Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин

Подождите немного. Документ загружается.

Составляем табличный ответ к задаче 1 (табл. 1.2).

Таблица 1.2 Эксплуатационные характеристики машинного агрегата

Место установки

Железнодорожная

станция

^*, ч

15 •

10^

Характер нафузки

С малыми

колебаниями

Режим работы

Реверсивный

цы

Характерные ошибки:

Неправильно вычерчена схема.

Плохой шрифт

Не соблюдены формат А4 или размеры рамки, основной надписи и табли-

Неправильно заполнена основная надпись.

Слабо усвоена кинематическая схема машинного агрегата и недостаточно

изучена конструкция элементов привода.

6. Неправильно рассчитан срок службы Z,^.

ЗАДАЧА 2

ВЫБОР ДВИГАТЕЛЯ. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА

Цель: 1. Определить номинальную мощность и номинальную час-

тоту вращения двигателя.

Определить передаточное число привода и его ступеней.

Рассчитать силовые и кинематические параметры при-

вода.

Общие положет1я

Двигатель является одним

из

основных элементов машинного

агре-

гата. От

типа

двигателя,

его

мощности,

частоты вращения

и про-

чего

зависят конструктивные

эксплуатационные характеристики

рабочей машины

и ее

привода.

Для проектируемых машинных агрегатов рекомендуются трехфаз-

ные асинхронные короткозамкнутые двигатели серии 4А. Эти дви-

гатели наиболее универсальны. Закрытое и обдуваемое исполнение

позволяет применить эти двигатели для работы в загрязненных ус-

ловиях, в открытых помещениях и т. п.

Двигатели серии 4А применяют для приводов механизмов, име-

ющих постоянную или мало меняющуюся нагрузку при длитель-

ном режиме работы и большую пусковую нагрузку, вследствие

повышенной силы трения и больших инерционных масс, напри-

мер конвейеров, шнеков, смесителей, грузоподъемников и т.

п. Эти двигатели работают при любом направлении вращения,

обеспечивая при необходимости реверсивность машинного агре-

гата.

Исходными данными технических заданий на курсовое проекти-

рование предусмотрено применение двигателей серии 4А с диапа-

зоном мощностей от 0,25 до 7,5 кВт (табл. 2.1). Технические дан-

ные этих двигателей приводятся в табл. К9, основные размеры — в

табл. К10.

Таблица2.1.

Диапазон мощностей трехфазных асинхронных двигателей серии

4А, кВт

Синхронная частота

вращения, об/мин

3000

1500

1000

750

Синхронная частота

вращения, об/мин

3000

1500

1000

750

Тип двигателя

56В

0,25

63А, В

0,37; 0,55

0,25; 0,37

0,25

71А, В

0,75; 1,1

0,55; 0,75

0,37; 0,55

0,25

80А, В

1,5; 2,2

1,1; 1,5

0,75; 1,1

0,37; 0,55

90L 1

3,0

2,2

1,5

0,75; 1,1

Тип двигателя

lOOS,

4,0; 5,5

3,0;

4,0

2,2

1,5

112М, МА, МБ

7,5

5,5;

3,0;

4,0

2,2;

3,0

132S

7,5

5,5

4,0

132М

7,5

5,5

160S

7,5

2.1.

Определение номинальной мощности и номиналоьной частоты

вращения двигателя

Мощность двигателя

зависит от

требуемой мощности

рабочей

машины, а

его частота

вращения—

от частоты вращения приводного

вала рабочей машины

(см,

пример)

Определить требуемую мощность рабочей машины

Р^^^

кВт:

Р^^Рг)

—

если в исходных данных на проектирование указано

значение тяговой силы F, кН, и линейной скорости v, м/с, тяго-

вого органа рабочей машины;

Р^—Ш — если указано значение вращаюш;его момента 7, кН

•

м,

и угловой скорости 00, рад/с, тягового органа рабочей машины.

Определить общий коэффициент полезного действия (КПД)

привода:

где г|з^, \^,

у\^у

\^,

T|j^^,

-— коэффициенты полезного действия зак-

рытой передачи, открытой передачи, муфты, подшипников каче-

ния (по кинематической схеме в редукторе две пары подшипни-

ков*) и подшипников скольжения (по схеме на приводном валу

рабочей машины одна пара подшипников*).

Значения КПД передач и подшипников выбрать из табл. 2.2 и

примечания.

Определить требуемую мощность двигателя

Р^^,

кВт:

Определить номинальную мощность двигателя

Р^^^,

кВт.

Значение номинальной мощности выбрать из табл. 2.1 по вели-

чине, большей, но ближайшей к требуемой мощности

Р^^:

Р > Р .

ном дв

Выбрать тип двигателя (см. табл. К.9).

Каждому значению номинальной мощности

Р^^^

соответствует в

большинстве не одно, а несколько типов двигателей с различными

частотами вращения, синхронными 3000, 1500, 1000, 750 об/мин.

Выбор оптимального типа двигателя зависит от типов

передач,

вхо-

дящих

привод,

кинематических

характеристик

рабочей машины

(см.

исходные

данные),

производится

после

определения передаточного

числа привода

и его

ступеней

(см. 2.2). При этом надо учесть, что

двигатели с большой частотой вращения (синхронной 3000 об/мин)

имеют низкий рабочий ресурс, а двигатели с низкими частотами

(синхронными 750 об/мин) весьма металлоемки, поэтому их неже-

лательно примен51ть без особой необходимости в приводах общего

назначения малой мощности.

В приведенном ниже примере рассматривается и анализируется

возможность применения для определенно выбранной номиналь-

ной мощности

Р^^^

всех типов двигателей.

Та блица 2.2. Значения КПД механических передач (без учета потерь

в подшипниках)

Тип передачи

Зубчатая:

цилиндрическая

коническая

Червячная при передаточном числе и\

свыше 30

» 14 до 30

» 8 » 14

Закрытая

0,96...0,97

0,95...0,97

0,70...0,75

0,80...0,85

0,85...0,95

Открытая

0,93...0,95

0,92...0,94

* в T31 и T318 — три пары подшипников качения и две пары пощиипников

скольжения. р 2Р

** в T31 следует определить р = -т^, а в T318 —Р ~—^ •

дв 2Г| ' ^^ Т1

Продолжение

табл.

2.2

Тип передачи Закрытая Открытая

Цепная

Ременная:

плоским ремнем

клиновыми (поликлиновым)

ремнями

0,95...0,97

0,90...0,93

0,96...0,98

0,95...0,97

Примечания:!. Ориентировочные значения КПД закрытых передач

в масляной ванне приведены для колес, выполненных по 8-й степени точности,

а для открытых

—

по 9-й; при более точном выполнении колес КПД может быть

повышен на

1...1,5%;

при меньшей точности

—

соответственно понижен. 2. Для

червячной передачи предварительное значение КПД принимают

1^з„=0,75..,0,85.

После установления основных параметров передачи значение КПД следует уточ-

нить (см. 4.3, п. 10). 3. Потери в подшипниках на трение оцениваются следу-

ющими коэффициентами: для одной пары подшипников качения Т1„^=0,99...0,995;

для одной пары подшипников скольжения

TI„^=0,98...0,99.

4. Потери в муфте

принимаются Лм*^»^^-

2.2.

Определение передаточного числа привода и его ступеней

Передаточное число привода

определяется отношением

номиналь-

ной

частоты вращения двигателя

п^^

частоте вращения приводного

вала рабочей машины

п^^

при

номинальной нагрузке

равно

произведе-

нию

передаточных чисел закрытой

и и

открытой

и передач:

Определить частоту вращения приводного вала рабочей ма-

шины п , об/мин:

а) для ленточных конвейеров, грузоподъемных и прочих машин:

v=^

бо-юоо'

отсюда п =

рм

60Ji000£

KD '

где

V —

скорость тягового органа, м/с; D

—

диаметр барабана, мм;

б) для цепных конвейеров:

^л 60-10001;

60-1000'

отсюда «р^=

где

t>—

скорость конвейера, м/с; z

—

число зубьев ведущей звездоч-

ки тягового органа; р

—

шаг тяговой цепи, мм.

Определить передаточное число привода для всех приемлемых

вариантов типа двигателя при заданной номинальной мощности

Р^^^

(см.

2.1, п. 4):

w.=

HOMI

«2=-

"рм

«3 =

"рм

Определить передаточные числа ступеней привода.

Определение и выбор передаточных чисел ступеней произвести

разбивкой передаточного числа привода для всех вариантов типа

двигателя (см. 2.1, п. 5) так, чтобы

Щ = ^зп1 ^опР ^2 = "зп2 "оп2; «3 = ^зпЗ ^огтЗ; -

где ы, и^^,

и^^

— соответственно передаточные числа привода, ре-

дуктора и открытой передачи (см. табл. 2.3).

При этом возможны три способа разбивки передаточного числа

и (выбирая способ, учесть стандартность передаточного числа зак-

рьггой передачи-редуктора

и^^

и нестандартность передаточного чис-

ла

и^^

— открытой):

а) оставить передаточное число редуктора

и^^

постоянным, из-

меняя передаточное число открытой передачи

и^^.

^оп1 М,„ ' ^оп2 «„ ' Ч

опЗ

б) оставить передаточное число открытой передачи

ы^^

постоян-

ным, изменяя передаточные числа редуктора

и^^,

в) наметить конкретные значения передаточных чисел редукто-

ра «зп и открытой передачи

и^^

для первого варианта, а в последую-

щих вариантах получать передаточные числа ступеней умножением

предьщущих чисел на соответствующий множитель К:

для 2-го варианта

К,-л\^

;

для 3-го варианта

^!Гз=д1—

w т. д

Тогда для 2-го варианта

и^^^=

и^^^К^;

и^^^=

и^^^К,;

для 3-го варианта

и^^^

и^^^К^;

и^^^

и^^^К^

и т. д.

Разбивка передаточного числа привода

должна обеспечить ком-

пактность каждой ступени передачи и соразмерность ее элементов.

Так, в технических заданиях 4 и 16 передаточные числа открытых

зубчатых передач должны быть достаточно большими, так как коле-

са этих передач связаны в первом случае с колонной поворотного

крана, а во втором — с тарелкой питателя больших диаметров; в

технических заданиях 9 и

передаточное число ременной и цепной

передач должно быть небольшим, ибо в противном случае получат-

ся большие диаметры ведомых шкива и звездочки, что скажется на

соразмерности элементов передач всех ступеней, и т. п.

Для того

чтобы

габариты передач не были

чрезмерно

большими,

нужно придерживаться некоторых средних значений

и^^

и^^,

по воз-

можности не доводя их до

наибольших,

допускаемых лишь

отдельных

случаях.

Определить максимальное допускаемое отклонение частоты

вращения приводного вала рабочей машины An , об/мин

где 5, %

—

допускаемое отклонение скорости приводного вала ра-

бочей машины (см. технические задания).

Определить допускаемую частоту враш[ения приводного вала

рабочей машины с учетом отклонения [п ], об/мин:

рм-"

[п ] = п ±Ап .

*- рм-" рм рм

При

ЭТОМ

[n^J может существенно повлиять на предварительную

разбивку передаточного числа привода и. Поэтому оптимальные

передаточные числа

и^^

можно получить подбором необходимо-

го значения допускаемого отклонения частоты вращения в пределах

максимального: от --An до +А/2 (в том числе An =0).

рм рм ^ рм ^

6. Определить фактическое передаточное число привода и^:

и=п /\п ]

ф ном' L рм-"

Уточнить передаточные числа закрытой и открытой передач в

соответствии с выбранным вариантом разбивки передаточного чис-

ла привода:

^..^ W./w или и= и,/и '

оп ф' зп зп ф / оп'

при ЭТОМ предпочтительнее уточнить и^^, оставив неизменным

стандартное значение

и^^.

Таблица2.3.

Рекомендуемые значения передаточных чисел

Закрытые зубчатые передачи (редукторы) одноступенчатые

конические (ГОСТ 2185— 66):

1-й ряд-2,0; 2,5; 3,15; 4,0;

2-й ряд-2,24; 2,8; 3,55; 4,5;

Значения 1-го ряда следует предпочитать значениям 2-го ряда

цилиндрические и

5,0; 6,3;

5,6; 7,1.

Закрытые червячные передачи (редукторы) одноступенчатые для червяка с чис-

лом витков г,=1; 2; 4 (ГОСТ 2144-75):

1-й ряд-10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5;

2-й ряд-11,2; 14; 18; 22,4 28; 35,5.

Значения 1-го ряда следует предпочитать значениЯхМ 2-го ряда.

Открытые зубчатые передачи: 3...7

Цепные передачи: 2...4

Ременные передачи (все типы): 2..

2.3.

Определение силовых и кинематических параметров привода

Силовые (мощность и вращающий момент) и кинематические

(частота вращения и угловая скорость) параметры привода рас-

считывают на валах

привода

из

требуемой

(расчетной)

мощности

двигателя

Р^^

и его

номинальной частоты вращения

п^^^

при

уста-

повившемся режиме (табл. 2.4). Валы привода смотри: на кине-

матической схеме машинного агрегата в техническом задании и

на рис. 1.1.

Таблица2.4. Определение силовых и кинематических параметров привода

Параметр

Мощность

кВт

Частота

вращения

об/мин

Угловая

скорость

со ,

1/с

Вращающий момент

Г, Н-м

Вал

(см.

ТЗ)

дв

рм

дв

рм

дв

рм

Последовательность соединения элементов привода

но кинематической схеме

дв -•оп -•зи -•м -•рм

Л.

Л=^двЛо„Л„к

^2=ЛПЛк

Лм=ЛЛмЛ„с

''ном

''l

"^"''зп

''рм= ^1

'^''ном

^ном 30

(й

ном

оп

<"i

(0,

• - ••

«>рм='"2

Лв-10^

^^^ ^иом

^Г^д«"опПопЛпк

^2=^1«зпЛз„Ппк

^рм^^З^мЛпс

ДВ

-•м -•зп -•оп -•рм

л.

Л=^лл«

Л'-Р.лл,

''ри=Л»иП„с

"„ом

п-"»^

«.

«рм-1Г~

оп

л,.-"

«"•к»

">„о--

">.=<«>„»

<0|

'^г

со =

оп

",.•10^

со

ном

^|=^д.П„Л™,

^2=7',«,„ЛЛ,

''р«=^2''«,ЯЛс

Пример. Выбрать двигатель привода ковшового элеватора; опре-

делить общее передаточное число привода и произвести его разбив-

ку (см. Т314).

Исходные данные: тяговая сила ленты F =2,6 кН;

скорость ленты v- 0,8 м/с; диаметр барабана D =294 мм; допускае-

мое отклонение скорости ленты 5=5%.

Определяем требуемую мощность элеватора:

Р =Ft> = 2,6-10^

•

0,8 = 2,08

•

10^

Вт = 2,08 кВт.

Определяем КПД привода:

Л=ЛзптпЛмЛ'пЛс=0'97

•

0,93

•

0,98

•

0,995^ -.0,99=0,87.

Находим требуемую мопцюсть двигателя:

Р.. 2,08 ^ ^о ^

2,39 кВт

Р =

0,87

По

табл.

К9 выбираем двигатель серии 4А с номинальной мощ-

ностью ^„0^=3 кВт, применив для расчета четыре варианта типа дви-

гателя:

Вариант

Тип двигателя

4АМ112МВ8УЗ

4АМ112МА6УЗ

4АМ10054УЗ

4АМ90Ь2УЗ

Номинальная

мощность Р^^, кВт

3,0

Частота вращения, об/мин

синхронная

750

1000

1500

3000

при номинальном

режиме п^^

700

955

1435

2840

5. Определяем частоту вращения барабана:

60 -lOOOt» 60-1000-0,8

= 52 об/мин.

'рм KD 3,14-294

6. Находим передаточное число привода и для каждого варианта:

и =

7. Производим разбивку передаточного числа привода и, прини-

мая для всех вариантов передаточное число редуктора постоянным

= 4,5 (1-й способ):

Передаточное число

Привода и

Цепной передачи

и^^

Конического редуктора

и^^

Варианты

13,46

2,99

4,5

18,36

4,08

4,5

27,60

6,13

4,5

54,61 1

Если здесь применить 3-й способ разбивки, то находим множи-

тели: K^=^fйJu=^J 18,36/13,46 ^

1,17;Хз

= V^2= V 27,6/18,36^

^1,23.

Тогда при ^зп1^ 4,5, и^^^=

и^^^К^=

4,5-1,17 = 5,26, по табл. 2.3

выбираем

и^^^

= 5 и определяем

и^^^

= uju^^^ = 18,36/5 = 3,67; при

^зпз~

^зп2^з^ 5

•

1,23 = 6,15, по

табл.

2.3 выбираем и^^^ 6,3 и опреде-

ляем w^„3= V^3n3= 27,6/6,3 = 4,38.

Очевидно, что при приемлемом значении

и^^^

остальные значения

передаточных чисел при полученньхх

А^

А'з

и принятом

и^^

= 4,5 боль-

шие.

Теперь нужно, варьируя значениями «ЗПР добиться оптималь-

ных значений передаточных чисел

и^^

и^^,

8. Анализируя полученные значения передаточных чисел (1-й спо-

соб),

приходим к выводу:

а) четвертый вариант (и =

54,61;

л^^^= 2840 об/мин) затрудняет

реализацию принятой схемы двуступенчатого привода посредством

конического редуктора и цепной передачи из-за большого переда-

точного числа и всего привода;

б) первый вариант (и = 13,46; п^^^ 700 об/мин) не рекоменду-

ется для приводов общего назначения (см. 2.1, п. 5);

в) в третьем варианте (и = 27,6; л^^^= 1435 об/мин) получилось

большое значение передаточного числа цепной передачи, умень-

шение которого за счет увеличения передаточного числа редуктора

нежелательно;

г) из рассмотренных четырех вариантов предпочтительнее вто-

рой: и =18,36 «„о„= 955 об/мин. Здесь передаточное число цепной

передачи можно уменьшить за счет допускаемого отклонения ско-

рости ленты элеватора и таким образом получить среднее приемле-

мое значение.

9. Определяем максип«ально допустимое отклонение частоты вра-

щения приводного вала элеватора:

АЛр^= /1р^6/100 = 52

•

5/100 = 2,6 об/мин.

10.

Определяем допускаемую частоту вращения приводного вала

элеватора, приняв АА7р^= +1,05 об/мин:

[^м] =

«РМ+

^%.- 52 +1,05 = 53,05 об/мин;

отсюда фактическое передаточное число привода

"Ф [nj 53,05 ^^'

передаточное число цепной передачи и = — = — =4.

°" "зп 4,5

Таким образом, выбираем двигатель 4АМ112МА6УЗ

{Р^^^^=

3 кВт,

^ном"^ 955 об/мин); передаточные числа: привода

= 18, редуктора

и^^= 4,5, цепной передачи w^^= 4.

Табличный ответ к задаче 2 (табл. 2.5).

Таблица 2.5. Силовые и кинематические параметры привода

Ти

двигателя...

Пapa-

метр

Переда-

точное

число и

КПД

Передача

закрытая

(редук-

тор)

откры-

тая

Р^=...

кВт; п

Параметр

Расчетная

мощность Р,

кВт

Угловая

скорость

CD, 1/с

Частота враще-

ния /?, об/мин

Вращающий

момент Г, Н

•

двига-

теля

,„м~—

об/мин

Вал

редуктора

быстро-

ходный

тихо-

ходный

привод-

ной

рабочей

машины

Характерные ошибки:

Неправильные вычисления.

Неправильно выбраны КПД.

Неправильно рассчитаны передаточные отношения привода и его ступе-

ней.

Неправильно определены номинальная мощность и номинальная частота

вращения двигателя.

Неправильно выбрана последовательность соединения элементов приво-

да по табл. 2.4.