Выбор электродвигателя и энергокинематический расчёт привода

Содержание

• Цель курсовой работы
• — умение выполнять оценку работоспособности детали при переменных нагрузках и напряжениях
• — умение разработать эскизный проект простого механизма на основе рас-чётных оценок параметров деталей, входящих в его состав
• — способность принимать рациональные решения в условиях неполноты исходной технической информации
• Техническое задание
• 1. Момент, передаваемый муфтой исполнительному механизму, Тим, 800 Нм
• 2. Частота вращения вала исполнительного механизма … n им, 65 об/мин
• 3. Синхронная частота электродвигателя … n с, 1500 об/мин
• 4. Ресурс … Lh, 8000 час
• 5. Параметры режима нагружения механизма
• Содержание работы
• 1. Выбор электродвигателя и энергокинематический расчёт привода
• 2. Расчёт червячной передачи
• 3. Разработка эскиза червячного редуктора
• 4. Расчёт червячного вала
• 5. Расчёт подшипников

1. ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ И ЭНЕРГОКИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАС-ЧЁТ ПРИВОДА Задача данного этапа проектирование определение требуемой мощности и выбор серийного асинхронного двигателя, определение передаточного отношения редуктора и оценка моментов сил на входном и выходном валах редуктора.

Вал электродвигателя (рис.1) соединен с входным валом редуктора с по-мощью втулочно-пальцевой муфты (1), а выходной вал редуктора с валом испол-нительного механизма с помощью зубчатой муфты (2).

Вал червяка

Червяк Червячное колесо

Муфта 1

Муфта 2 Вал червячного колеса

.

1.1. Определение мощности, передаваемой исполнительному механизму (ИМ):

Р им = Тим  им, где  им =  n им / 30.

 им = 3,14*65/30 = 6,8 рад/с

Р им = 800*6,8 = 5440 Вт = 5,44 кВт

1.2. Определение асчётной мощности электродвигателя Рэд-р производится на основе оценки коэффициента полезного действия (КПД) механической части привода пр [2, с.4−6]:

Рэд-р = Рим / пр,

КПД привода определяется с учётом потерь мощности в каждой из элемен-тов кинематической схемы механической части привода:

пр = 2м 2п чп, где  м учитывает потери в муфте, принимается  м  0,99;

п учитывает потери суммарно в обеих опорах каждого вала; для вала на подшипниках качения п  0,98 …0,995;

чп КПД червячной передачи 1, с. 205 зависит от числа заходов червяка z1; для предварительного расчёта мощности привода принимается при z1= 1 КПД чп= 0,70 … 0,75;

при z1= 2 КПД чп= 0,75 … 0,82;

при z1= 4 КПД чп= 0,87 … 0,92.

Число заходов червяка принимается в зависимости от передаточного отно-шения червячной пары i чп, которое (до выбора двигателя) можно предварительно оценить по отношению i чп  nc/nим.

i чп =1500/65 = 23,08

Рекомендуется назначать число заходов червяка при z1 = 4 при i чп = 8 … 15; z1 = 2 при i чп = 15 … 30; z1 = 1 при i чп  30 1, с.201.

Принимаем z1 = 2

1.3. Асинхронный электродвигатель выбирается исходя из условия, что пас-портная мощность Рэд превышает расчётную мощность электродвигателя Рэд-р:

Рэд  Рэд р.

Принимаем двигатель

1.4. Определение передаточного отношения червячной передачи

i чп = nэд/nим, где nэд частота вращения вала ЭД; если указаны только синхронная ско-рость nс и скольжение s (в процентах!), то nэд = nс (1 0,01s).

nэд = 1500 * (1−0,01*3) = 1455 мин-1

1.5. Уточняется (с учётом рекомендации в п.2) число заходов червяка со-гласно новому значению передаточного отношения редуктора

i чп = nэд/nим .

i чп = 1455 /65 = 23,1

Назначается число зубьев червячного колеса

z2 = i чп z1 = 23,1 * 2 = 46,2.

Принимаем z2 = 46  28.

Определяем окончательно значение i чп

i чп= z2/z1= 46/2 = 23

1.6. Определение значений крутящих моментов

— момента передаваемого с выходного вала червячного редуктора зубчатой муфте;

ТМ2 = Тим / м = 800/0,99 = 808 Н

— момента, передаваемого червячному колесу;

T2 =ТМ2/ п = 808/0,99 = 816 Н

— момента, передаваемого червяку;

T1 = T2/(i чп чп) = 816/(23*0,8) = 44,35,

— момента передаваемого втулочно-пальцевой муфте

ТМ1 = Т1 / п = 44,35 / 0,99 = 44,80 ;

— омента на валу ЭД

Тэд = ТМ1/ м = 44,8 / 0,99 = 45,25

2. РАСЧЁТ ЧЕРВЯЧНОЙ ПЕРЕДАЧИ

2.1. Проектировочный расчёт червячной передачи

2.1.1. Предварительная оценка скорости скольжения в зацеплении;

vS-О = (2…3) dэл n1 /60 = 2*3,14*0,038*1455/60 = 5,787 м/с где dэл диаметр вала электродвигателя

2.2.2. Выбор марки материала червячного колеса и твёрдости поверхности витков червяка зависит в основном значением скорости скольжения в зацеплении vS .

при vS  6 м/с применяют безоловянные бронзы;

Выбираем материалом червячного колеса бронзу БрА9ЖЗЛ, для которой H  = 150 МПа.

2.2.3. Определение коэффициента режима КHL. Для алюминиевых бронз КHL=1.

2.2.4. Определение допускаемого напряжения:

Допускаемое напряжение определяют по формуле

H  = H КHL, где H  - допускаемое напряжение при базовом числе циклов перемен контакт-ных; значение H  зависит от марки материала червячного колеса, способа от-ливки и твёрдости HRC поверхности витков червяка (таблица 2);

КHL — коэффициент долговечности.

Для безоловянных бронз КHL =1

H  = 150 * 1 * 150 МПа

2.2.5. Назначаем стандартное значение q с учётом требования

q/z2 = 0,22 .0,4

Предварительный выбор обеспечивает

q/z2 = 16/46 = 0,35.

Условие выполняется

Определяем межосевое расстояние aW по формуле

= 0,625*1,35 =201 мм

Принимаем стандартное значение aW =125 мм

2.2.6. Определение расчётного значения модуля

m = 2 aW / (q + z2) = 2*125/ (16+46) = 4,03

Принимаем модуль m = 4

Определение делительного диаметра червяка :

d1= q m = 16*4 = 64, червячного колеса

d2 = z2m = 46*4 =184

угла подъёма

 = 7,116° (7°07)

2.2.7. Определение коэффициента смещения червячной передачи при при-нятых стандартных значениях её параметров:

x = aW / m 0,5 (q + z2) = 125/4−0,5*(16+46) = 0,25

2.2.8. Условие неподрезания выполняется, если коэффициент x лежит в диа-пазоне значений от -1 до +1. расчет показывает, что данное условие выполняется.

2.2.9. Определение скорости скольжения в зацеплении

vS = v1 / cos = d1 n1 / (60 cos )

vS = 3,14*64*10−3*1455 /(60 cos 7,116°) = 4,91 м/c

Условие vS  vS-О можно считать выполненным

Условие прочности по контактным напряжениям записывается в форме

Условие контактной прочности при расчёте червячной передачи записы-вают следующим образом:

H =  H , где КН — коэффициент расчётной нагрузки, учитывает повышение нагрузки из-за неточности передачи;

Т2 момент, передаваемый червячному колесу;

 - угол подъёма винтовой линии червяка;

tg = z1/q, где q коэффициент делительного диаметра червяка q = d1/ m;

По табл. 1 предварительно принимаем значение q = 16, для которого;

 =7°7 = 7,116°

 - торцовый коэффициент перекрытия; обычно  = 1,8 …2,2; при =20о и смещении х = 0

 = (0,03 z22 + z2 + 1 0,17 z2 + 2,9) / 2,95;

= 1,89

2 - угол обхвата червяка;

- коэффициент, учитывающий уменьшение длины контактной линии из-за неполного соприкосновения зубьев колеса и червяка по дуге обхвата;

Для проектировочного расчёта соотношение (2.1) решается относительно d2, заменяя d1= qm = q d2/z2 и принимая =20о; КН  1,1;  =10о; 2 = 100о=1,75 рад;  = 0,75:

H =1,18 =113,8 МПа

H  = 150 МПа

Условие H