Энергокинематический расчет привода

1.1Определение скорости вращения входного вала исполнительного механизма

Скорость вращения вала исполнительного механизма в задании на курсовой проект отсутствует, поэтому его значение находим, используя другие известные параметры.

, об/мин,

где = 0,24 м/c - скорость поступательного перемещения рабочего органа, м/с;

, мм - характерный диаметр приводного элемента в конструкции исполнительного механизма, преобразующего вращательное движение в поступательное.

Диаметр приводной звездочки , мм :

= 90 / sin(180⁰ / 14) = 404,456 мм

где = 14 - число зубьев приводной звездочки;

= 90 мм - шаг тяговой цепи, мм.

Далее определяем параметр по формуле:

=60·1000·0,24/(3,14·404,456)=11,333 об/мин,

1.2Выбор электродвигателя и определение передаточных чисел привода.

Для выбора электродвигателя необходимо определить его необходимые параметры: скорость вращения и мощность

1.2.1 Определение требуемой скорости вращения вала электродвигателя

Для начала определим средние значения передаточных чисел редуктора u_cpi отдельных передач, чтобы иметь возможность их корректировки, при окончательном выборе частоты вращения вала электродвигателя. u_cp2 среднее передаточное число открытой зубчатой передачи.

Передача 2 (открытая одноступенчатая цилиндрическая зубчатая передача):

u_cp2 = u_max2+u_min2 / 2 = 7 + 4 / 2 = 5,5

Определяем средние передаточные числа для передач, в соответствии с числами заходов червяка ( ; ; ):

для: u_{cpp1 =} u_{max p1 +} u_{min p1} / 2 = 63+28 / 2 = 45,5

для : u_{cpp2 =} u_{max p2 +} u_{min p2} / 2 = 28 + 16 / 2 = 22

для :u_{cpp4 =} u_{max p4 +} u_{min p4} / 2 = 14 + 8 / 2 = 11

Определим передаточное число привода в целом, исходя из средних значений передаточных чисел редуктора :

u_{cpn1 =} u_cpp1 · u_cp2 = 45,5 ·5,5 = 250,25

u_{cpn2 =} u_cpp2 · u_cp2 = 22·5,5 = 121

u_{cpn4 =} u_cpp4 · u_cp2 = 11·5,5 = 60,5

где - среднее значение передаточного числа редуктора;

; - средние значения передаточных чисел открытых передач, если они входят в конструкцию привода.

В соответствии с параметром определим необходимую частоту вращения вала электродвигателя :

n´ _дв = u_cpп · n_u

n´ _дв1 = u_cpп1 · n_u = 250,25 · 11,333 = 2836,06 об/мин (для z₁ =1)

n´ _дв2 = u_cpп2 · n_u = 121· 11,333 = 1371,28 об/мин (для z₁ = 2) n´ _дв4 = u_cpп4 · n_u = 60,5 · 11,333 = 685,64 об/мин (для z₁ = 4)

Принимаем значение n´_дв2 = 1371,28 об/мин соответствующее среднему передаточному числу червячного редуктора u_cpp = 22 при числе заходов червяка z₁ = 2 и передаточному числу привода u_cpп2 = 121

Выбираем группу двигателей с синхронной частотой, равной …1500.. об/мин.

1.2.2Определение требуемой мощности электродвигателя

Мощность электродвигателя зависит от требуемой мощности, развиваемой на входном валу исполнительного механизма, и потерь мощности в приводе, т. е. от его КПД.

Мощность на валу исполнительного механизма :

P'_u = V · F = 0,24 · 18 = 4,320 кВт

где = 0,24 м/с - линейная скорость тягового органа;

= 18 кН - сила, необходимая для приведения в движение тягового органа.

Проанализируем кинематическую схему привода и определим конструктивные элементы, влияющие на потери мощности. Такими элементами являются :

1. Упругая муфта;

2. Червячная передача;

3. Открытая зубчатая передача;

4. Подшипники качения;

Критерием потерь мощности является коэффициент полезного действия (КПД) привода . В свою очередь он зависит от КПД каждого из вышеуказанных элементов:

= 0,99 … 1,00 - КПД муфты, принимаем : = 0,995 ;

η_черв = 0,73 … 0,78 – КПД червячной передачи, принимаем : η_черв = 0,755;

η_озп = 0,92 … 0,94 –КПД открытой зубчатой передачи: η_озп=0,93 ;

= 0,990…0,995 - КПД одной пары подшипников качения,

=0,9925

- число пар подшипников качения, n = 2.

Потери мощности в подшипниках, указанных на схеме, в конструкции исполнительного механизма в расчете не учитываются.

Выполним подстановку ранее перечисленных параметров и определим КПД привода:

η₀ = η_му · η_черв·η_озп· η ⁿ_пк = 0,995·0,755·0,93·0,9925² = 0,68820

Требуемая мощность электродвигателя зависит от мощности, развиваемой на валу исполнительного механизма, и определяется по формуле:

P_дв = P_u / η₀ = 4,320 / 0,68820 = 6,277 кВт.

Выбираем марку двигателя АИР 132S4, номинальная частота вращения вала которого : n_дв = 1440 об/мин, а мощность : Р = 7,5 кВт

1.2.3Корректировка передаточных чисел привода

Расчетное передаточное число привода:

u_рп = n_дв / n_u = 1440 / 11,333 = 127,06

где n_дв - фактическая частота вращения вала электродвигателя :

n_дв = 1440 об/мин

Определим параметр корректировки П_к :

П_к = u_рп / u_cpn2 = 127,06 / 121 = 1,050

Принимаем решение о корректировке передаточного числа открытой зубчатой передачи u_cp2 = 5,5. Находим новое передаточное число передачи:

u_р = u_cp2 · П_к = 5,5 · 1,050 = 5,78

Запишем в таблицу расчетные значения передаточных чисел всех передач привода (в составе редуктора и открытых) с учетом корректировки и разбивки по ступеням в последовательности от двигателя к исполнительному механизму

Наименование передачи	Червячная редуктора	Зубчатая открытая
Обозначение
Передаточное число		5,78

Фактическое значение передаточного числа привода :

u_фп = u₁ · u₂ = 22 · 5,78 = 127,16

Отклонение нормативной скорости вращения приводного вала исполнительного механизма от фактического значения этой скорости:

= │u_рп - u_фп│ / u_рп·100% =│127,06 –127,16│/ 127,06·100% =0,08 %

Так как величина отклонения = 0,08 % , а допускаемое отклонение цепи ∆V = ± 4 %, следовательно , отклонение нормативной скорости цепи находится в пределах допустимого отклонения.

1.3Определение кинематических и силовых параметров на валах привода:

Скорости вращения n, валов привода, в последовательности от двигателя к исполнительному механизму:

n_l = n_дв = 1440 об/мин

n_ll = n₁ = 1440 об/мин

n_lll = n_ll / u₁ = 1440 / 22 = 65,45 об/мин

n_lV = n_lll / u₂ = 65,45 / 5,78 = 11,32 об/мин

Угловые скорости ω , вращения валов:

ω₁ = π · n_l /30 = 3,14 · 1440 / 30 = 150,8 рад/с

ω_ll = ω₁= 150,8 рад/с

ω_lll= π · n_lll /30 = 3,14 ·150,8 /30 = 6,85 рад/с

ω_lV= π · n_lV /30 = 3,14 ·11,32 /30 = 1,19 рад/с ·

Запишем в таблицу элементы привода, влияющие на потери мощности на каждом участке между валами.

Номера валов, обозначающие участок потерь мощности	Наименования конструктивных элементов, влияющих на потери мощности
I - II	Муфта упругая
II - III	Червячная передача, пара подшипников
III - IV	Открытая зубчатая передача, пара подшипников

Значение КПД, учитывающего потери мощности подводимой к каждому валу:

η _l-ll= η_M = 0,995

η _ll-lll = η_черв · η_пк = 0,755 ·0,9925 = 0,74934

η _lll-lV = η_озп · η_пк = 0,93·0,9925 = 0,92303

Мощности Р, кВт, подводимые к валам:

Р₁=Р_дв= 6,277 кВт;

Р_ll =Р₁ · η _l-ll = 6,277·0,995=6,246 кВт;

Р_lll = P_ll · η _ll-lll = 6,246 · 0,74934 = 4,680 кВт;

Р_lV = P_lll· η _lll-lV = 4,680 · 0,92303 = 4,320 кВт;

Вращающие моменты Т, на валах привода :

Т₁ = 1000· Р₁ / ω₁ = 1000·6,277 / 150,8 = 41,6 Н·м;

Т_ll = 1000· Р_ll / ω_1l =1000· 6,246/ 150,8 = 41,4 Н·м;

Т_lll = 1000· Р_lll / ω_1ll =1000· 4,68/ 6,85 = 683,2 Н·м;

Т_lV = 1000· Р_lV/ ω_1V =1000· 4,32/ 1,19 = 3630,3 Н·м;

Планируемый срок службы привода в часах:

L_h = 365· L_г· 24· К_см· К_сут· ПВ = 365· 4· 24· 0,67· 0,8· 0,6 = 11269 ч ,

Где L_г = 4 года – срок службы привода;

К_см = 0,67 – коэффициент сменности;

К_сут = 0,8 – коэффициент использования привода в течении суток;

ПВ = 0,6 – коэффициент использования привода в течении смены.

Число циклов нагружения валов привода N _НЕi :

N _НЕl = L_h·60·n_l = 11269·60·1440 = 973641600;

N _НЕll = L_h·60·n_ll = 11269·60·1440 = 973641600;

N _НЕlll = L_h·60·n_lll = 11269·60·65,45 = 44253363;

N _НЕlV = L_h·60·n_lV = 11269·60·11,32= 7653905;

Результаты расчетов сводим в таблицу 1.3:

Таблица 1.3 Основные кинематические и силовые параметры привода

Порядковый номер вала	ni , об/мин	,1/с	Ti , Н · м	Pi , кВт
I		150,8	41,6	6,277
II		150,8	41,4	6,246
Ш	65,45	6,85	683,2	4,680
lV	11,32	1,19	3630,3	4,320