Р, Вт	n, об/мин	w, 1/c	T, Нм
Вал ЭД	1398	935	97,86	14,28	Uрп=2
Входной (быстроходный)	1330	467,5	48,93	27,17	Uзб=5,66
Промежуточный	1290	82,60	8,65	149,13	Uзт=3,93
Выходной (тихоходный)	1252	21,02	2,2	568,88

 

                                            

1.4. Проектировочный  расчёт валов,

выбор подшипников  и определение межосевых расстояний

с учётом габаритов  подшипников

 

1.4.1. Выбор муфты

 

Наибольший расчётный  момент на выходном валу не должен превышать  допускаемого для данного номера муфты момента 

М_кр

k T_ИМ  £ М_кр,                                                         (1.13)

где k - коэффициент перегрузки привода; для транспортёров, компрессоров и воздуходувок, центробежных насосов k = 1,25 ... 2.

Принимаем к=1,5. Как правило, k < Т_П/ Т_Н. В данном случае

М_кр ≥ 1,5*558=837 Нм.

Выбираем ближайшее  к данному значение М _кр

М _кр= 837 Нм.

Для этого значения также: n_max=5400 об/мин; d_M 50 мм; l_M  82мм; D_M 60 м

Значение диаметра выходного  вала редуктора d_В  можно принять, исходя из следующего. Прочностной расчёт вала выполняется с учётом напряжений от изгиба и кручения, которые зависят от значения диаметра в третьей степени. Если при выборе муфты значение kT_ИМ  практически равно М_кр, то принимаем d_В = d_М, где d_М – наибольший присоединительный диаметр данного номера муфты.

Так как у нас k T_ИМ  < М _кр, то предварительно значение диаметра d_В определяем по формуле

 мм (1.14)

Окончательно принимается  значение d_В = 42 из ряда нормальных линейных размеров R40 .

 

1.4.2. Проектировочный  расчёт валов

 

На этом этапе разработки проекта известны крутящие моменты  на валах. При проектировочном расчёте значение диаметра вала в местах установки зубчатых колёс определяют, исходя из условия

 

(1.15)

 

где допускаемое напряжение [t] = (0,026 ...0,036) s_в ; наименьшие значения принимаются для быстроходных валов, средние – для промежуточных, наибольшие – для тихоходных валов.

Обычно в качестве материала  валов при положительных климатических  температурах используют сталь 40 нормализованную, временное сопротивление которой  равно s_в= 580 МПа для заготовок диаметром до 100 мм. Примем допускаемое напряжение для входного вала [t] = 10 МПа; для промежуточного вала входного [t] = 15 МПа; для выходного вала [t] = 25 МПа

Таким образом, диаметры для входного, промежуточного и выходного вала редуктора:

 мм

 мм

 мм

Так как значение внутреннего  диаметра подшипников качения кратно 5 мм, то предварительно можно принять  следующие диаметры участков валов  для установки подшипников: d₁ = 25 мм; d₂ = 35 мм; d₃ = 50 мм.    

  

1.4.3. Предварительный выбор подшипников качения

 

На данном этапе разработки проекта, определив диаметры валов  в местах установки подшипников  качения, можно предварительно назначить тип подшипника.  Принимаем для быстроходного и промежуточного вала радиально-упорные подшипники средней серии, для тихоходного вала радиально-упорные подшипники легкой серии.

 

Параметры подшипников