Кинематический и силовой расчет привода (стр. 1 из 3)
Министерство образования и науки
Российской Федерации
Филиал Ухтинского Государственного Технического
Университета в г. Усинске
Контрольная работа
по теории механизмов и машин
ТММ 72 00 00 00Р
Зачетная книжка № 012300
Зачтено« » ................................................................................. 2004 г
Преподаватель
Выполнил студент
Группы РЭНГМ – 00 14.04.2004г.
1 Задание на контрольную работу № 1
По заданию 2 и варианту 7 для схемы привода изображенной на рисунке 1, решить следующие задачи:
- выбрать асинхронный э/двигатель,
- вычислить скорость вращения, мощность и крутящий момент для каждого из валов привода,
- рассчитать клиноременную передачу,
- рассчитать зубчатую тихоходную цилиндрическую передачу,
- рассчитать цепную передачу.
Рисунок 1 -схема привода
1,2,3,4,5, -соответственно валы э.двигателя быстроходный , промежуточный, и тихоходный редуктора и выходной вал привода, 6- э.двигатель ,7- ременная передача , 8 и 9-соответственно быстроходная и тихоходная зубчатая передачи редуктора 10-цепная передача.
Мощность Р5 и частота вращения n5 выходного вала привода равны соответственно 18 кВт и 50 об/мин.
1.2.Кинематический и силовой расчет привода.
2.1 Выбор электродвигателя
2.1.1 Требуемая мощность электродвигателя(2, стр.4)
Ртр=Р5/η (2.1)
где Р5 - мощность на выходе привода, кВт
η – КПД привода
η=η(р) · η(з)2 · η(п)4 · η(ц) (2.2)
где η(р), η(з), η(п), η(ц) – соответственно КПД ременной, зубчатой цилиндрической, пары подшипников качения и цепной передачи.
Руководствуясь рекомендациями (2, стр.5) принимаем
η(з) = 0,97, η(ц) = 0,95, η(п) = 0,99, η(р) = 0,96
После подстановки численных значений параметров в формулы (2.2) и ( 2.1) получим:
η = 0,96 * 0,972 * 0,994 * 0,95 = 0,87
Ртр = 18/0,87 = 20,69 кВт
2.1.2. С учетом требуемой мощности Ртр = 20,69 кВт рассмотрим возможность выбора асинхронных двигателей серии 4А с номинальными мощностями Рн = 18,5 кВт и Рн = 22 кВт. Для первого перегрузка составляет (20,69 - 18,5) * 100%/20,69 = 10,6% при допустимой перегрузке 5%. Далее его не рассматриваем. Для второго недогрузка не более 5,9%.
Для ориентировки в выборе двигателя по частоте вращения оценим передаточное отношение привода i(ср), вычисленное по примерно средним значениям рекомендуемых передаточных отношений отдельных передач. Возьмем (2, стр.7) эти значения для зубчатой конической цилиндрической, ременной и цепной передач соответственно i(ср.з.т) = 3, i(ср.з.б) = 3, i(ср.р) = 3, i(ср.ц) = 3.
После перемножения получим в результате:
i(ср) = 34 = 81
При таком передаточном отношении привода потребуется двигатель с частотой вращения:
n = i(ср) * n5 = 81 * 50 = 4050 об/мин
2.1.3. Окончательно выбираем (3, стр.328) ближайший по частоте вращения асинхронный электродвигатель марки 4А180S2УЗ со следующими параметрами:
1. Номинальная мощность: Рн = 22 кВт
2. Номинальная частота вращения:
nн = nс * (1-S/100) = 3000 * (1 – 2,1/100) = 2937 об/мин
где скольжение S = 2,1%, синхронная частота вращения nс = 3000 об/мин
3. Отношение пускового момента к номинальному Тп/Тн = 1,4
2.2. Передаточные отношения привода и отдельных его передач
Общее передаточное отношение привода при частоте вращения входного вала привода n1 = nн
i(общ.) = n1/n5 = nн/n5 (2.3)
где n5 – частота вращения выходного вала привода.
Расчет по формуле (2.3) даёт:
i(общ.) = 2937/50 = 58,74
примем (2, стр.6) передаточные отношения
1 .Для ременной передачи - i(p) = 3
2.Для зубчатой (быстроходной) цилиндрической передачи - i(з,б) = 3
З.Для зубчатой(тихоходной) цилиндрической передачи - i(з,т) = 3
Тогда на долю цепной передачи остается передаточное отношение
i(ц) = i(общ)/(i(p) * i(з.б) * i(з.т)) = 58,74/33 = 2,18
2.3. Частоты вращения, угловые скорости, мощности и моменты на валах привода .
2.3.1. Частоты вращения валов
n1 = nн = 2937 об/мин
n2 = n1/i(p) = 2937/3 = 979 об/мин
n3 = n2/i(з.б) = 979/3 = 326.33 об/мин
n4 = n3/i(з.т) = 326.33/3 = 108.8 об/мин
n5 = n4/i(ц) = 108.8/2.18 = 50 об/мин
Примечание: здесь и далее параметры, относящиеся к валам привода, обозначены числовыми индексами, соответствующими нумерации валов на схеме привода
2.3.2. Угловые скорости валов
ω1 = π * n1/30 = 3.14 * 2937/30 = 307.4 рад/с
ω2 = ω1/i(p) = 307.4/3 = 102.47 рад/с
ω3 = ω2/i(з.б) =102,47/3 = 34,16 рад/с
ω4 = ω3/i(з.т) = 34,16/3 = 12,56 рад/с
ω5 = ω4/i(ц) = 12,56/2,72 = 4,6 рад/с
2.3.3. Мощности на валах привода
Р1 = Ртр = 20,69 КВт
Р2 = Р1 * η(р) * η(п) = 20,69 * 0,96 * 0,99 = 19,7 кВт Р3 = Р2 * η(з) * η(п) = 19,7 * 0,97 * 0,99 = 18,9 кВт Р4 = Р3 * η(з) * η(п) = 18,9 * 0,97 * 0,99 = 18,2 кВт
Р5 = Р4 * η(ц) * η(п) = 18,2 * 0,95 * 0,99 =17,1 кВт
2.3.4. Моменты на валах привода
Т1 = Р1/ ω1 = 20,69 * 103/307,4 = 67,3 Н * м Т2 = Р2/ ω2 = 19,7 * 103/ 102,47 =192,3 Н * м Т3 = Р3/ ω3 = 18,9 * 103/34,16 = 553,3 Н * м Т4 = Р4/ ω4 = 18,2 *103/12,56 = 1449 Н * м Т5 = Р5/ ω5 = 17,1 * 103/4,6 = 3717 Н * м
2.3.5. Максимальные моменты при перегрузках на валах
Т1max = T1 * 1,4 = 67,3 * 1,4 = 94,22 Н * м
Т2max = Т2 * 1,4 = 192,3 * 1,4 = 269,22 Н * м
T3max = Т3 * 1,4 = 553,3 * 1,4 = 774,62 Н * м
T4max = Т4 * 1,4 = 1449 * 1,4 = 2028,6 Н * м
T5max = Т5 * 1,4 = 3717 * 1,4 = 5203,8 Н * м
2.3.6. Результаты расчетов, выполненных в подразделе2.3. сведены в таблицу
2.1. Частоты вращения, угловые скорости, мощности и моменты на валах привода.
| N вала По рис 1. | n, об/мин | ω, рад/сек | Р, кВт | T, Н * м | Тmax, Н*м |
| 1 | 2937 | 307.4 | 20.69 | 67.3 | 94.22 |
| 2 | 979 | 102.47 | 19.7 | 192.3 | 269.22 |
| 3 | 326.33 | 34.16 | 18.9 | 553.3 | 774.62 |
| 4 | 108.8 | 12.56 | 18.2 | 1449 | 2028.6 |
| 5 | 50 | 4.6 | 17.1 | 3717 | 5203.8 |
3.Расчет клиноременной передачи.
Из раздела 2 заимствуем следующие данные
P1 = 20,69 кВт
n1 = 2937 об/мин
iр = 3
Т1 = 67,3 Н * м
В зависимости от частоты вращения малого шкива и передаваемой мощности выбираем по монограмме (2.С.134) клиновой ремень сечения А,с площадью поперечного сечения F=81 мм2
Определяем диаметр меньшего шкива d1(2.c.l30)
d1>=3*(T1)1/3
d1 = 3 * (67300)1/3 = 121,86 мм
по ГОСТу принимаем d1 = 125 мм
Определяем диаметр большего шкива d2 и согласуем с ГОСТ:
d2 = ip * d1 * (1 – ε) = 3 * 125 * (1 – 0,015) = 369 мм
где ε – коэффициент упругого скольжения
по ГОСТу принимаем d2 = 400 мм
при этом фактическое передаточное отношение
ip = d2/(d1 * (1 – ε)) = 400/(125 * (1 – 0,015)) = 3,05
Расхождение составляет (3,05 – 3)/3 * 100% = 1,6%
что меньше допускаемых обычно 3%
Выбираем межосевое расстояние арем
арем = 600 мм (это не противоречит условию) (d1 + d2) ≤ арем ≤ 2,5(d1 + d2)
525 ≤ арем ≤ 1312,5
Определяем длину ремня L:
L = 2 * арем + (π/2) * (d1 + d2) + (d2 – d1)2/(4 * арем) =
= 2 * 600 + (3,14/2) * (125 + 400) + (400 – 125)2/(4 * 600) = 2056 мм
Из (2.стр.121) L = 2000 мм
Соответствующее этой длине межосевое расстояние
арем = 0,25 * ((L – w) + ((L – w)2 – 2y))1/2
где
w = 0,5 * π * (d1 + d2)
y = (d2 – d1)2
После подстановки получаем
w = 0,5 * 3,14 * (400 + 125) = 824,25 мм
y = (400 – 125)2 = 75625 мм
арем = 0,25 * ((2000 – 824,25) + ((2000 – 824,25)2 – 2 * 75625))1/2 = 596 мм
Найдем угол охвата меньшего шкива (2.стр.130)
φ ≈ 180о – ((d2 – d1)/арем) * 60о = 180о – ((400 – 125)/596) * 60о = 152о
окружное усилие передаваемое одним клиновым ремнем сечения Б (интерполируя)
Р0 = 155 + (177 – 155)/5 * 2 = 159,4 Н
Допускаемое окружное усилие на один ремень
[Р] = Р0 * Сα * СL * Ср
Сα = 1 – 0,003 * (180 – φ) = 1 – 0,003 * (180 – 152) = 0,916 (2.стр.135)
Коэффициент учитывающий влияние длины ремня
СL = 0,3 * L/L0 + 0,7 = [L0 = 1700] = 0,3 * 2000/1700 + 0,7 = 1,05
Ср = 1
[Р] = 159,4 * 0,916 * 1 * 1,05 = 153,3 Н
скорость v = 0,5 * ω1 * d1 = 0,5 * 307,4 * 125 * 0,001 = 19,2 м/с
окружное усилие
Р = Р1/v = 20690/19,2 = 1077 Н
расчётное число ремней
Z = P/[Р] = 1077/153.3 = 7.02 = 7
Примем предварительно напряжение от предварительного натяжения σ0 = 1,6 Н/мм
Предварительное натяжение каждой ветви ремня вычисляется по формуле (2.стр.136)
S0 = σ0 * F = 1,6 * 81 = 130 H
Усилие действующее на валы
РВХ = 2 * S0 * Z * sin(φ/2) = 2 * 130 * 7 * sin(152o/2) = 1766 H
1. Задание на контрольную работу №2
На основании результатов решения задачи предыдущей контрольной работы расcчитать следующие передачи привода :
- расcчитать зубчатую тихоходную цилиндрическую передачу
- расcчитать цепную передачу
2. Расчет тихоходной цилиндрической передачи редуктора.
2.1. Материалы зубчатых колес и допускаемые напряжения.
2.1.1. Для зубчатых колес назначаем дешевую углеродистую качественную конструкционную сталь 45 по ГОСТ 1050-80. После улучшения материал колес должен иметь нижеследующие механические свойства, (2,с.34)