Разбивка передаточного числа привода

А.И. Бабкин, А.С. Морозов

КИНЕМАТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

ОБЩЕПРОМЫШЛЕННОГО ПРИВОДА

Учебно-методическое пособие для курсового проектирования

Северодвинск

УДК 621.81

Бабкин А.И., Морозов А.С. Кинематические расчеты общепромышленного привода. Учебно-методическое пособие для курсового проектирования. – Северодвинск, РИО Севмашвтуза, 2011. – 33 с.

Ответственный редактор: к.т.н., доцент А.В. Руденко.

Рецензенты: к.т.н., доцент Д.В. Кузьмин;

Генеральный директор ЗАО НТЦ «Базис» В.А. Базанов.

Учебно-методическое пособие «Кинематические расчеты общепромышленного привода» предназначено для студентов технических специальностей, выполняющих курсовой проект «Проектирование общепромышленного привода» при изучении дисциплины «Детали машин и основы конструирования».

Учебно-методическое пособие содержит теоретический и практический материал, необходимый для определения кинематических и силовых параметров проектируемого привода.

Печатается по решению редакционно-издательского совета Севмашвтуза.

ISBN 5-7723- Ó Севмашвтуз, 2011 г.

Оглавление

Введение.......................................................................................................... 3

1 Предварительные расчеты и анализ работы привода............................... 4

1.1 Исходные данные................................................................................. 4

1.2 Анализ работы привода...................................................................... 4

1.3 Срок службы привода......................................................................... 5

2 Кинематические и силовые расчеты привода............................................. 6

2.1 Выбор электродвигателя..................................................................... 6

2.2 Разбивка передаточного числа привода............................................. 9

2.3 Расчет кинематических и силовых параметров привода................... 13

3 Пример выполнения расчетов..................................................................... 15

Приложение 1 Общие сведения об асинхронных электродвигателях

общепромышленного применения............................................................ 21

Приложение 2 Характеристики асинхронных трехфазных электродвигателей

с короткозамкнутым ротором общепромышленного применения......... 25

Список литературы......................................................................................... 33

Введение

Данное пособие является первым в серии учебно-методических пособий, предназначенных для помощи студентам при курсовом проектировании по теме «Проектирование общепромышленного привода».

В данных пособиях будут рассматриваться вопросы проектирования приводных устройств конвейеров, грузовых тележек, лебедок, подъемников, питателей, смесителей и других средств механизации, широко применяемых в различных отраслях промышленности и использующие большинство деталей и узлов общемашиностроительного применения.

Пособие «Кинематические расчеты» затрагивает вопросы проектирования на предварительном этапе. В нем описан выбор электродвигателя, даны рекомендации по разбивке передаточного числа привода по ступеням, приведен пример расчета параметров привода. В приложении приведены характеристики асинхронных трехфазных электродвигателей, рекомендованных для применения в приводных устройствах.

1 Предварительные расчеты и анализ работы привода

Основные требования, предъявляемые к создаваемому приводу: требуемая производительность, надежность, технологичность, ремонтопригодность, минимальные габариты и масса, безопасность, удобство эксплуатации, экономичность, техническая эстетика. Этими требованиями следует руководствоваться при принятии конструктивных решений на всех этапах проектирования.

Исходные данные

Исходными данными при проектировании привода являются:

· кинематическая схема привода, его примерная компоновка;

· срок службы L;

· условия эксплуатации привода.

Дополнительно для приводов ленточных транспортеров:

· скорость движения конвейера v;

· тяговое усилие F;

· диаметр барабана D.

Для приводов цепных транспортеров:

· скорость движения конвейера v;

· тяговое усилие F;

· число зубьев тяговой звездочки z;

· шаг тяговой цепи t.

Для приводов поворотных платформ:

· Вращающий момент T;

· Скорость вращения платформы n_вых;

· Диаметр платформы D.

Анализ работы привода

Выполнение работы следует начинать с изучения схемы привода.

По выданному заданию необходимо проанализировать назначение привода и условия его работы, изучить конструкцию его элементов по атласам или другой подобной литературе. В задании дано место использования привода и определены условия его эксплуатации – количество рабочих смен, интенсивность использования, характер рабочей нагрузки, реверсивность и т.д.

Приводные устройства включают электродвигатель, одно-, двух- или трехступенчатые редукторы, открытые передачи (ременные, цепные) и муфты. Проектируемый привод будет массового или единичного производства малой или средней мощности, имеющий постоянную или мало меняющуюся нагрузку.

Двигатель и редуктор являются основными элементами проектируемого привода. Заданием предусмотрено проектирование цилиндрических, коническо-цилиндрических или червячных редукторов.

Для проектируемых приводов рекомендуется использовать асинхронные трехфазные двигатели. Эти двигатели наиболее универсальны. Они имеют закрытое и обдуваемое исполнение, что позволяет применять их для работы в загрязненных условиях, на открытых площадках и т.п. Двигатели используются для приводов механизмов, имеющих постоянную или маломеняющуюся нагрузку при длительном режиме работы, имеют повышенные пусковые моменты. Они могут работать в любом направлении, обеспечивая при необходимости реверсивность привода.

Срок службы привода

Срок службы (ресурс) , ч, определяется по формуле:

где – срок службы привода, лет;

– количество рабочих дней в году ( = 250 или 365 дней при пятидневной или семидневной рабочей неделе соответственно, в зависимости от характера производства);

– коэффициент годового использования (если не указан в задании, то = 1);

– количество смен ( = 1, 2 или 3 смены);

– продолжительность смены ( = 8 часов);

– коэффициент загрузки за смену.

Так как в задании не сказано о характере изменения тягового усилия F за время эксплуатации, считаем как самый неблагоприятный вариант, что режим нагрузки – постоянный, т.е. за все время работы привода рабочая нагрузка не меняется, и равна тяговому усилию F.

2 Кинематические и силовые расчеты привода

Выбор электродвигателя

2.1.1 Требуемая мощность привода:

для транспортеров:

для поворотных платформ:

где – требуемая мощность привода, кВт;

F – тяговое усилие на конвейере, кН;

v – скорость движения конвейера, м/с;

T – вращающий момент, кН× м;

w – угловая скорость вращения платформы, сек ^–1;

– скорость вращения платформы, об/мин.

2.1.2 Требуемая мощность электродвигателя:

где – требуемая мощность электродвигателя, кВт;

– КПД привода;

– КПД отдельных звеньев кинематической цепи, примерные значения которых приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Значения КПД элементов привода

Тип элемента привода
Зубчатая передача (закрытая): цилиндрическая коническая	0, 97…0, 99 0, 96…0, 98
Зубчатая передача (открытая): цилиндрическая коническая	0, 93…0, 95 0, 92…0, 94
Червячная передача (закрытая):
Ременная передача: с плоским ремнем с клиновыми (поликлиновым) ремнями	0, 96…0, 98 0, 95…0, 97
Цепная передача: открытая закрытая	0, 92…0, 95 0, 94…0, 96
Муфта соединительная	0, 98
Подшипники качения (одна пара)	0, 99

Примечание: КПД червячных передач сильно зависит от передаточного числа, которое на данном этапе проектирования неизвестно, поэтому предварительно рекомендуется принять . После окончательного определения передаточного числа следует уточнить КПД червячного редуктора и всего привода.

2.1.3 Подбор электродвигателей

Двигатель подбирается по передаваемой мощности. Условие выбора:

где – мощность двигателя по каталогу.

Для асинхронных двигателей допускается перегрузка 8% – при постоянной нагрузке, и 12% – при переменной нагрузке.

В большинстве случаев можно подобрать несколько электродвигателей требуемой мощности, с разными скоростями вращения. Данные о выбранных электродвигателях необходимо свести в таблицу 1.2.

Если мощность двигателя по каталогу больше требуемой мощности , то расчетная мощность двигателя . Если двигатель работает с перегрузкой ( ), то .

Таблица 1.2

Параметры выбранных электродвигателей

Обозначение электродвигателя	Мощность P, кВт	n_{эд. ном.}, об/мин	u_{привода}

2.1.4 Передаточное число привода

Передаточное число привода для каждого варианта электродвигателя:

где – частота вращения приводного вала рабочей машины:

для ленточных транспортеров, грузоподъемных и прочих машин:

для цепных транспортеров:

где – линейная скорость тягового органа, м/сек;

D – диаметр барабана, мм;

t – шаг тяговой цепи для цепных транспортеров, мм;

z – число зубьев тяговой звездочки.

Для поворотных платформ указано в задании.

2.1.5 Определение диапазона передаточных чисел привода

Передаточное число привода равняется произведению передаточных чисел составляющих его ступеней:

Количество ступеней в приводе и виды передач определены в задании. Если в кинематической схеме передачи какого-либо одного вида встречается более одного раза (например, в двухступенчатом зубчатом редукторе), то обычно их различают как быстроходная и тихоходная ступени.

Рекомендованные и предельные значения передаточных чисел различных передач приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.3

Рекомендуемые и предельные значения передаточных чисел

механических передач

Вид передачи	Твердость зубьев	Передаточное число

Закрытая цилиндрическая зубчатая:
тихоходная ступень во всех редукторах ( )	£ 350 HB	2, 5…5, 6	до 6, 3
40…56 HRC	2, 5…5, 6	до 6, 3
56…63 HRC	2…4	до 5, 6
быстроходная ступень в редукторах по развернутой схеме ( )	£ 350 HB	3, 15…5, 6	до 8
40…56 HRC	3, 15…5, 6	до 7, 1
56…63 HRC	2, 5…4	до 6, 3
быстроходная ступень в соосном редукторе ( )	£ 350 HB	4…6, 3	до 8
40…56 HRC	4…6, 3	до 7, 1
56…63 HRC	3, 15…5	до 6, 3
Открытая цилиндрическая зубчатая	£ 350 HB	3…7	до 16
Коробка передач	любая	1…2, 5	до 3, 1
Закрытая коническая зубчатая	£ 350 HB	1…4	до 6, 3
³ 40 HRC	1…4	до 5
Открытая коническая зубчатая	£ 350 HB	2…4	до 8
Червячная	–	16…50	8…80
Ременная с клиновыми и поликлиновыми ремнями	–	2…4	1, 5…8
Цепная	–	1, 5…5	до 10

По табличным данным можно определить диапазон, в котором будет находится передаточное число привода.

, .

В исключительных случаях в качестве минимальной или максимальной величины можно принимать предельные значения передаточного числа.

Передаточное число привода должно находится внутри этого диапазона:

Варианты приводов, передаточное число которых не попадает в указанный диапазон можно исключить из рассмотрения. Из оставшихся вариантов необходимо выбрать один, обеспечивающий минимальные габариты и массу (следовательно, и стоимость) привода.

Обычно из оставшихся вариантов выбирают электродвигатель с меньшей частотой вращения, так как этот вариант имеет меньшее передаточное число привода, и, следовательно, меньшую массу и габариты. Кроме того, следует помнить, что чем меньше скорости вращения в приводе, тем меньше износ, шум, вибрация. Поэтому при всех одинаковых параметрах следует отдавать предпочтение вариантам с электродвигателями с меньшими скоростями вращения, хотя они больше по габаритам, массе и стоимости. Но проигрыш в массе электродвигателя, как правило, гораздо меньше, чем выигрыш в массе механических передач всего привода.

Пример выполнения расчетов

Предварительные расчеты

3.1.1 Исходные данные:

· скорость движения конвейера v, м/сек 0, 65;

· тяговое усилие F, кН 12;

· диаметр барабана D, мм 210;

· Ширина ленты B, мм 500;

· Высота транспортера H, мм 900;

· срок службы L, лет 8.

Кинематическая схема привода:

1. Электродвигатель 2. Клиноременная передача 3. Двухступенчатый соосный редуктор вертикальной компоновки 4. Муфта 5. Барабан транспортера

Условия эксплуатации привода: Транспортер предназначен для перемещения штучных грузов на производстве. Режим работы спокойный, с незначительными рывками. Работа 2 смены, коэффициент загрузки за смену 0, 99. Условия работы – в отапливаемом помещении. Выпуск крупносерийный.

Срок службы привода

= 8× 250× 1× 2× 8× 0, 99 = 31680 ч,

где = 8 лет – срок службы привода;

= 250 – количество рабочих дней в году;

= 1 – коэффициент годового использования;

= 2 – количество смен;

= 8 часов – продолжительность смены;

= 0, 99 – коэффициент загрузки за смену.

Кинематический расчет

Определение КПД привода

= 0, 96× 0, 97²× 0, 98× 0, 99⁴ = 0, 8503,

где = 0, 96 – КПД клиноременной передачи;

= 0, 97 – КПД закрытой зубчатой цилиндрической передачи;

= 0, 98 – КПД муфты;

= 0, 99 – КПД пары подшипников;

3.2.3 Требуемая мощность электродвигателя:

= 9, 173 кВт.

По таблице 1 приложения подбираем подходящие по мощности электродвигатели и заносим в таблицу 2.1.

Таблица 2.1

Параметры выбранных электродвигателей

Обозначение электродвигателя	Мощность P, кВт	n_{эд. ном.}, об/мин	u_{привода}
4АМ132М2			49, 06
4АМ132М4		24, 70
4АМ160S6		16, 49
4АМ160М8		12, 35

3.2.4 Частота вращения вала барабана транспортера:

= 59, 115 об/мин,

где = 0, 65 м/сек – линейная скорость ленты транспортера;

D = 210 мм – диаметр барабана.

3.2.5 Передаточное число привода для каждого варианта электродвигателя:

для 1-го варианта:

= 49, 06;

для 2-го варианта:

= 24, 70;

для 3-го варианта:

= 16, 49;

для 4-го варианта:

= 12, 35.

Так как привод состоит из клиноременной передачи и двухступенчатого зубчатого цилиндрического соосного редуктора, то передаточное число привода:

Рекомендованный диапазон передаточных чисел для каждой ступени (по таблице 3 данного пособия):

· клиноременная передача = 2…4;

· цилиндрическая зубчатая, быстроходная ступень в соосном редукторе = 4…6, 3;

· цилиндрическая зубчатая, тихоходная ступень = 2, 5…5, 6.

Передаточное число привода будет находиться в диапазоне:

, .

Из выбранных электродвигателей 3 и 4 варианты не попадают в указанный диапазон. Их исключаем из дальнейшего рассмотрения. Из оставшихся 2 вариант имеет значительно меньшее передаточное число привода и меньшую частоту вращения. Следовательно, привод с данным электродвигателем будет иметь меньшие габариты и массу, а также меньше изнашиваться, меньше будет шум, вибрация.

Таким образом, выбираем электродвигатель 4АМ132М4У3 ТУ 16-510.781-81, = 1460 об/мин. Требуемое передаточное число привода при использовании этого электродвигателя: =24, 7.

Приложение 1

Приложение 2

Таблица 1

Таблица 2

Таблица 4

Таблица 5

Таблица 6

Бабкин Александр Иванович

Морозов Алексей Сергеевич