Условия эксплуатации машинного агрегата.

Условия эксплуатации машинного агрегата.

 

Проектируемый машинный агрегат служит приводом механизма поворота крана и может использоваться на предприятиях различного направления. Привод состоит из электродвигателя, вал которого через упругую муфту соединен с ведущим валом червячного редуктора и открытой зубчатой, ведомый вал которой является основой поворотной колонны крана. Проектируемый привод работает в 2 смены в реверсивном режиме. Характер нагрузки - с малыми колебаниями.  

 

Срок службы приводного устройства

Срок службы привода определяется по формуле

L_h = 365L_ГК_Гt_cL_cK_c

где L_Г = 7 лет – срок службы привода;

К_Г – коэффициент годового использования;

К_Г = 300/365 = 0,82

где 300 – число рабочих дней в году;

    t_c = 8 часов – продолжительность смены

    L_c = 2 – число смен

    К_с = 1 – коэффициент сменного использования.

L_h = 365·7·0,82·8·2·1 = 33600 часа

С учетом времени затрачиваемого на ремонт, профилактику и т.п. принимаем ресурс привода 30 ·10³ часов.

Таблица 1.1

Эксплуатационные характеристики машинного агрегата

Место установки	Lг	Lс	tс	Lh	Характер нагрузки	Режим работы
Заводской цех	7	2	8	30000	С малыми колебаниями	Реверсивный

 

2 Выбор двигателя, кинематический расчет привода

Определение мощности и частоты вращения двигателя.

Требуемая мощность рабочей машины

Р_рм = Тω

где ω – угловая скорость колонны

Частота вращения колонны

n_рм = 6·10⁴v/πD = 6·10⁴·0,07/π350 = 3,8 об/мин

w₃ = nπ/30 = 3,8π/30 = 0,40 рад/с

Р_рм = Тω = 1,7·0,40 = 0,68 кВт

Общий коэффициент полезного действия 

η = η_мη_чпη_опη_пк²η_пс,

где η_м = 0,98 – КПД муфты [1c.40],

 η_чп  = 0,72 – КПД закрытой червячной передачи,

 η_оп  = 0,94 – КПД открытой зубчатой передачи,

η_пк = 0,995 – КПД пары подшипников качения,

η_пс = 0,99 – КПД пары подшипников скольжения,

η = 0,98·0,72·0,94·0,995²·0,99  = 0,650.

Требуемая мощность двигателя

Р_тр = Р_рм/η = 0,68/0,650 = 1,05 кВт.

    Для проектируемых машинных агрегатов рекомендуются трехфазные асинхронные короткозамкнутые двигатели серии 4А. Эти двигатели наиболее универсальны. Закрытое и обдуваемое исполнение позволяет применить эти двигатели для работы в загрязненных условиях, в открытых помещениях и т. п.

    Ближайшая большая номинальная мощность двигателя 1,1 кВт

Двигатели серии 4А выпускаются с синхронной частотой вращения 750, 1000, 1500 и 3000 об/мин.

 

 

Таблица 2.1

Выбор типа электродвигателя

Вариант	Двигатель	Мощность	Синхронная частота вращения, об/мин	Номинальная частота вращения
1	4А71В2	1,1	3000	2810
2	4A80А4	1,1	1500	1420
3	4A80В6	1,1	1000	920
4	4A90L8	1,1	750	700

 

Общее передаточное число привода

u = n₁/n_рм

где n₁ – частота вращения вала электродвигателя.

Принимаем для червячной передачи среднее значение u₁ =40,0 [2,c.54], тогда для открытой передачи u₂ = u/u₁ = u/40,0

Таблица 2.2

Передаточное число

Передаточное число	Варианты
	1	2	3	4
Привода	739	374	242	184
Редуктора	40,0	40,0	40,0	40,0
Открытой передачи	18,5	9,35	6,05	4,61

 

Анализируя полученные значения передаточных чисел приходим к следующим выводам: варианты 1 и 2 исключаем из-за того, что передаточное число редуктора выходит за рекомендуемые пределы. Электродвигатель с числом оборотов 750 не рекомендуется применять из-за больших габаритов, окончательно делаем выбор в пользу варианта 3 с электродвигателем 4A80В6.

 

Быстроходный вал

    Эквивалентная нагрузка

P = (XVF_r + YF_a)K_бК_Т

       где Х – коэффициент радиальной нагрузки;

         Y – коэффициент осевой нагрузки;

         V = 1 – вращается внутреннее кольцо;

         F_r – радиальная нагрузка;

         Y – коэффициент осевой нагрузки;

         F_a – осевая нагрузка;

         K_б = 1,5 – коэффициент безопасности при нагрузке с умеренными     

                  толчками [1c214];

         К_Т = 1 – температурный коэффициент.

  Осевые составляющие реакций опор:

S_A = 0,83eA = 0,83×0,786×996= 650 H,

S_B = 0,83eB = 0,83×0,786×413 = 269 H.

  Результирующие осевые нагрузки:

F_aA = S_А = 650 H,

F_aВ = S_А+F_a =650 +3041 = 3691 H,

  Проверяем наиболее нагруженный подшипник В.

  Отношение F_a/F_r =  3691/413 =8,9 > e, следовательно Х=0,4; Y=0,763.

Р = (0,4×1,0×413 +0,763×3691)1,5×1,0 = 4225 Н.

 

Требуемая грузоподъемность подшипника

С_тр = Р(573wL/10⁶)^0,3 =

= 4225(573×96,3×30000/10⁶)^0,3 = 39,0 кH < C= 48,4 кН

   Условие С_тр  < C выполняется.

 

 

  Расчетная долговечность подшипников

= 10⁶(48,4×10³ /4225)^3,333/60×920 = 61344 часов,

больше ресурса работы привода, равного 30000 часов.

9.2 Тихоходный вал

 Эквивалентная нагрузка

 Осевые составляющие реакций опор:

S_C = 0,83eC = 0,83×0,360×4010 = 1198 H,

S_D = 0,83eD = 0,83×0,360×12504 = 3736 H.

Результирующие осевые нагрузки:

F_aC = S_C =1198 H,

F_aD = S_C + F_a =1198+ 424 = 1622 H.

Проверяем наиболее нагруженный подшипник D.

Отношение F_a/F_r=  1622/12504 = 0,13 < e, следовательно Х=1,0; Y=0.

Р = (1,0×1,0×12504+0)1,5×1,0 =18756 Н.

     Требуемая грузоподъемность подшипника:

С_тр = Р(573wL/10⁶)^0,3 =

=18756(573×2,41×30000/10⁶)^0,3 = 57,3 кH < C = 80,0 кН

 Условие С_тр  < C выполняется.

  Расчетная долговечность подшипников

= 10⁶(80,0×10³ /18756)^3,3333/60×23 = 91147 часов,

больше ресурса работы привода, равного 30000 часов.

 

10 Конструктивная компоновка привода

Конструирование валов

Основные размеры ступеней валов (длины и диаметры) рассчитаны в пункте 7.

Переходные участки между ступенями выполняются в виде канавки шириной b = 3 мм или галтели радиусом r = 1 мм.

Шестерня открытой передачи

Размеры шестерни: d_а3 = 116,0 мм, b₃ = 76 мм, β = 0.

Фаска зубьев: n = 0,5m = 0,5∙4,0 = 2,0 мм,

принимаем n = 2,0 мм.

 

Колесо открытой передачи

Размеры шестерни: d_а4 =660,0 мм, b₄ = 81 мм, β = 0.

Фаска зубьев: n = 0,5m = 0,5∙4,0 = 2,0 мм,

принимаем n = 2,0 мм.

Диаметр вала под колесом

d₁ = (16·1700·10³/π15)^1/3 = 83 мм

Принимаем d₁ = 85 мм

Диаметр ступицы:

d_ст = 1,55d₃ = 1,55·85 =132 мм.

Длина ступицы:

l_ст = b = 76 мм,

Толщина обода:

S = 2,2m+0,05b₂ = 2,2×4+0,05·76 =12,6 мм

принимаем S =12 мм

Толщина диска:     

С = 0,25b = 0,25·76 = 19 мм

 

 

Выбор муфты

Для передачи вращающего момента с вала электродвигателя на ведущий вал редуктора выбираем муфту упругую со звездочкой по ГОСТ 14084-93 с допускаемым передаваемым моментом [T] =125 Н·м.

    Расчетный вращающий момент передаваемый муфтой

Т_р = kТ₁ = 1,5·10,6 = 16 Н·м < [T]

Условие выполняется

где k = 1,5– коэффициент режима нагрузки

Смазывание.

Смазка червячного зацепления

Смазка червячного зацепления осуществляется за счет разбрызгивания масла двумя брызговиками, установленными на червячном валу

Объем масляной ванны

V = (0,5¸0,8)N = (0,5¸ 0,8)1,023 » 0,6 л

  Рекомендуемое значение вязкости масла при v = 2,4 м/с и контактном напряжении σ_в=187 МПа ® n =22·10^-6 м²/с. По этой величине выбираем масло индустриальное И-Т-Д-100

 

Смазка подшипниковых узлов.

Так как надежное смазывание подшипников за счет разбрызгивания масла возможно только при окружной скорости больше 3 м/с, то выбираем пластичную смазку по подшипниковых узлов – смазочным материалом УТ-1.

Проверочные расчеты

11.1 Проверочный расчет шпонок

 

Масса редуктора

m = φρd₁0,785d₂²∙10^-9 = 7,5∙7300∙50∙0,785∙200²∙10^-9 =86 кг

где φ = 7,5 – коэффициент заполнения редуктора

ρ = 7300 кг/м³ – плотность чугуна.

Критерий технического уровня редуктора

γ = m/T₂ =86/304 = 0,28

При γ > 0,2 технический уровень редуктора считается низким, а редуктор морально устаревшим.

 

Для улучшения γ предлагаю заменить ρ = 7300 кг/м³ – плотность чугуна

на ρ = 2700 кг/м³ – плотность алюминия, отсюда следует:

Масса редуктора

m = φρd₁0,785d₂²∙10^-9 = 7,5∙2700∙50∙0,785∙200²∙10^-9 =31 кг

Критерий технического уровня редуктора

γ = m/T₂ =31/304 = 0,10

При γ > 0,1 технический уровень редуктора считается высоким, а редуктор соответствует современным мировым образцам.
Литература

1. Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин. - М.: Высш. шк., 1991.–432 с.

2. Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя. Т.1-3 – М.:Машиностроение, 1978.

3. Иванов М.Н. Детали машин. Учебник для машиностроительных специальностей вузов. – М.: Высш.шк., 2005.-408 с.

 

 

Условия эксплуатации машинного агрегата.

 

Проектируемый машинный агрегат служит приводом механизма поворота крана и может использоваться на предприятиях различного направления. Привод состоит из электродвигателя, вал которого через упругую муфту соединен с ведущим валом червячного редуктора и открытой зубчатой, ведомый вал которой является основой поворотной колонны крана. Проектируемый привод работает в 2 смены в реверсивном режиме. Характер нагрузки - с малыми колебаниями.  

 

12345Следующая ⇒

Поделиться: