Выбор электродвигателя и кинематический расчёт
По табл. 1.1[1] примем следующие значения КПД:
- для ременной передачи с поликлиновым ремнем: h1= 0,96
- для закрытой червячной передачи: h2= 0,75
Общий КПД привода:
h = h1x... xhnxhподш.2= 0,96 x0,75 x0,992= 0,706
где hподш.= 0,99 - КПД одного подшипника.
Угловая скорость на выходном валу:
wвых.= = = 1,885 рад/с
Требуемая мощность двигателя:
Pтреб.= = = 5,241 кВт
В таблице 24.7[2] по требуемой мощности выбираем электродвигатель 112M4 (исполнение IM1081), с синхронной частотой вращения 1500 об/мин, с параметрами: Pдвиг.=5,5 кВт. Номинальная частота вращения с учётом скольжения nдвиг.= 1432 об/мин, угловая скорость
wдвиг.= = = 149,959 рад/с.
Рисунок 1.1 - Эскиз электродвигателя
Oбщее передаточное отношение:
U = = = 79,554
Руководствуясь таблицами 1.2[2] и 1.3[2], для передач выбрали следующие передаточные числа:
U1= 2,24
U2= 35,5
Рассчитанные частоты и угловые скорости вращения валов сведены ниже в таблицу 1.1:
Таблица 1.1 - Частоты и угловые скорости вращения валов
| Вал 1-й | n1= = = 639,286 об./мин. | w1= = = 66,946 рад/c. |
| Вал 2-й | n2= = = 18,008 об./мин. | w2= = = 1,886 рад/c. |
Мощности на валах:
P1= Pтреб.xh1xhподш.= 5241 x0,96 x0,99 = 4981,046 Вт
P2= P1xh2xhподш.= 4981,046 x0,75 x0,99 = 3698,427 Вт
Вращающие моменты на валах:
T1= = = 74403,938 Нxмм
T2= = = 1960989,926 Нxмм
По таблице 24.7(см. приложение учебника Дунаева/Леликова) выбран электродвигатель 112M4 (исполнение IM1081), с синхронной частотой вращения 1500 об/мин, с мощностью Pдвиг.=5,5 кВт. Номинальная частота вращения с учётом скольжения nдвиг.= 1432 об/мин.
Таблица 1.2 - Передаточные числа и КПД передач
| Передачи | Передаточное число | КПД |
| 1-я ременная передача с поликлиновым ремнём | 2,24 | 0,96 |
| 2-я червячная передача | 35,5 | 0,75 |
Таблица 1.3 - Рассчитанные частоты, угловые скорости вращения валов и моменты на валах
| Валы | Частота вращения, об/мин | Угловая скорость, рад/мин | Момент, Нxмм |
| 1-й вал | 639,286 | 66,946 | 74403,938 |
| 2-й вал | 18,008 | 1,886 | 1960989,926 |
Расчёт поликлиноременной передачи
Рисунок 2.1 – Схема передачи
Коэффициент режима работы по табл. 7.4[1] Кр= 0,9.
Расчетный момент на быстроходном валу по табл. 10.4[1] T(ведущ. шкива)= 34949,553 Нxмм.
При данной величине момента в соответствии с рекомендацией принимаем ремень сечения К.
Диаметр меньшего шкива по формуле (7.33[1]):
d1= 3 x = 3 x = 98,085 мм
По табл. 7.14 принимаем ближайший d1= 100 мм.
Скорость ремня:
V = = = 7,498 м/с.
Диаметр ведомого шкива:
d2= d1xU = 100 x2,24 = 224 м/с.
По табл. 7.14 принимаем d2= 224 мм.
Передаточное число:
U = = = 2,24 .
Определяем необходимое число клиньев (см рис. 7.5[1]). Из точки оси абсцисс u = 7,498 м/с проведем вертикаль до пересечения с кривой d1= 100 мм. Из полученной точки проведем горизонталь до пересечения с кривой мощности:
Р = Mведущ. шкиваxwведущ. шкива= 34949,553 x10-6x149,959 = 5241кВт.
Затем из полученной точки проведем опять вертикаль до пересечения с линией U = 2,24. Далее проведем горизонталь до пересечения с прямой Кр= 0,9.Из последней точки проведем вертикаль, которая пересечет ось абсцисс в точке z = 7,94.
Примем окончательно число клиньев z = 8.
При U = 2,24 межосевое расстояние аw= 2,48 xd1= 2,48 x100 = 248 мм (см. стр. 141[1]).
Длина ремня по формуле (7.7[1])
L = 2 xаw+ 0.5 xp x(d2+ d1) + 2 x248 + 0.5 x3,142 x(224 + 100) +
= 1020,438 мм.
Принимаем по табл. 7.13[1]: L = 1060 мм.
Условное обозначение ремня: 1060 К 8 РТМ 38-40528-74.
Межосевое расстояние, выверенное по принятой длине ремня:
aw= 0.25 x
=0.25x
= 268,369 мм.
Угол обхвата на малом шкиве:
a = 180o- 180o- 152,277o.
Усилие, действующее на вал:
S = 2 xS0xz xSin95 x8 xSin737,867 Н,
здесь 2 xS0= 95 Н, см. стр. 142 [1].
Ширина шкивов (см. табл. 7.14[1]):
Bш.= (z - 1) xt + 2 xs = (8 - 1) x2,4 + 2 x3,5 = 23,8 мм.
Таблица 2.1 - Параметры клиноременной передачи, мм
| Параметр | Значение | Параметр | Значение |
| Тип ремня | поликлиновой | Диаметр ведущего шкива d1 | |
| Сечение ремня | К | Диаметр ведомого шкива d2 | |
| Число клиньев Z | Предварительное натяжение ремня Fo, Н | ||
| Межосевое расстояние aw | 268,369 | ||
| Длина ремня l | |||
| Угол обхвата ведущего шкива a1, град | 152,277 | Сила давления ремня на вал Fв, Н | 737,867 |
Расчёт червячной передачи
Рисунок 3.1 – Схема передачи
Проектный расчёт
Так как выбор материала для колеса связан со скоростью скольжения, то предварительно определяем её значение:
Vск= 0.45 x10-3xn(черв. кол.)xU x = 0.45 x10-3x18,008 = 3,601 м/с.
Выбираем для червяка сталь 40X с закалкой более HRC 45 и последующим шлифованием.
Для червячного колеса по предварительно найденной скорости скольжения выбираем по табл. 2.14[2] материал 2-й группы БрА10Ж3Мц1,5 (отливка в кокиль).
Для данного материала допускаемое контактное напряжение:
[s]H= [s]Ho- 25 xVск
где [s]Ho= 300 МПа для червяков с твёрдостью на поверхности витков >= 45HRC.
Тогда: [s]H= 300 - 25 x3,601 = 209,975 МПа.
Допускаемые напряжения изгиба вычисляются для материала зубьев червячного колеса:
[s]F= KFLx[s]Fo
где:
[s]Fo= 0.25 xsт+ 0.08 xsв
Для выбранного материала червячного колеса sт= 360 МПа, sв= 550 МПа, тогда:
[s]Fo= 0.25 x360 + 0.08 x550 = 134 МПа,
где KFL- коэффициент долговечности.
KFL= ,
где NFO= 106- базовое число циклов нагружения;
NFE= 60 xn(кол.)xtSxKFE
здесь: n(кол.)= 18,008 об/мин. - частота вращения червячного колеса;
tS= 365 xLгxC xtcxkгxkс- продолжительность работы передачи в расчётный срок службы, ч.
- Lг=8 г. - срок службы передачи;
- С=1 - количество смен;
- tc=8 ч. - продолжительность смены;
- kг=0,5 - коэффициент годового использования.
- kс=0,4 - коэффициент суточного использования.
tS= 365 x8 x1 x8 x0,5 x0,4 = 4672 ч.
KFE- дополнительный множитель для эквивалентной циклической долговечности.
KFE= S = + + = 0,716
Тогда:
NFE= 60 x18,008 x4672 x0,716 = 3614369,833
В итоге получаем:
КFL= = 0,867
В итоге получаем:
[s]F= 0,867 x134 = 116,178 МПа.
Для полученной выше скорости скольжения выбираем число витков червяка z1= 1.
Межосевое расстояние червячной передачи:
aw³ Kax
где Ka= 610 - для эвольвентного червяка;
KHb- коэффициент концентрации нагрузки, при переменном режиме нагружения:
KHb= 0.5 x(KHbo+ 1)
По графику (рис. 2.12[2]) для z1= 1 принимаем KHbo= 1,063.
Тогда:
KHb= 0.5 x(1,063 + 1) = 1,031
Получаем:
aw³ 610 x = 218,338 мм
Полученное расчётом межосевое расстояние округляем в большую сторону: для нестандартной червячной пары - до числа из табл. 24.1[2]: aw= 220 мм
Число зубьев червячного колеса:
z2= z1xU = 1 x35,5 = 35,5, принимаем z2= 36
Предварительно вычислим значение модуля червячной передачи:
m = (1,4...1,7) x = (1,4...1,7) x = 8,556...10,389 мм
Выбираем из стандартного ряда m = 10 мм.
Минимальное значение коэффициента диаметра червяка:
qmin= 0,212 xz2= 0,212 x36 = 7,632.
Коэффициент диаметра червяка:
q = = = 8
Полученное значение округляем до ближайшего стандартного q = 8.
Коэффициент смещения инструмента по условию неподрезания и незаострения зубьев по ГОСТу:
x = 0
Угол подъёма линии витка червяка:
на делительном цилиндре:
g = arctgarctg7,125o
на начальном цилиндре:
gw= arctgarctg7,125o
Фактическое передаточное число:
Uф= = 36
Фактическое значение передаточного числа отличается на 1,4%, что меньше, чем допустимые 5% для одноступенчатого редуктора.
Размеры червяка:
диаметр делительный:
d1= q xm = 8 x10 = 80 мм
диаметр начальный червяка:
dw1= m x(q + 2 xx) = 10 x(8 + 2 x0) = 80 мм
диаметр вершин витков:
da1= d1+ 2 xm = 80 + 2 x10 = 100 мм
диаметр впадин:
df1= d1- 2,4 xm = 80 - 2,4 x10 = 56 мм
Длина b1нарезанной части червяка:
b1= (10 + 5,5 x|x| + z1) xm = (10 + 5,5 x0 + 1) x10 = 110 мм
Для шлифованного червяка при m<10 мм полученную длину увеличиваем на 35 мм:
b1= 110 + 25 = 145 мм
Полученную величину округляем в ближайшую сторону до числа из табл. 24.1[2]: b1= 150 мм.
Размеры червячного колеса:
диаметр делительный:
d2= z2xm = 36 x10 = 360 мм
диаметр вершин зубьев:
da2= d2+ 2 xm x(1 + x) = 360 + 2 x10 x(1 + 0) = 380 мм
диаметр впадин:
df2= d2- 2 xm x(1,2 - x) = 360 - 2 x10 x(1,2 + 0) = 336 мм
диаметр колеса наибольший:
daM2£ da2+
где для данного типа червяка k = 2, тогда:
daM2£ 380 +
Принимаем daM2= 400 мм.
При z1= 1 ширина венца червячного колеса:
b2= 0,355 xaw= 0,355 x220 = 78,1 мм
Окружная скорость на начальном диаметре червяка:
Vw1= 2,678 м/с
Скорость скольжения в зацеплении:
Vск= 2,699 м/с
По полученному значению Vскуточняем допускаемое контактное напряжение:
[s]H= 300 - 25 x2,699 = 232,525 МПа.
Для червячной передачи выбираем степень точности 8.
Окружная скорость червячного колеса:
V2= 0,339 м/с