Задачи к контрольным заданиям

Номер варианта задания и номер схемы, соответствующий варианту, выдается преподавателем.

Задача 4

Для заданной схемы электромеханического привода (рис. 4-9,

I-XII) подобрать электродвигатель. Произвести кинематический и силовой расчет привода. Данные для расчета взять из табл. 1 (вариантам 1¸14 соответствуют цилиндрические редукторы - схемы I-VIII; вариантам 15¸20 соответствуют червячные редукторы - схемы IX¸XII). В зависимости от номера схемы выбрать из столбцов 3 и 4 значения чисел зубьев передачи (схемы I, III, VI, VIII, XI, XII), или диаметров шкивов (схемы II, IV, V, VII, IX, X).

Пример

Привод состоит из электродвигателя, ременной, зубчатой и цепной передач(рис.1): Д₁=160мм, Д₂=320мм, Z₃=25, Z₄=75, Z₅=40, Z₆=160. Частота вращения выходного вала n_вых=40 об/мин, мощность на выходном валу N_вых =4,5 кВт.

Рис. 1

Решение:

Подбор электродвигателя

Привод состоит из электродвигателя, ременной, зубчатой и цепной передач. Определяем передаточное отношение каждой ступени.

Передаточное отношение ременной передачи:

Передаточное отношение зубчатой передачи:

Передаточное отношение цепной передачи:

Определяем общее передаточное отношение привода:

,

Определяем требуемую частоту вращения вала электродвигателя. Известно, что , тогда

(об/мин).

Определяем общий КПД привода x_общ:

Известно: x_зп=0,9...0,98 (КПД зубчатой пары), x_чп=0,7...0,9 (КПД червячной пары), x_цп=0,9...0,96 (КПД цепной пары), x_рп=0,9...0,95 (КПД ременной пары), x_mпк=0,99 (КПД одной пары подшипников качения, где m- число пар подшипников), тогда

Определяем требуемую мощность электродвигателя N_вх.

,

Из [5] выбираем электродвигатель 4А132S643,

N_дв=5,5 кВт, n_дв=965об/мин.

Кинематический расчет привода

Уточняем передаточное отношение привода:

Уточняем передаточное отношение ременной передачи, принимая без изменения U_3n=3, U_уn=4, тогда

Определяем частоту вращения каждого вала привода. Частота вращения ведомого вала цепной передачи (выходной вал)

n₆=40об/мин.

Частота вращения ведущего вала цепной передачи:

об/мин.

Частота вращения ведомого вала зубчатой передачи:

n₄ = n₅ = 160 об/мин.

Частота вращения ведущего вала зубчатой передачи:

об/мин.

Частота вращения ведомого вала ременной передачи:

n₂ = n₃ = 480 об/мин.

Частота вращения ведущего вала ременной передачи:

об/мин.

Силовой расчет привода

Определяем вращающий момент на выходном валу привода

(Нм).

Вращающий момент на ведущем валу цепной передачи:

(Нм).

Вращающий момент на ведомом валу зубчатой передачи:

M₄=M₅=282 (Нм).

Вращающий момент на ведущем валу зубчатой передачи:

(Нм).

Вращающий момент на ведомом валу ременной передачи:

М₂ = М₃ = 98 (Нм).

Вращающий момент на ведущем валу ременной передачи:

(Нм).

Задача 5

Используя решение задачи 4, определить из условия прочности и жесткости диаметр выходного вала редуктора(см. схему к задаче 4). Принять G=8×10⁴ МПа, [t]=70 МПа, [Q]=0,5 град/м. Построить эпюру крутящего момента.

Методические указания к решению задачи см. [3].

Задача 6

Используя найденное в задаче 5 значение диаметра выходного вала редуктора (см. схему к задаче 4), подобрать для него призматическую шпонку. Проверить шпоночное соединение на срез и смятие при [t_ср]=70 МПа, [s_см]=100 МПа. Принять: рабочую длину шпонки равной 50 мм; значение вращающего момента, действующего на вал (см. решение задачи 4), вычертить шпонку и показать схему распределения напряжений в шпоночном соединении (рис. 2).

Пример:

Вал диаметром d_в=40 мм передает вращающий момент М=282Нм.

Решение:

Для данного значения диаметра вала d_в=70мм подбираем по ([4],с.302) призматическую шпонку (ГОСТ 23360-78) b ´ h=12 ´ 8 мм, t₁=5 мм, длина шпонки известна l=50 мм.

Рис. 2

Определяем окружное усилие, действующее в соединении

Н,

площадь смятия мм², тогда напряжение смятия в соединении определяется .

Прочность шпоночного соединения на смятие обеспечена, т.к. , 56,4 < 100 МПа.

Определяем площадь среза шпонки мм²

Напряжение среза в сечении

МПа

Условие прочности шпонки на срез выполняется.

т.к. , 23,5<70.

Задача 7

Вычислить геометрические размеры прямозубой цилиндрической или червячной передачи (d₁; d₂; d_a1; d_a2; d_f1; d_f2;), межосевое расстояние (А) которой указано на схеме. Найденное значение модуля (m) уточнить по стандартному ряду. Для червячных передач принять коэффициент диаметра червяка q=0,25×Z₂; Z₂ - число зубьев червячного колеса. Данные для расчета взять из табл. 1.

Пример:

Известны параметры зубчатого зацепления Z₁=20, Z₂=80, межосевое расстояние передачи А=100 мм, диаметр вала под колесом d_в=40 мм.

Решение:

Определяем модуль зацепления. Известно , отсюда мм.

Найденное значение модуля уточняем по стандартному ряду ([4] стр.53), т. е. принимаем m = 2мм.

Вычисляем геометрические размеры прямозубого зубчатого колеса (рис. 3а):

делительный диаметр колеса d =m × Z₂ = 2 × 80 = 160 мм

диаметр вершин зубьев =d + 2m = 160 + 2 × 2 = 164 мм

диаметр впадин зубьев = d - 2,5m = 160 -2,5 × 2=155 мм

По эмпирическим зависимостям вычисляем конструктивные размеры колеса (рис. 3б):

=(1,5…1,7) × d_в= 1,5 × 40 = 60 мм

=(1,2…1,7) × d_в= 1,2 × 40 = 48 мм

d = 2,5 × m = 2,5 × 2 = 5 ³ 10 = 10 мм

Рис. 3

Конструктивно принимаем:

d = 10 мм, R = 4 мм, =48 мм, D₀=100 мм

Ширина колеса В определяется в зависимости от коэффициента ширины колеса Y_А Значение Y_А стандартизованы [4]. Принимаем

Y_А = 0,25, т.е. В = Y_А × А =0,25 × А = 0,25 × 100 = 25 мм

мм

Толщина обода =2,5×2+2=7 мм

Размер фасок зубчатого колеса принимаем

n = 0,5 × m = 0,5 ×2 = 1 мм

Задача 8

Из условия прочности на изгиб с кручением подобрать круглое сечение для тихоходного вала редуктора при [s]=160 МПа.

Указания к решению задачи:

1. Используя решения задач 4 и 7, определить усилия, действующие на вал, считая, что колесо косозубое с углом наклона зубьев b=10^о. Консольную нагрузку от действия цепной или ременной передачи принять равной для цилиндрического редуктора , для червячного , где М,[н×м] - вращающий момент на валу; Q,[н] ;

2. Составить расчетную схему вала, учитывая силы и моменты, действующие в вертикальной плоскости. Значения а= приведены в табл.1.

3. Составить расчетную схему вала, учитывая силы и моменты, действующие в горизонтальной плоскости.

4. Для составленных расчетных схем построить эпюры поперечных сил Q и изгибающих моментов М (М_х, М_у).

5. Построить эпюру крутящего момента М_z.

6. Записать условие прочности для опасного сечения и определить диаметр вала.

7. Найденные значения диаметра уточнить по стандартному ряду. Требуемые значения взять из табл.1.

Задача 9

Построить поле допуска детали и определить величину допуска, верхнее и нижнее отклонение:

Æ10f8; Æ20N6; Æ30H5; Æ40b7; Æ50A8;

Æ60a7; Æ70p4; Æ80M6; Æ90D3; Æ100S8.

Задача 10

Из имеющихся посадок выбрать посадки, выполненные в системе вала и в системе отверстия

Задача 11

Построить поля допусков для посадки и рассчитать максимальную и минимальную величину зазора или натяга. Тип посадки задается преподавателем, например: