Определение параметров вращения валов привода

ВВЕДЕНИЕ

Проектирование приводных устройств следует начинать с кинематического расчета привода. Исходными данными, необходимыми для расчета, обычно являются такие показатели: схема привода, номинальный крутящий момент приводимой в движение машины, его угловая скорость, график изменения нагрузки (или момента) во времени. По этим данным нетрудно определить значения моментов и угловых скоростей. Определив предварительно требуемую номинальную мощность электродвигателя и угловую скорость вращения его вала, вычисляют общее передаточное число привода для одного или нескольких вариантов. Оценивая полученное значение передаточного числа всего привода, намечают несколько вариантов его разбивки по ступеням. Окончательное решение вопроса о выборе варианта разбивки общего передаточного числа между механическими передачами разных типов требует сопоставления на основе технико-экономических расчетов нескольких вариантов.

Выбрать из множества вариантов оптимальный более удобно с использованием программного обеспечения, позволяющего провести анализ вариантов в автоматизированном режиме. Наиболее целесообразно реализовать процесс оптимизации разбивки передаточного числа привода в программном комплексе MathCad – универсальном математическом процессоре.

Кинематический расчет привода

Исходные данные:

1) Р_р - мощность на валу приводимой в движение машины (приводном валу)

2) n_p - число оборотов приводного вала.
Примечание: если задана w_р - угловая скорость приводного вала, то число его оборотов можно вычислить по формуле n = w · 30 / p об/мин.

Цель расчета: выбрать электродвигатель и определить передаточное число привода и его ступеней

Выбор электродвигателя

1. Вычислить h - общий КПД привода, включающего 3 ступени

h = h₁ · h₂ · h₃,

где h₁, h₂, h₃ – КПД отдельных ступеней, выбираются по Таблице 1 в зависимости от вида передачи. Если привод включает только 2 ступени, во всех расчетах необходимо исключать третью ступень. При выборе значений из всех таблиц рекомендуется брать средние значения в указанном интервале.

2. Вычислить требуемую мощность двигателя

P₁ = P_p / h,

3. Вычислить примерное общее передаточное число привода, включающего 3 ступени

u_пр.об = u_пр1 · u_пр2 · u_пр3

где u_пр1, u_пр2, u_пр3 – примерные передаточные числа ступеней, выбираются по Таблице 2 в зависимости от вида передачи.

Примечание: Если проектируется цилиндрический двухступенчатый редуктор, то передаточное число быстроходной ступени следует выбирать большим, чем для тихоходной с целью оптимизации размеров редуктора и условий смазки.

Передаточные числа для редукторов необходимо округлить до ближайшего значения из ряда по ГОСТу (Таблица 3)

4. Вычислить примерную частоту вращения вала электродвигателя

n_пр.эд = n_p · u_пр.об

5. Выбрать синхронную частоту вращения вала электродвигателя, ближайшую из ряда:

750, 1000, 1500, 3000 об/мин

6. Выбрать по Таблице 4 электродвигатель с выбранной синхронной частотой вращения, у которого мощность P_эд – ближайшая большая, чем вычисленная Р_1.

7. Частоту вращения первого вала принять равной частоте вращения вала выбранного электродвигателя (по каталогу)

n₁ = n_эд

Примечание: Мощность двигателя P₁ следует оставить без изменения!

Разбивка передаточного числа

8. Вычислить фактическое общее передаточное число привода

u_об = n₁ / n_р

9. Разбить u_об по ступеням. Рекомендуемый вариант: для закрытых зубчатых передач принять значения примерных передаточных чисел, выбранных в п.3. Например, если первая ступень – ременная передача, а затем – двухступенчатый редуктор:

u₂ = u_пр2, u₃ = u_пр3.

Тогда передаточное число первой ступени

u₁ = u_об / (u₂ u₃)

10. Проверить по таблице 2, укладывается ли передаточное число первой ступени в свой диапазон при выбранных передаточных числах u₂ и u₃? Если да, то разбивку передаточного числа можно считать завершенной. Если нет, то нужно изменить u₂ или u₃ и повторить пп.9-10.

Определение параметров вращения валов привода

11. Мощность на валах:

на 1-м валу: P₁ уже вычислена в п.2.

на 2-м валу: вычисляется по формуле: Р₂ = Р₁ · h₁

на 3-м валу: вычисляется по формуле: Р₃ = Р₂ · h₂

на 4-м валу: вычисляется по формуле: Р₄ = Р₃ · h₃

Примечание: если Р₄ совпадет с Р_р, заданной в исходных данных, значит мощности вычислены верно, если нет – ищите ошибку!

12. Числа оборотов вращения валов:

1-го вала: n₁ – обороты вала электродвигателя, определены в п.7.

2-го вала: вычисляется по формуле: n₂ = n₁ / u₁

3-го вала: вычисляется по формуле: n₃ = n₂ / u₂

4-го вала: вычисляется по формуле: n₄ = n₃ / u₃

Примечание: если n₄ совпадет с n_р, заданной в исходных данных, значит обороты вычислены верно, если нет – ищите ошибку!

13. Угловые скорости вращения валов вычисляются по формуле:

w = p·n / 30

на каждом валу соответственно

14. Крутящие моменты на валах вычисляются по формуле:

T = P / w

на каждом валу соответственно

15. Полученные данные необходимо внести в таблицу:

Таблица параметров механического привода