Энергетический и кинематический расчет привода

Перед началом расчета следует изучить раздел: «Передачи и их характеристики» [1] с. 117…118, [2] с. 5…10, [4] с.40…49.

При изучении прежде всего необходимо обратить внимание на назначение и роль передач в машинах и их классификацию, научиться читать кинематические схемы передач.

В передачах следует различать два основных звена: входное (ведущее) и выходное (ведомое). Ведущие звенья и их параметры отмечаются индексом 1, а ведомые - индексом 2, т.е. Р₁, Т₁, w₁, d₁ – соответственно мощность, вращающий момент, угловая скорость, диаметр на ведущем валу; Р₂, Т₂, w₂, d₂ – то же на ведомом.

Любая передача характеризуется следующими параметрами: мощность Р кВт, быстроходностью n мин^-1(об/мин) или w с^-1(рад/с), передаточным отношением i , или передаточным числом u и коэффициентом полезного действия h . Мощность и быстроходность – основные характеристики передачи, они минимально необходимы и достаточны для проведения проектного расчета. Общее передаточное отношение определяют из выражения

,

где – быстроходность вала двигателя; – требуемая быстроходность вала рабочей машины.

Поскольку привод, как правило, компонуется из нескольких передач, то

i_общ=i₁× i₂ × …× i_n,

где i₁, i₂…-передаточные отношения отдельных передач.

Передаточное отношение различных типов передач выбирают по рекомендациям:

Закрытая зубчатая

с цилиндрическими колесами 2, 5…4, 5

с коническими колесами 2…4

Червячная закрытая 8…50

Цепная 2…6

Ременная

плоским ремнем 2…4

клиновым ремнем 2…5

Исходные данные на курсовой проект содержат следующие параметры: 1) окружная сила на барабане конвейера F_t, Н; 2) окружная скорость V, м/с; 3) диаметр барабана D, м.

По этим данным число оборотов в минуту выходного вала привода определяется по формуле:

, об/мин.

Мощность на выходном валу привода:

, Вт.

Требуемая мощность электродвигателя определяется по формуле:

где h_общ- общий КПД привода, равный произведению частных КПД отдельных передач привода:

.

Приближенные значения частных КПД передач с учетом потерь в подшипниках приведены в табл. 1. Тип и марку электродвигателя выбирают из каталога по номинальной мощности Р_н- ближайшей большей к требуемой мощности Р_Д и номинальной быстроходности n_Д – ближайшей к требуемой n_дв (см. табл. 2П). Крайних значений по возможности следует избегать, так как использование высокоскоростных двигателей приводит к увеличению габаритов привода, а тихоходные – сами имеют большие габариты.

Типоразмер принятого электродвигателя зависит от режима работы исполнительного механизма. В частности, для приводов конвейеров рекомендуются электродвигатели типа АП2 и АОП2 с повышенным пусковым моментом, позволяющим привести в движение конвейер под нагрузкой. В приводах с частым реверсированием (например, приводы лебедок) или в случае ударной нагрузки на рабочем органе следует ориентироваться на двигатели типа АС2 и АОС2 (с повышенным скольжением). В приложении (см. табл.2П) приведены электродвигатели серии 4А общепромышленного применения.

При длительной постоянной или незначительно меняющейся нагрузке, которая предусмотрена в заданиях на проект, двигатель подбирается по номинальной мощности.

Прочностной расчет элементов привода следует производить не по номинальной мощности электродвигателя, а по требуемой, которую он фактически будет развивать в период установившегося режима.

После выбора электродвигателя уточняется общее передаточное отношение привода:

.

Если в кинематической схеме привода имеется открытая (цепная, ременная и др.) передача, то её оптимальное отношение i_о.п. выбирают по приведенным рекомендациям. Тогда передаточное отношение (число) редуктора:

 

Определение частоты вращения и вращающих моментов на валах привода приведены в примере расчета:

 

Значения КПД механических передач. Таблица 1

 

Тип паредачи	Закрытая	Открытая
Зубчатая цилиндрическая	0, 96…0, 98	0, 93…0, 95
Зубчатая коническая	0, 95…0, 97	0, 92…0, 94
Червячная (z1=1) (z2=2)	0, 7…0, 75	-
Цепная	0, 95…0, 97	0, 90…0, 95
Плоскоременная	-	0, 96…0, 98
Клиноременная	-	0, 96…0, 97
Упругая муфта (МУВП)	0, 98	-
Подшипники качения (пара)	0, 99…0, 995	-

 

 

Рис 1. Привод ленточного конвейера

1- электродвигатель; 2- цепная передача; 3- редуктор; 4- муфта; 5- барабан; 6- плита (рама).

Пример 1. Для привода конвейера, кинематическая схема которого изображена на рис. 1, подобрать электродвигатель, выполнить кинематический и силовой расчёт. Окружная сила на барабане F_t = 3 кН (рабочей машины), окружная скорость ленты конвейера V = 2, 1 c^-1, диаметр барабана D = 400 мм.

 

1. Мощность на валу барабана Р_Б:

,

где F_t – окружная сила на барабане, кН; V – скорость ленты конвейера, c^-1.

2. Частота вращения барабана n_Б:

,

где D – диаметр барабана, м.

 

3. Общий КПД привода:

,

где η ₁= 0, 97 – КПД пары закрытых цилиндрических зубчатых колёс с учётом потерь в опорах;

η ₂ = 0, 92 – КПД открытой цепной передачи;

η ₃ = 0, 98 – КПД муфты;

η ₄= 0, 99 – КПД подшипников качения на валу барабана.

4. Требуемая мощность двигателя:

5. Требуемая быстроходность вала двигателя:

Принимаем передаточное отношение цепной передачи i_Ц = 3, а для редуктора i_р = 4 [3] с. 23. Выбираем электродвигатель (табл. 2П) трёхфазный короткозамкнутый серии 4А, закрытый, обдуваемый тип 132М6 с номинальной быстроходностью вала n_н = 970 мин^-1, Р_н = 7, 5 кВт.

6. Уточнённое передаточное отношение привода:

Принимаем i_ц = 3;

7. Частоты вращения (угловые скорости валов привода):

n_Д = n_н = 970 мин^-1;

n₁ = n_Д ;

Отклонение от не превышает 4%, что допустимо.

8. Мощности на валах привода:

Р_Б = 6, 3 кВт

9. Моменты вращения на валах привода:

Результаты расчёта приводим в таблице 2.

 

Кинематические и силовые параметры привода. Таблица 2

Наименова- ние	Индекс	Частота вращения n, мин-1	Угловая скорость с-1	Мощность, Р, кВт	Момент расчётный Т, Нм	Передаточ-ное число передач
Вал двигателя	Д		101, 53	7, 28	71, 70
Быстроход- ный вал			101, 53	7, 13	70, 23	3, 22
Тихоходный вал		301, 21	31, 53	6, 92	219, 47
Вал барабана	Б	100, 41	10, 51	6, 3	599, 43
Цепная передача

Расчет ременной передачи

Опыт эксплуатации передач в различных машинах и механизмах показал, что работоспособность ременных передач ограничивается преимущественно тяговой способностью и долговечностью ремня. Расчет ременных передач проводится в два этапа: первый - проект­ный расчет с целью определения геометрических параметров переда­чи; второй - проверочный расчет ремней на прочность. Эти виды расчетов для плоских, клиновых и поликлиновых ремней подробно рассмотрены в литературе:

/1/c 267…293/, /4/c 79…85/.

Последовательность расчета ременной передачи:

 

Рис. 2. Геометрические и силовые параметры ременной передачи.

Сечение ремня: а-плоского; б-клинового; в-поликлинового

 

1. Выбрать сечение ремня:

 

Клиновые ремни общего назначения выпускают с различными размерами сечений, которые обозначают О, А, Б, В, D и E, поликлиновые ремни K, L, M. Сечения ремней выбирают по номограмме (рис. 3, 4, 5) в зависимости от передаваемой мощности ведущим шкивом _, (номинальная мощность двигателя ) и его частоты вращения об/мин (номинальная частота вращения двигателя ).

 

 

 

Рис.3. Номограмма для выбора клиновых ремней нормального сечения

 

Клиновые ремни типа О применяют для передач мощностью до 2 кВт, типа D и Е – свыше 20 кВт.

2. Определить минимально допустимый диаметр ведущего шкива

по табл.3, в зависимости от вращающего момента на валу двигателя и выбранного сечения ремня.

Таблица 3

Обозначение сечения ремня	Нормального сечения	Узкого сечения	Поликлиновые
О	А	Б	УО	УА	УБ	К	Л	М
Вращающий момент, Н·м	< 30	15…60	50…150	< 150	90…400	300…2000	< 40	18…400	> 130
D1min, мм

 

3. Диаметр ведущего шкива определить по эмпирической зависимости

,

где – вращающий момент, . Полученный результат округлить до значения из стандартного ряда (табл. 1П). Выбранное стандартное значение должно удовлетворять условию

.

При выборе диаметра следует учитывать, что при меньших диаметрах уменьшаются габариты передачи, но увеличивается число ремней.

4. Определить диаметр ведомого шкива

,

где - передаточное отношение ременной передачи; - коэффициент скольжения; =0, 01…0, 02. Полученное значение округлить до ближайшего стандартного (табл. 3П).

5. Определить фактическое передаточное отношение и проверить его отклонение от заданного

;

 

6. Определить ориентировочное межосевое расстояние

,

где - высота сечения клинового (поликлинового) ремня (см. табл. 4П).

 

Рис 4. Номограмма для выбора клиновых ремней узкого сечения

 

 

Рис. 5. Номограмма для выбора поликлиновых ремней

 

7. Определить расчетную длину ремня

значение l округлить до ближайшего стандартного по табл. 4П.

8. Уточненное значение межосевого расстояния по стандартной длине

9. Определить угол обхвата ремнем ведущего шкива

угол должен быть ≥ 120°

10. Определить скорость ремня

,

где и - соответственно диаметр ведущего шкива, мм и его частота вращения, об/мин; - допускаемая скорость, м/с; =25 м/с – для клиновых ремней; =40 м/с – для узких клиновых и поликлиновых ремней.

11. Определить частоту пробегов ремня , с^-1

где =30 с^-1 – допускаемая частота пробегов.

Соотношение условно выражает долговечность ремня и его соблюдение гарантирует срок службы – 1000…5000 час.

12. Определить допускаемую мощность, передаваемую одним клиновым ремнем или поликлиновым ремнем с десятью клиньями

, кВт

- клиновым ремнем

- поликлиновым,

где - допускаемая приведенная мощность, передаваемая одним клиновым ремнем или поликлиновым ремнем с десятью клиньями, кВт выбирается из табл. 4, в зависимости от типа ремня, его сечения, скорости и диаметра ведущего шкива ; - поправочные коэффициенты из табл. 5.

 

Допускаемая мощность кВт, передаваемая одним клиновым ремнем.

Таблица 4

Тип ремня	Сечение; , мм	Диаметр меньшего шкива , мм	Скорость ремня , м/c
Клиновой	О		-	0, 33	0, 49	0, 82	1, 03	1, 11	-	-
	-	0, 37	0, 56	0, 95	1, 22	1, 37	1, 40	-
	-	0, 43	0, 62	1, 07	1, 41	1, 60	1, 65	-
	-	0, 49	0, 67	1, 16	1, 56	1, 73	1, 90	1, 85
	-	0, 51	0, 75	1, 25	1.69	1, 94	2, 11	2, 08
	-	0, 54	0, 80	1, 33	1, 79	2, 11	2.28	2, 27
Клиновой	А		-	0, 71	0, 84	1, 39	1, 75	1, 88	-	-
	-	0, 72	0, 95	1, 60	2, 07	2, 31	2, 29	-
	-	0, 74	1, 05	1, 82	2, 39	2, 74	2, 82	2, 50
	-	0, 80	1, 15	2, 00	2, 66	3, 10	3, 27	3, 14
	-	0, 87	1, 26	2, 17	2, 91	3, 42	3, 67	3, 64
	-	0, 97	1, 37	2, 34	3, 20	3, 78	4, 11	4, 17
Б		-	0, 95	1, 39	2.26	2, 80	-	-	-
	-	1, 04	1, 61	2, 70	3, 45	3, 83	-	-
	-	1, 16	1, 83	3.15	4.13	4, 73	4, 88	4, 47
	-	1, 28	2, 01	3.51	4.66	5, 44	5, 76	5, 53
	-	1.40	2, 10	3, 73	4.95	5, 95	6, 32	6, 23
	-	1, 55	2, 21	4.00	5, 29	6, 57	7, 00	7, 07
Узкий клиновой	УО		-	0, 68	0, 95	1, 50	1, 80	1, 85	-	-
	-	0, 78	1, 18	1, 95	2, 46	2, 73	2, 65	-
	-	0, 90	1, 38	2, 34	3, 06	3, 50	3, 66	-
	-	0, 92	1, 55	2, 65	3, 57	4.20	4, 50	4, 55
	-	1.07	1, 66	2, 92	3, 95	4, 72	5, 20	5, 35
	-	1, 15	1, 80	3, 20	4, 35	5, 25	5, 85	6, 15
	-	1, 22	1, 90	3, 40	4, 70	5, 70	6, 42	6, 85
УА		-	1, 08	1, 56	2, 57	-	-	-	-
	-	1, 26	1, 89	3, 15	4, 04	4, 46	-	-
	-	1.41	2, 17	3, 72	4, 88	5, 61	5, 84	-
	-	1, 53	2, 41	4, 23	5, 67	6, 0	7, 12	11, 5
	-	1, 72	2, 64	4, 70	6, 3	7, 56	8, 25	13, 3
	-	1, 84	2, 88	5, 17	7, 03	8, 54	9, 51	15, 1
Узкий клиновой	УБ		-	1, 96	2, 95	5, 00	6, 37	-	-	-
	-	2, 24	3, 45	5, 98	7, 88	9, 10	9, 49	-
	-	2, 46	3, 80	6, 70	9, 05	10, 6	11, 4	11, 5
	-	2, 64	4, 12	7, 3	10, 0	11, 9	13, 1	13, 3
	-	2, 81	4, 26	7, 88	10, 7	13, 0	14, 6	15, 1
Поли- клиновой	К		0, 65	0, 90	1, 4	2, 4	3, 2	3, 7	-	-
	0, 7	0, 98	1, 55	2, 7	3, 6	4, 3	4, 9	-
	0, 76	1, 06	1, 65	2, 9	4, 0	4, 8	5, 3	-
	0, 85	1, 18	1, 86	3, 4	4, 6	5, 7	6.4	6, 8
	0, 88	1, 25	2, 0	3, 6	4, 9	6, 0	6, 9	7, 4
	0, 92	1, 3	2, 05	3, 7	5, 2	6, 4	7, 3	7, 9
Поли- клиновой	Л		1, 9	2, 57	3, 9	6, 4	7, 9	8, 3	-	-
	2, 2	2, 96	4, 5	7, 6	9, 7	10, 8	-	-
	2, 3	3, 2	5, 0	8, 6	11, 2	12, 7	13, 0	-
	2, 54	3, 53	5, 5	9, 6	12, 7	14, 7	15, 3	-
	2, 7	3, 76	5, 9	10, 4	13, 9	16, 3	17, 4	17, 0
	2, 9	4, 04	6, 3	11, 0	15, 0	17, 8	19, 2	19, 0
М		7, 1	9, 57	14.5	24, 0	30, 2	32, 8	31, 8	24, 2
	7, 7	10, 56	16, 3	27, 7	35, 8	30, 3	40, 4	35, 4
	8, 5	11, 67	18, 0	31, 3	41, 2	47, 5	49, 5	46, 3

Таблица 5

 

 

Коэффициент динамичности нагрузки и длительности работы
Характер нагрузки	спокойная	с умеренными колебаниями	со значительными колебаниями	ударная и резко неравномерная
	1, 0	0, 9	0, 8	0, 7
Примечание: при двухсменной работе следует понижать на 0, 1, при трехсменной – на 0, 2
Коэффициент угла обхвата на меньшем шкиве
Угол обхвата
	для плоских ремней	1, 0	0, 97	0, 94	0, 91	–	–	–
для книновых и поликлиновых ремней	1, 0	0, 98	0, 95	0, 92	0, 89	0, 86	0, 83
Коэффициент влияния натяжения от центробежной силы
Скорость ремня , м/c
	для плоских ремней	1, 04	1, 03	1, 0	0, 95	0, 88	0, 79	0, 68
для клиновых и поликлиновых ремней	1, 05	1, 04	1, 0	0, 94	0, 85	0, 74	0, 6
Коэффициент влияния отношения расчетной длины ремня к базовой
Отношение	0, 4	0, 6	0, 8	1, 0	1, 2	1, 4
	для клинового ремня нормального сечения	0, 82	0, 89	0, 95	1, 0	1, 04	1, 07
для клинового узкого и поликлинового ремней	0, 85	0, 91	0, 96	1, 0	1, 03	1, 06
Коэффициент числа ремней в комплекте клиноременной передачи
Ожидаемое число ремней	2…3	4…5
	0, 95	0, 90	0, 85

 

13. Определить количество клиновых ремней или число клиньев поликлинового ремня :

комплект клиновых ремней:

число клиньев поликлинового ремня:

В проектируемых передачах малой и средней мощности рекомендуется для клиновых ремней из-за неравномерности нагружения, число клиньев поликлинового ремня выбирают по табл. 4П.

При необходимости уменьшить расчетное количество ремней (число клиньев) следует увеличить диаметр ведущего шкива или перейти на большее сечение ремня.

 

14. Определить силу предварительного натяжения , :

одного клинового ремня

поликлинового ремня

15. Определить окружную силу, передаваемую комплектом клиновых ремней или поликлиновым ремнем , :

16. Определить силы натяжения ведущей и ведомой ветвей, :

одного клинового ремня ;

поликлинового ремня ;

17. Определить силу давления на вал , :

комплекта клиновых ремней

поликлинового ремня .

18. Проверить прочность одного клинового ремня или поликлинового ремня по максимальным напряжениям в сечении ведущей ветви :

,

где а) - напряжение растяжения;

в клиновом ремне;

в поликлиновом ремне;

 

- площадь поперечного сечения ремня по табл. 4П.

 

б) - напряжение изгиба;

в клиновом ремне;

в поликлиновом ремне.

Здесь - модуль продольной упругости, при изгибе для прорезиненных ремней.

 

в) - напряжение от центробежных сил;

- напряжение от центробежных сил;

Здесь - плотность материала ремня ,

- для клиновых и поликлиновых ремней.

 

г) - допускаемое напряжение на растяжение;

- для клиновых ремней;

- для поликлиновых ремней.

 

Если получится, что , то следует увеличить диаметр или принять большее сечение ремня и повторить расчет.

 

Пример 2. Рассчитать клиноременную передачу, если мощность на валу , передаточное отношение , частота вращения ведущего вала . Передача горизонтальная, нагрузка спокойная.

Решение:

 

1. По рис. 2 выбираем тип сечения ремня при и

2. Определяем минимальное значение диаметра ведущего шкива

При вращающем моменте

для сечения ремня типа Б по табл. 3 принимаем .

 

3. Определяем диаметр ведущего шкива:

.

По номинальному ряду выбираем , .

 

4. Определяем диаметр ведомого шкива:

.

Принимаем по номинальному ряду .

 

5. Определяем фактическое передаточное отношение:

,

 

отклонение от заданного

,

что допустимо.

 

 

6. Определяем ориентировочное расстояние, :

 

, для сечения типа Б, табл. 4П. Принимаем

 

 

7. Определяем расчетную длину ремня, :

Округляем до ближайшего стандартного по табл. 4П, .

 

 

8. Уточняем межосевое расстояние, :

 

 

9. Определяем угол обхвата ремнем малого шкива:

.

 

10. Определяем скорость ремня:

,

.

 

 

11. Определяем частоту пробегов ремня:

,

.

 

 

12. Определяем допускаемую мощность, передаваемую одним ремнем:

По табл.4 при .

По табл.5 при .

 

 

13. Определяем количество ремней ( ):

.

Принимаем .

 

 

14. Определяем предварительное натяжение ремня:

 

 

15. Определяем окружную силу:

 

16. Определяем силу натяжения ведущей и ведомой ветвей ремня:

17. Определяем силу давления на вал:

 

Проверочный расчет

 

18. Проверяем прочность клинового ремня по максимальным напряжениям в сечении ведущей ветви:

.

а) Напряжение растяжения

, табл. 4П.

б) Напряжение изгиба

в) Напряжение от центробежных сил

 

г) Допускаемое напряжение на растяжение

Условие прочности соблюдается.

 

Расчет цепной передачи

При изучении темы " Цепные передачи" ознакомьтесь с классификацией приводных цепей по ГОСТу, рассмотрите их существующие конструкции, выясните преимущества, недостатки и области приме­нения различных типов цепей. Обратите внимание на выбор основ­ных параметров цепных передач, их кинематику и силовые зависи­мости в них с учетом динамических нагрузок в приводных цепях. /1/ с 293... 307 /4/ с 92...99.

Потеря работоспособности цепной передачи возможна из-за разрушения зубьев и шарниров цепи при наличии ударных нагрузок, но для большинства условий работы цепных передач основной причи­ной потери работоспособности является износ шарниров цепи. По­этому в качестве основного расчета принят расчет износостойкости шарниров.

 

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. Выбор электродвигателя и определение кинематических параметров привода
2. Выбор электродвигателя. Кинематический расчёт привода
3. Задача 10. Расчет мощности привода дисковой рубительной машины
4. Задача 9. Расчет мощности привода и производительности окорочного барабана
5. Кинематический анализ механизма.
6. Кинематический расчёт кривошипно-ползунного механизма. Определение скоростей точек звеньев для заданного положения механизма.
7. Кинематический расчет силового привода
8. Назначение, устройство, принцип действия рулевого управления и рулевого привода.
9. Определение срока службы привода
10. ПЕРЕДАТОЧНОЕ ОТНОШЕНИЕ ПРИВОДА
11. Превосходство электрического привода
12. Приводы выключателей. Классификация. Преимущества электромагнитного привода перед пружинно-грузовым.