Передаточное отношение привода

Курсовое

Проектирование

ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Издание второе, переработанное и дополненное

Допущено Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебного пособия для учащихся машиностроительных специальностей техникумов

МОСКВА

« МАШИНОСТРОЕНИЕ »

ББК 34.41

К93

УДК 621.81(075.3)

Авторы: С. А. Чернавский, К.Н. Боков, И. М. Чернии,

Г. М. Ицкович, В, П. Козинцов

Редактор д-р техн. наук профессор С. А. Чернавский

Рецензент канд. техн. наук А. В. Карп

Курсовоепроектирование деталей машин: Учеб. пособие для учащихся
К93 машиностроительных специальностей техникумов / С. А. Чернавский,

К. Н. Боков, И. М. Чернин и др.— 2-е изд., перераб. и доп. — М.:

Машиностроение, 1988. — 416 с.: ил.

(В пер.): 1 р.

Изложены методы расчета приводов, редукторов, передач (зуб­чатых, червячных, цепных, ременных, планетарных и волновых). Рас­смотрены, основы конструирования деталей редукторов. Даны при­меры проектирования редукторов и передач.

Второе издание (1-е изд. 1979 г) переработано и дополнено новыми материалами в соответствии с действующими ГОСТами и методами проектирования основных видов механических передач и их деталей.

ББК 34.41

К ^{________________________________}

038(01)-88

Ó Издательство «Машиностроение», 1979.

Ó Издательство «Машиностроение», 1987,

с изменениями.

ПРЕДИСЛОВИЕ

Учебное пособие содержит сведения, необхо­димые для выполнения курсовых проектов по дета­лям машин в техникумах. Оно составлено в соот­ветствии с программой технической механики, утвержденной для машиностроительных техни­кумов.

По сравнению с предыдущим изданием, второе издание существенно переработано и дополнено в связи с введением новых стандартов и совершенст­вованием методов расчета и конструирования механических передач и их деталей. В соответствии с необходимостью использования в учебном про­цессе компьютеров, в пособии представлены алго­ритмы, которые могут служить основой для раз­работки программ для ЭВМ.

Приложения дополнены новыми справочными сведениями.

Авторы с признательностью примут все заме­чания и пожелания по настоящему изданию.

Просьба направлять их по адресу: 107076, Москва, Стромынский пер., д. 4, издательство «Машиностроение».

ГЛАВА 1

КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРЕБУЕМОЙ МОЩНОСТИ

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

В типовых заданиях на курсовое проектирование деталей машин указывается кинематическая схема привода к конвейеру, смесителю, кормораздатчику и другим устройствам, эксплуа­тируемым в режиме, близком к постоянному. К исходным данным относятся эксплуатационные, загрузочные и энергети­ческие характеристики.

Учащиеся техникума должны рассчитать все элементы при­вода и разработать конструкцию одноступенчатого зубчатого или червячного редуктора и дополнительно одну из гибких передач — ременную или цепную.

Первый этап проектирования — анализ кинематической схемы и выбор электродвигателя.

На рис. 1.1 показана одна из типовых схем привода к лен­точному конвейеру: от электродвигателя вращение передается валу барабана через ременную передачу, зубчатый односту­пенчатый редуктор и цепную передачу.

Для определения требуемой мощности электродвигателя в задании должны быть указаны вращающий момент Т_р (Н•м) на валу барабана и угловая скорость w_р (рад/с) этого вала или же сила тяги F (Н) и скорость v (м/с) ленты.

Искомую мощность Р (Вт) электродвигателя определяют из выражения

(1.1)

Здесь h — коэффициент полезного действия (КПД) привода, равный произведению частных КПД передач, входящих в кине­матическую схему:

(1.2)

Значения КПД передач отдельных типов приведены в табл. 1.1.

Передача	КПД
Значения КПД механических передач Зубчатая в закрытом корпусе (редуктор): цилиндрическими колесами коническими колесами Зубчатая открытая	0,97 — 0,98 0,96 — 0,97 0,95 — 0,96
Червячная в закрытом корпусе при числе витков (заходов) червяка: z1 = ! z1 = 2 z1 =4 Цепная закрытая Цепная открытая Ременная : плоским ремнем клиновыми ремнями	0,70-0,75 0,80-0,85 0,85-0,95 0,95 — 0,97 0,90 — 0,95   0,96 — 0,98 0,95 — 0,97
Примечание. Потерн на трение в опорах каждого вала учитывают­ся множителем ho = 0,99 ¸ 0,995.

Рис. 1.1. Кинематическая схема привода Рис. 1.2. Характеристика асинхронного

ленточного конвейера двигателя трехфазного тока

ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Мощность электродвигателя, подбираемого для проектируе­мого привода, должна быть не ниже той, которая определена по формуле (1.1). Из существующих типов двигателей выби­рают преимущественно асинхронные электродвигатели трех­фазного тока единой серии 4А.

На рис. 1.2 представлена характеристика асинхронного дви­гателя трехфазного тока, выражающая зависимость частоты вращения n(об/мин) вала двигателя от величины вращающего момента Т (Н • м). По оси абсцисс отложены значения Т_ном - номинального вращающего момента, Т_пуск - пускового или начального вращающего момента, развиваемого при пуске двигателя, T_mах — максимального кратковременного момента; по оси ординат отложены значения частот вращения: номи­нальной n_ном, критической п_кр и синхронной п_с, развиваемой при отсутствии нагрузки и равной частоте вращения магнит­ного поля; она зависит от частоты тока f и числа пар полюсов р:

соответствующая угловая скорость рад/с,

При стандартной частоте тока f= 50 с^-1 и числе пар по­люсов р = 1 ¸ 6 синхронная частота вращения n_с будет равна соответственно 3000; 1500; 1000; 750; 600 и 500 об/мин. Для приводов, разрабатываемых в курсовых проектах, рекомен­дуется выбирать двигатели с числом полюсов не более восьми, а лучше - не более шести, т. е. с р £ 3 и п_с ³ 1000 об/мин.

При возрастании нагрузки частота вращения вала двига­теля уменьшается вследствие скольжения s, определяемого по формуле

откуда

п = n_с (1- s). (1.3.)

При пуске двигателя Т= T_пуск (или Т_нач), s = 1 и п = 0; при номинальном режиме Т = Т_ном s = 0,02 ¸ 0,05; n_пом » (0,98 ¸ 0,95)и_с; при отсутствии нагрузки Т=0 s = 0; n = n_c.

Технические данные асинхронных электродвигателей еди­ной серии 4А в закрытом обдуваемом исполнении приведены в таблицах приложения.

ПЕРЕДАТОЧНОЕ ОТНОШЕНИЕ ПРИВОДА

В исходных данных на курсовое проектирование привода указывают частоту вращения n_р (об/мин) рабочего приводного вала или же диаметр D (м) барабана конвейера и скорость v (м/с) ленты; по этим данным находят

60v

n_p = ^___________ ,

pD

определяют общее передаточное отношение всего привода i = n_ном / n_pи намечают ориентировочно значения частных пере­даточных отношений передач, входящих в привод, так, чтобы произведение их было равно общему передаточному отноше­нию: i₁i₂…I_к = i.

Средние значения i₁ для зубчатых передач равны 2 — 6, для червячных передач 8 — 80, цепных 3 — 6, ременных 2 — 4.

Уточненные значения передаточных отношений конкрет­ных видов передач приведены в гл. III, IV и V.

Пример.Провести кинематический расчет привода, пока­занного на рис. 1.1. Исходные данные: диаметр барабана D = 500 мм; тяговая сила F = 4•10³Н;

скорость ленты v = 0,8 м/с.

Требуется подобрать асинхронный электродвигатель трех­фазного тока, определить передаточное отношение всего при­вода и частные передаточные отношения каждой передачи.

Решение

Принимаем значения КПД по табл. 1.1:

ременной передачи h₁ = 0,98;

зубчатой пары h₂ = 0,98;

цепной передачи h₃ = 0,96;

коэффициент, учитывающий потери на трение в опорах трех валов h³₀=0,99³.

КПД всего привода h = h₁ h₂ h₃ h³₀ = 0,98 • 0,98 • 0,96 • 0,99³ = 0,89. Требуемая мощность электродвигателя по формуле (1.1)

Частота вращения вала барабана

По данным табл. П1 приложения, подходят электродвигатели четырех марок: 4А100S2УЗ, Р = 4 кВт, п_с = 3000 об/мин, s = 3,3%; 4A100L4УЗ, Р = 4 кВт, п_с = 1500 об/мин, s = 4,7%; 4А112МВ6УЗ, Р = 4кВт, n_с=1000 об/мин, s =

= 5,1%; 4А132S8УЗ, Р = 4 кВт, n_с = 750 об/мин, s = 4,1 %.

При выборе первого из указанных двигателей с n_с = 3000 об/мин возникнут затруднения в реализации большого передаточного числа порядка 100; двигатель с n_с = 750 об/мин имеет большие габариты и массу; предпочтительнее двигатели с п_с = 1500 и 1000 об/мин.

Номинальные частоты вращения валов этих двигателей будут соответст-

венно:

а) n_ном = n_c (1 – s) = 1500 (1 – 0,047) = 1430 об/мин;

б) n_ном = 1000 (1 – 0,051) = 949 об/мин.

Передаточное отношение привода в случае варианта «а»

для варианта «б»

Разбивка обшего передаточного отношения привода допу­скает много решений. Например, для варианта «а» можно принять

i₁ = 2,5; i₂ = 5; i₃ = 3,8; i = 2,5 • 5 • 3,8 = 47,5;

для варианта «б»

i₁ =2; i₂ = 4; i₃ = 3,9; i = 2 × 4 × 3,9 = 31,2.

Намеченные передаточные отношения в дальнейшем уточ­няются в соответствии с указаниями, приведенными в гл. III, IV и V, причем отклонение от расчетного передаточного отноше­ния привода не должно превышать ± 3 %.

ГЛАВА II

СВЕДЕНИЯ О РЕДУКТОРАХ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Редуктором называют механизм, состоящий из зубчатых или червячных передач, выполненный в виде отдельного агре­гата и служащий для передачи вращения от вала двигателя к валу рабочей машины. Кинематическая схема привода может включать, помимо редуктора, открытые зубчатые передачи, цеп­ные или ременные передачи (см., например, рис. 1.1). Указанные механизмы являются наиболее распространенной тематикой курсового проектирования.

Назначение редуктора — понижение угловой скорости и соот­ветственно повышение вращающего момента ведомого вала по сравнению с ведущим. Механизмы для повышения угловой скорости, выполненные в виде отдельных агрегатов, называют ускорителями или мультипликаторами.

Редуктор состоит из корпуса (литого чугунного или свар­ного стального), в котором помещают элементы передачи — зубчатые колеса, валы, подшипники и т. д. 'В отдельных слу­чаях в корпусе редуктора размещают также устройства для смазывания зацеплений и подшипников (например, внутри корпуса редуктора может быть помещен шестеренный масляный насос) или устройства для охлаждения (например, змеевик с охлаждающей водой в корпусе червячного редуктора).

Редуктор проектируют либо для привода определенной машины, либо по заданной нагрузке (моменту на выходном валу) и передаточному числу без указания конкретного назна­чения. Второй случай характерен для специализированных заво­дов, ка которых организовано серийное производство редукто­ров.

Кинематические схемы и общие виды наиболее распростра­ненных типов редукторов представлены на рис. 2.1-2.20. На кине­матических схемах буквой Б обозначен входной (быстроход­ный) вал редуктора, буквой Т - выходной (тихоходный).

Редукторы классифицируют по следующим основным признакам: типу передачи (зубчатые, червячные или зубчато-червячные); числу ступеней (одноступенчатые, двухступенчатые и т. д.); типу зубчатых колес (цилиндрические, конические, коническо-цилиндрические и т. д.); относительному располо­жению валов редуктора в пространстве (горизонтальные, вер­тикальные); особенностям кинематической схемы (разверну­тая, соосная, с раздвоенной ступенью и т. д.).

Возможности получения больших передаточных чисел при малых габаритах обеспечивают планетарные и волновые ре­дукторы (см. главы V и VI).