Узел редуктора электромеханического привода (стр. 1 из 5)

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра машиноведения и деталей машин

Курсовая работа

«УЗЕЛ РЕДУКТОРА ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРИВОДА»

Исполнитель:

студентка гр. 2856/1

Касимова Е.К.

Преподаватель:

Ружков В.А

Санкт-Петербург

2010

Оглавление

Техническое задание

Введение

1. ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ ОСНОВНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ПРИВОДА

1.1 Определение КПД привода и выбор электродвигателя

1.2 Определение общего передаточного отношения привода и разбивка его по ступеням

1.3 Определение частот вращения, мощности и крутящих моментов на валах

1.4 Проектировочный расчёт валов, выбор подшипников и определение межосевых расстояний с учётом габаритов подшипников

1.4.1 Выбор муфты

1.4.2 Проектировочный расчёт валов

1.4.3 Предварительный выбор подшипников качения

1.4.4 Определение межосевых расстояний с учётом габаритов подшипников

1.5 Геометрический расчёт параметров зубчатых колёс

Литература

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 крупносерийный.

Привод реверсивный.

1. Номинальный крутящий момент на валу исполнительного механизма (ИМ) Т_им =1500 Н×м;

2. Частота вращения выходного вала редуктора n_им =80 об/мин;

3. Синхронная частота вращения вала электродвигателя n_с =3000 об/мин;

4. Расчётный ресурс L=8000 час.

ВВЕДЕНИЕ

Цель анализа работоспособности механизма в данной работе – разработка проекта узла привода редуктора минимально возможных габаритов, находящегося в составе электромеханического привода.

Средство достижения этой цели – рациональное применение объёмного и поверхностного упрочнения зубьев зубчатых передач.

Способ – расчётная оценка работоспособности деталей зубчатых зацеплений и других деталей редуктора с учётом ограничений, обусловленных их взаимодействием с другими деталями и узлами редуктора и привода в целом.

В работе представлены результаты оценки диаметров выходного вала редуктора с учётом установки на нём 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.

1. ОЦЕНКА ПАРАМЕТРОВ ОСНОВНЫХ СОСТАВЛЯЮЩИХ ПРИВОДА

электромеханический привод редуктор габариты

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

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

Р_ИМ = Т_ИМ w_ИМ, (1.1)

где ω_им – угловая скорость, рад/с.

Угловая скорость вычисляется по формуле

ω_им=π·n_им/30 (1.2)

ω_им=3,14·80/30=8,37 рад/с

Подставляя полученную величину в формулу (1.1) получим

P_им=1500·8,37 =12560 Вт

Мощность электродвигателя можно вычислить по формуле

P_эл= P_им/η_пр, (1.3)

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

η_пр= (η_рп·η_п·η_зп)(η_зп ·η_п)(η_п·η_м), (1.4)

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

Выбираем η_рп=0,95;

η_п=0,99;

η_зп=0,99;

η_м=0,99.

Подставив выбранные значения КПД в формулу (1.4), получаем

η_пр=0,95∙0,99∙0,99∙0,99∙0,99∙0,99∙0,99=0,894

Воспользовавшись формулой (1.3), находим мощность электродвигателя

P_эд=12560/0,894=14049 Вт

Выбираем асинхронный трехфазный электродвигатель переменного тока так, что бы номинальная мощность была больше, чем мощность электродвигателя с синхронной частотой n_c=3000 об/мин.

Технические характеристики двигателя

По справочнику:

Выбран электродвигатель марки 4А160S2;

паспортная мощность Р_ЭД = 15,0 кВт ;

синхронная частота n_с = 3000 об/мин;

частота двигателя n_дв= 2940 об/мин;

отношение пускового момента к номинальному моменту Т_П / Т_Н =1,4;

диаметр присоединительного участка вала ЭД d_ЭД =42 мм,

длина присоединительного участка вала ЭДl_ЭД =110 мм.

1.2 Определение общего передаточного отношения привода и разбивка его по ступеням

Общее передаточное отношение привода вычисляется по формуле

i_пр=n_дв/n_им, (1.5)

где n_дв – асинхронная частота вращения двигателя, об/мин;

i_пр – общее передаточное отношение привода.

Подставив численные значения, получим

i_пр=2940/80=36,25

Для нахождения передаточного отношения редуктора назначим i_рп =2

и воспользуемся формулой

i_пр= i_рп·i_рд, (1.6)

где i_рд – передаточное отношение редуктора.

Преобразуя (1.6), получим

i_рд= i_пр/i_рп =36,25/2=18,12 (1.7)

Передаточное отношение редуктора так же можно выразить через формулу

i_рд=u_б·u_т, (1.8)

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

Значение передаточного отношения тихоходного вала вычисляем по формуле

u_т=

(1.9)

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

u_б= i_рд/ u_т=18,12/4=4,53 (1.10)

Стандартизуем рассчитанные передаточные отношения: u_б=5, u_т=4.

Уточняем передаточное отношение ременной передачи по формуле

i_рп= i_пр / (u_б·u_т)=36,25/(4*5)=1,81

1.3 Определение частот вращения, мощности и крутящих моментов на валах

Угловая скорость

входного вала редуктора w_ВВх= w_им u_т u_б = 8,37* 20 = 167,4 1/с;

промежуточного вала w_ПР= w_им u_т = 8,37*4 =33,48 1/с;

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,

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_iи угловой скорости данного валаw_i:

Т_i = Р_i/ w_i.

С помощью следующих формул найдем численные значения частот вращения первого и второго валов

n₁= n_дв/ i_рп=2940/1,81=1624 об/мин (1.11)

n₂= n₁/ u_б=1624/5=325 об/мин (1.12)

Для вычисления мощностей первого и второго валов воспользуемся формулами

P₁=P_эл·η_рп=14037·0,95=13335 Вт (1.13)

P₂=P₁·η_пк·η_зпб =13335·0,99·0,99=13070 Вт (1.14)

Вычислим крутящие моменты валов по формуле

T_i= P_i/ω_i, (1.15)

ω_i=π·n_i/30 (1.16)

где i=1; 2; эл.

Преобразуя формулы (1.15) и (1.16), получим

T_i= P_i·30/(π·n_i) (1.17)

T_эл= P_эл·30/(π·n_эл)=14037·30/(3,14·2940)=45,57 Н·м

T₁= P₁·30/(π·n₁)= 13335·30/(3,14·1600)=79,65 Н·м

T₂= P₂·30/(π·n₂)= 13070·30/(3,14·320)=390,38 Н·м

Таблица 1

Энерго-кинематические параметры элементов привода

Мощность,Вт	Частота вращения,об/мин	Угловая скорость,рад/с	Момент,Нм	Передаточноечисло
Исполнительный механизм	12555	80	8,37	1500
Муфта выходного вала	12681	80	8,37	1515
Зубчатое колесо выходного вала	12809	80	8,37	1530	uт=4
Шестерня промежуточного вала	12939	320	33,48	386
Зубчатое колесо промежуточного вала	13070	320	33,48	390,38	uб=5
Шестерня входного вала	13202	1600	167,4	78,86
Входной вал редуктора	13335	1600	167,4	79,65	iрп=1,84
Вал электродвигателя	14037	2940	308	45,57

Пример расчёта параметров условий работы шестерни промежуточного вала

1. Угловая скорость w_ПР= 33,48 /с;

2. Значение h_I = h_зпh_пк∙h_м= 0,99∙0,99∙0,99= 0.97 ;

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

3. Мощность Р _Ш-ПР, передаваемая шестерней промежуточного вала

Р _Ш-ПР = Р _ИМ/h_I= 12555/0.97 = 12939 Вт;

4. Момент Т_Ш-ПР, передаваемый шестерней промежуточного вала

Т_Ш-ПР = Р _Ш-ПР/ w_ПР= 12939/33,48 = 386 Нм.