Детали машин и основы конструирования. Кинематический расчет привода

1.

Детали машин и
основы конструирования
Кинематический расчет привода
1

2.

ВЫБОР ДВИГАТЕЛЯ.
КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ
ПРИВОДА
Тема «ВЫБОР ДВИГАТЕЛЯ.
КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА»
Цель:
1. Определить номинальную мощность и
номинальную частоту вращения двигателя.
2. Определить передаточное число привода и его
ступеней.
3. Рассчитать силовые и кинематические
параметры привода.
2

3.

ИСХОДНЫЕ
ДАННЫЕ
Грузоподъемность лебедки
F=5 кН
Угол наклона ременной передачи θ=30 град
Скорость подъема v=0,23 м/с
Диаметр барабана D=300 мм
3

4.

Анализ кинематической схемы п
Рассмотрим кинематическую схему привода электрической лебедки.
5
1
2
4
3
В данном случае привод состоит из: 1 эл. двигатель; 2 клиноременная
передача; 3 червячный редуктор; 4 упругая муфта с торообразной оболочкой;
5 барабан лебедки.
4

5.

Анализ кинематической схемы п
Построим второй вид привода для большей наглядности
ОТМЕТИМ СОСТАВ
ПРИВОДА:
1 эл. двигатель;
2 клиноременная передача;
3 червячный редуктор;
4 упругая муфта с
торообразной оболочкой;
5 барабан лебедки.
Условные графические обозначения
в схемах определяются по ГОСТ 2.721-74
и ГОСТ 2.770-68 [1, стр.35-37]
1
2
5
4
3
5

6.

Определение номинальной
мощности и номинальной
частоты вращения двигателя
1. Определим мощность на выходном валу привода или на
валу рабочей машины Pвых кВт:
Так как в исходных данных на проектирование указано
значение тяговой силы F, кН, и линейной скорости v, м/с,
тягового органа рабочей машины то требуемая мощность на
выходном валу привода определится как
Pвых F v 5 0,23 1,15 кВт
6

7.

Определение номинальной
мощности и номинальной
частоты вращения двигателя
2. Определим общий коэффициент полезного действия (КПД)
привода:
η ηзп ηоп ηм ηпк ηпс ,
где ηзп ,ηоп ,ηм ,ηпк ,ηпс коэффициенты полезного действия
закрытой передачи, открытой передачи, муфты, подшипников
качения (по кинематическим схемам в редукторах две пары
подшипников) и подшипников скольжения (по схеме на
приводном валу рабочей машины одна пара подшипников).
Значения КПД передач и подшипников выбрать из [1, стр.
42,43; табл. 2.2 и примечания в ней].
7

8.

Определение номинальной
мощности и номинальной
частоты вращения двигателя
Для последовательно соединенных передач данной кинематической схемы
коэффициент полезного действия определим, перемещаясь от эл. двигателя 1 к
барабану лебедки 5.
m
общ р.п ч.п м п.п
,
(1)
где р.п. – КПД открытой клиноременной передачи, принимаем р.п. 0,96 ;
ч.п. – КПД червячной передачи, принимаем ч.п. 0,85 ;
м – КПД муфты м 0,98 ;
п.п. – КПД пары подшипников, принимаем п.п. 0,99 ;
m – количество пар подшипников качения, согласно кинематической схеме
m = 2, подшипников скольжения m = 1.
Величины КПД передач и элементов привода взяты как усреднённые
значения из регламентированных, согласно таблице 2.2 [1, стр.42].
Таким образом, общий КПД привода определится как
общ 0,96 0,85 0,98 0,993 0,776 .
8

9.

Определение номинальной
мощности и номинальной
частоты вращения двигателя
3. Определить требуемую мощность двигателя Рт.дв, кВт.
Требуемая мощность двигателя определяется по формуле
Pт.дв
Pвых
,
общ
(2)
где Pвых – мощность на выходном валу привода, кВт;
общ – общий КПД привода.
Pвых
1,15
1,482кВт
общ 0,776
Номинальная мощность двигателя выбирается по таблице К9 [1, стр. 406] с
условием Pдв.ном Pт.дв
Pт.дв
Pдв.ном 1,5 кВт .
9

10.

Определение номинальной
мощности и номинальной
частоты вращения двигателя
Каждому
значению
номинальной
мощности
Рном.
соответствует
в
большинстве не одно, а несколько типов двигателей с различными частотами
вращения, синхронными 3000, 1500, 1000, 750 об/мин.
Выбор оптимального типа двигателя зависит от типов передач,
входящих в привод, кинематических характеристик рабочей машины, и
производится после определения передаточного числа привода и его ступеней.
При этом надо учесть, что двигатели с большой частотой вращения (синхронной
3000 об/мин) имеют низкий рабочий ресурс, а двигатели с низкими частотами
(синхронными 750 об/мин) весьма металлоемки, поэтому их нежелательно
применять без особой необходимости в приводах общего назначения малой
мощности. В приведенном ниже примере рассматривается и анализируется
возможность применения для определенно выбранной номинальной мощности
Рном. всех типов двигателей.
10

11.

Определение номинальной
мощности и номинальной
частоты вращения двигателя
Варианты типа двигателя для полученной номинальной мощности
Pдв.ном 1,5 кВт представлены в таблице 1 на основании данных таблицы
К9 [1, стр. 406].
Таблица 1 – Варианты двигателя
Вариант
Тип двигателя
Синхронная
частота вращения
1
2
3
4
4АМ80A2У3
4AM80B4У3
4AM90L6У3
4AM100L8У3
3000
1500
1000
750
Номинальная
частота вращения
nдв , об/мин
2850
1415
935
700
11

12.

Определение
передаточного числа
привода
и
его
ступеней
Передаточное число привода u определяется отношением номинальной
об
частоты вращения двигателя nдв к частоте вращения приводного вала рабочей
машины nвых при номинальной нагрузке и равно произведению передаточных
чисел закрытой uзп (червячной передачи или червячного редуктора) и открытой uоп
передач (клиноременная передача)
n
ω
(3)
uоб дв дв uзп uоп
nвых ωвых
Определить частоту вращения приводного вала рабочей машины
nвых , об/мин:
для ленточных конвейеров, грузоподъемных и прочих машин:
60 1000 v
nвых
,
π D
где v — скорость тягового органа, м/с; D — диаметр барабана, мм.
60 1000 0,23
nвых
14,64 об/мин
π 300
12
* для цепных конвейеров [1, стр. 43].

13.

Определение
передаточного числа
привода и его ступеней
2. Определим передаточное число привода для всех приемлемых вариантов
типа двигателя при заданной номинальной мощности Pдв.ном 1,5 кВт :
Подставляем значения частоты вращения приводного вала рабочей машины
и номинальной частоты вращения для каждого варианта в формулу (1.4) получим:
2850
194,672 ;
14,64
1415
uоб2
96,65 ;
14,64
935
uоб3
63,866 ;
14,64
700
uоб4
47,814 .
14,64
uоб1
Полученные результаты сведем в таблицу 2.
13

14.

Определение
передаточного числа
привода и его ступеней
Определим передаточные числа ступеней привода.
Определение и выбор передаточных чисел ступеней производим разбивкой
передаточного числа привода для всех вариантов типа двигателя так, чтобы
u1 u зп1 uоп1; u2 u зп 2 uоп 2 ; u3 u зп3 uоп3 ; u4 u зп 4 uоп 4
где ui , u зпi , uопi соответственно передаточные числа привода, редуктора и
открытой передачи.
При этом возможны три способа разбивки передаточного числа ui (выбирая
способ, необходимо учесть стандартность передаточного числа закрытой
передачи-редуктора u зпi и нестандартность передаточного числа uопi открытой).
Данные способы великолепно описаны [1, стр.44].
В нашем случае будем использовать первый случай, а именно оставим
передаточное число редуктора u зпi постоянным, изменяя передаточное число
открытой передачи uопi .
14

15.

Определение
передаточного числа
привода и его ступеней
ГОСТ 2144-75 [1, стр. 45, табл. 2.3] принимаем
В соответствии с
передаточное число червячного редуктора uред uз.п.i 25 постоянным. (Значения
1-го ряда следует предпочитать значениям 2-го ряда.)
Из условия (1.5) определим передаточное число клиноременной передачи
(открытой передачи)
u
(1.5)
uр.п.i uо.п.i общi
uредi
Подставляем значения передаточных чисел для каждого варианта
последовательно в формулу (1.5), а полученные значения заносим в таблицу 2.
uр.п.1
uобщ1 194,672
7,786;
uред1
25
uр.п.2
uобщ2 96,65
3,866;
uред2
25
uр.п.3
uобщ3 63,866
2,554;
uред3
25
uр.п.4
uобщ4 47,814
1,912
uред4
25
15

16.

Определение
передаточного числа
привода и его ступеней
Таблица 2 – Передаточные числа привода
Передаточное число
Привод uобщ
Редуктор uред
Ременная передача uр.п
Вариант
1
194,672
2
96,65
3
63,866
4
47,814
25
25
25
25
7,786
3,866
2,554
1,912
Анализ таблицы 2 показывает, что варианты 1, 2 и 4 не подходят, т.к.
значение передаточного числа клиноременной передачи не попадает в диапазон
рекомендуемых значений от 2 до 3 [1, стр.45, табл.2.3].
Выбираем вариант 3, двигатель 4AM90L6У3 с номинальной мощностью
и
номинальной
частотой
вращения
Pдв 1,5 кВт
nдв 935 об/мин
n π 935 π
( дв дв
97,912 рад/с ). Передаточные числа: редуктора uред 25 ,
30
30
открытой клиноременной передачи uр.п 2,554 .
16

17.

Определение силовых и
кинематических параметров
привода
3. Определение силовых и кинематических параметров привода
Силовые (мощность и вращающий момент) и кинематические (частота
вращения и угловая скорость) параметры привода рассчитывают на валах привода
из требуемой (расчетной) мощности двигателя Pт.дв 1,482кВт и его номинальной
частоты вращения nдв 935 об/мин при установившемся режиме [1, стр. 46, табл.
2.4].
!!!ВНИМАНИЕ!!! В заданиях существуют только два вида
последовательности соединения элементов привода по кинематической схеме:
1) дв оп зп м рм
2) дв м зп оп рм
В данном примере последовательности соединения элементов привода
соответствует кинематической схеме дв оп зп м рм .
17

18.

Определение силовых и
кинематических параметров
привода
ОТМЕТИМ ВАЛЫ ЭЛЕМЕНТОВ
ПРИВОДА НА
КИНЕМАТИЧЕСКОЙ СХЕМЕ:
I вал эл. двигателя;
II быстроходный вал редуктора;
III тихоходный вал редуктора;
IV вал рабочей машины;
II
I
IV
II
III
III
18
Схема червячной передачи с верхним расположением червяка

19.

Мощность
Определение силовых и
кинематических параметров
привода
PI Pт.дв 1,482 кВт ;
PII PI р.п п.к 1,482 0,96 0,99 1,408 кВт ;
PIII PII ред п.к 1,408 0,85 0,99 1,185 кВт ;
PIV PIII м п.с 1,185 0,98 0,99 1,150 кВт .
Частота вращения
nI nдв 935 мин 1 ;
n
935
nII I
=366,1 мин 1 ;
uр.п 2,554
n
366,1
nIII II
14,64 мин 1 ;
uред
25
nIV nIII 14,64 мин 1 .
19

20.

Угловая скорость
Определение силовых и
кинематических параметров
привода
I дв 97,912 с 1 ;
III
II
I 97,912
38,337 с 1 ;
uр.п 2,554
II 38,337
1,533 с 1 ;
uред
25
IV III 1,533 с 1 .
Крутящий момент
PI 1,482 103
TI
15,136 Н м ;
I
97,912
PIII 1,185 103
TIII
772,994 Н м ;
III
1,533
PII 1,408 103
TII
36,72 Н м
II
38,337
PIV 1,15 103
TIV
750 Н м .
IV
1,533
20