Все расчеты, описания и приложения оформляются в виде расчетно-пояснительной записки к курсовому проекту, которая выполняется в соответствии с ГОСТ 2.105-95.
В записку включаются окончательные данные по конструктивному решению механизма без приведения промежуточных результатов расчетов и вариантов конструкции узлов и механизма в целом.
Каждый расчет должен содержать:
вид расчета и название детали;
исходные данные для расчета, расчетные схемы, эскизы и т.д.;
выбранный материал с представлением его механических характеристик;
расчетные формулы со ссылкой на источник, с расшифровкой символов, входящих в формулу, и их размерностями. Каждый символ, встречающийся неоднократно, расшифровывается один раз;
непосредственно расчет;
полученные в результате расчета значения размеров деталей следует округлять, при необходимости, до стандартных значений;
заключение по результатам расчета.
1.4 Общие рекомендации
Конструирование устройства проводится в соответствии с заданной или
принятой схемой механизма на основе результатов прочностного и кинематического расчетов.
Выполнение эскизного варианта общего вида механизма начинают с нанесения осевых линий с учетом межосевых расстояний и диаметров начальных окружностей зубчатых колес, вычерчивают валы без обозначения их размеров по длине, наносят габариты предварительно выбранных подшипников. Детали механизма следует располагать в корпусе компактно, более полно используя его пространство.
В дальнейшем прорабатывают конструкции отдельных деталей, выбирают способы соединения их с другими элементами механизма. При этом необходимо определить:
способы установки валов в подшипниках;
|
|
крепление зубчатых колес на валах, подшипников - на валах и в корпусе;
способы регулировки зазоров в подшипниках;
способы и устройства для смазки подшипников и передач;
виды и конструктивное оформление несущих деталей.
Конструкция проектируемого механизма должна обеспечивать возможность его сборки и разборки, свободный доступ для регулировки, настройки отдельных узлов и замены деталей. Предпочтителен узловой метод сборки, при котором отдельные детали собираются в узлы, а из них собирается механизм. Например, на валу монтируются зубчатые колеса, подшипники качения, дистанционные втулки, а затем собранный узел устанавливается в корпусе.
Тип и способ изготовления корпусных деталей выбирается в зависимости от объемов производства. При серийном производстве целесообразно корпуса выполнять литыми, штампованными или прессованными (из пластмасс), а при индивидуальном или мелкосерийном производстве - сварными или сборными. При проектировании разъемного корпуса необходимо предусмотреть элементы, обеспечивающие фиксацию взаимного положения корпусных деталей и соосность отверстий под подшипники.
При выборе варианта конструкции необходимо изучить известные технические решения и выполнить их анализ, максимально использовать унифицированные детали и узлы. Для повышения технологичности и уменьшения трудоемкости изготовления конструкции следует сокращать номенклатуру используемых стандартных и нормализованных деталей и узлов, а также используемых материалов. Везде, где возможно, следует применять в деталях форму тел вращения, технологически более простую в изготовлении.
|
|
Для наиболее удачного размещения деталей и узлов рекомендуется рассмотреть несколько вариантов конструкции проектируемого устройства. При этом возможны существенные изменения первоначально разработанной конструкции и выполненных расчетов. В качестве окончательного варианта конструктивного решения выбирается наиболее удачная эскизная проработка проектируемого устройства, обеспечивающая минимальные массово-геометрические параметры и максимальную экономичность в эксплуатации.
При конструировании детали следует стремиться к упрощению ее конструкции, что приводит к снижению ее себестоимости.
2 Энерго-кинематический расчет привода и выбор двигателя
Расчет привода начинается с выбора электродвигателя, определения общего передаточного отношения и разбивки его по отдельным ступеням передач, определения частоты вращения и момента для каждого вала.
2.1 Исходные данные
Исходными данными для расчета привода являются:
условия эксплуатации;
скорость вращения выходного вала привода и окружное усилие на этом валу.
Определяем мощность на выходном валу
, кВт (2.1)
где 
- окружное усилие на выходном валу, Н;
- окружная скорость выходного вала, м/с.
Окружная скорость выходного вала (колеса, шкива, барабана)
, м/с; 
, м/с;
где 
- диаметр колеса, шкива или барабана, мм;
- шаг тяговой цепи, мм;
- угловая скорость выходного вала, рад/с;
- частота оборотов выходного вала, об/мин.
Частота вращения выходного вала, мин-1
|
|
; 
.
2.2 Расчет КПД и выбор электродвигателя
Мощность приводного двигателя связана с потребляемой мощностью исполнительного органа следующим соотношением
, (2.2)
где 
- мощность выходного вала, кВт;
- общий КПД привода.
Расчет общего КПД привода
При последовательности расположения отдельных передач
, (2.3)
где 
, 
, 
- КПД, учитывающие потери в отдельных элементах привода.
При определении рекомендуется КПД отдельных передач и элементов привода размещать в порядке передачи момента от электродвигателя к выходному валу привода, группируя их по отдельным валам.
Частные значения 
отдельных элементов привода для приближенной оценки КПД приведены в таблице 2.1.
Выбор электродвигателя.
В качестве электропривода в механических передачах общего назначения применяют асинхронные двигатели.
Технические данные наиболее часто применяемых асинхронных электродвигателей серии 4А регламентируются ГОСТ 19528-81.
После расчета мощности электродвигателя по формуле (2.2) он выбирается по таблице 2.2 из условий 
Таблица 2.1 - Ориентировочные значения коэффициентов полезного действия передач и других элементов привода
| Наименование элементов привода | 
|
| Цилиндрическая зубчатая передача: | |
| одноступенчатый цилиндрический редуктор | 0,97 -,98 |
| двухступенчатый цилиндрический редуктор | 0,95 - 0,96 |
| планетарный редуктор | 0,95 - 0,98 |
| Коническая зубчатая передача: | |
| одноступенчатый конический редуктор | 0,95 – 0,96 |
| двухступенчатый коническо-цилиндрический редуктор | 0,94 – 0,95 |
| Червячная передача с архимедовым червяком: | |
| самотормозящая | 0,4 – 0,45 |
| однозаходный червяк | 0,7 – 0,75 |
| двухзаходный червяк | 0,75 – 0,82 |
| трехзаходный и четырехзаходный червяки | 0,80 – 0,92 |
| Червячная передача с глобоидным червяком | 0,85 – 0,95 |
| Ременная передача (плоскоременная и клиноременная) | 0,95 – 0,96 |
| Фрикционная передача (большие значения к.п.д. относятся к передаче в масляной ванне) | 0,85 – 0,95 |
| Цепная передача: | |
| Открытая | 0,92 – 0,94 |
| в масляной ванне | 0,95 – 0,97 |
| Подшипники (одна пара): | |
| Качении | 0,99 – 0,995 |
| скольжения | 0,98 – 0,995 |
| Муфты: | |
| с промежуточным подвижным элементом | 0,97 – 0,99 |
| Шарнирная (шарнир Гука) | 0,97 – 0,99 |
| Зубчатая | 0,99 |
| МУВП | 0,99 – 0,995 |
| Барабан лебедки | 0,94 – 0,97 |
| Вариатор | 0,92 – 0,95 |
Таблица 2.2 - Технические данные асинхронных 3-х фазных коротко-замкнутых обдуваемых электродвигателей с нормальным пусковым
моментом (ГОСТ 19523-74)
| Тип | Номинальная мощность  , кВт
| Асинхрон-ная частота вращения  , об/мин
| Тип | Номи-нальная мощ-ность , кВт
| Асинхрон-ная частота вращения , об/мин
|
| 4А63В2У3 | 0,55 | 4А71А4У3 | 0,55 | ||
| 4А71А2У3 | 0,75 | 4А71В4У3 | 0,75 | ||
| 4А71В2У3 | 1,10 | 4А80А4У3 | 1,10 | ||
| 4А80А2У3 | 1,50 | 4А80В4У3 | 1,50 | ||
| 4А90 2У3 | 3,00 | 4А90 4У3 | 2,20 | ||
| 4А100 2У3 | 4,00 | 4А100 4У3 | 3,00 | ||
| 4А100 2У3 | 5,50 | 4А100 4У3 | 4,00 | ||
| 4А112М2У3 | 7,50 | 4А112М4У3 | 5,50 | ||
| 4А132М2У3 | 11,00 | 4А132М4У3 | 7,50 | ||
| 4А1600 2У3 | 15,00 | 4А132М4У3 | 11,0 | ||
| 4А160М2У3 | 18,50 | 4А160 4У3 | 15,00 | ||
| 4А180 2У3 | 22,00 | 4А160М4У3 | 18,50 | ||
| 4А71В6У3 | 0,55 | 4А80В8У3 | 0,55 | ||
| 4А80А6У3 | 0,75 | 4А90 А8У3 | 0,75 | ||
| 4А80В6У3 | 1,10 | 4А90 В8У3 | 1,10 | ||
| 4А90 6У3 | 4А100 8У3 | 1,50 | |||
| 4А100 6УЗ | 2,20 | 4А112МА8У3 | 2,20 | ||
| 4А112МА6У3 | 3,00 | 4А112МА8У3 | 3,30 | ||
| 4А112МВ6У3 | 4,00 | 4А132 8У3 | 4,00 | ||
| 4А132 6У3 | 5,50 | 4А132М8У3 | 5,50 | ||
| 4А132М6У3 | 7,50 | 4А160 8У3 | 7,50 | ||
| 4А160 6У3 | 11,00 | 4А160М8У3 | 11,0 | ||
| 4А160М6У3 | 15,00 | 4А180М8У3 | 15,00 | ||
| 4А180М6У3 | 18,50 | 4А200М8У3 | 18,00 | ||
| 4А200М6У3 | 22,00 | 4А200 8УЗ | 22,00 |
2.3 Общее передаточное число привода и разбивка по отдельным ступеням передач
Под передаточным отношением 
понимается отношение угловых скоростей на входе и выходе кинематической цепи. Для схемы, изображенной на рис. 2.1, передаточное число равно
. (2.4)
| 
|
| Рисунок 2.1 | Рисунок 2.2 |
Для схемы рис. 2.2 имеем
. (2.5)
Сделав в (2.5) ряд несложных тождественных преобразований, находим
. (2.6)
Очевидно, что передаточное отношение кинематической цепи, состоящий из 
последовательно установленных пар, равно произведению передаточных отношений этих пар, а именно
. (2.7)
Общее передаточное число привода
, (2.8)
где 
- частота вращения вала выбранного электродвигателя;
- частота вращения выходного вала (барабана конвейера).
Предварительная разбивка передаточного числа привода по ступеням выполняется по условию
, (2.9)
где 
- передаточные числа отдельных передач привода.
Для редукторов, приведенных в заданиях настоящих методических указаний, ориентировочные рекомендации по разбивке передаточных чисел приводятся ниже:
- в двухступенчатых цилиндрических редукторах развернутой схемы передаточное число быстроходной ступени
, (2.10)
где 
- общее передаточное число редуктора;
- в двухступенчатых коническо-цилиндрических редукторах передаточное число тихоходной (цилиндрической) ступени
. (2.11)
В случае передач, состоящих из редуктора и передачи гибкой связью
, (2.12)
где 
- передача гибкой связью.
Далее, в процессе проектирования передаточные числа отдельных звеньев уточняются: от расчетного передаточного отношения привода не должно превышать ±3%.
Значения передаточных чисел и приведены в табл. 2.3-2.5.
Таблица 2.3 - Значения передаточных чисел ГОСТ2185-66,
ГОСТ 12289-76
|
| Ряд | 1,00 | 1,25 | 1,6 | 2,00 | 2,5 | 3,15 | 4,0 | 5,0 | 6,3 | 8,0 | |
| 1,12 | 1,40 | 1,8 | 2,24 | 2,8 | 3,55 | 4,5 | 5,6 | 7,1 | 9,0 |
|
| Ряд | 10,0 | 12,5 | 20,0 | 31,5 | … | ||||||||
| 11,2 | 14,0 | 22,4 | 35,5 | … |
Таблица 2.4 - Рекомендуемые значения передаточных чисел одноступенчатых передач
| Вид передачи | Передаточное число | |
| рекомендуемое | max | |
| Закрытые | ||
| - цилиндрические* | ||
| - быстроходные ступени | 3,1…5,0 | |
| - тихоходные ступени | 2,5…4,0 | 6,3 |
| - шевронные | 3,0…5,0 | |
| - конические* | ||
| - прямозубые | 2,0…3,0 | |
| - косозубые | 4,0…6,0 | |
| - планетарные | см. 13.10.1 | - |
Червячные с числом 
| 28…50 | |
заходов червяка* 
| 14…40 | |
| 8,0…30 | |
| Открытые | ||
| - цилиндрические | 4,0…7,0 | |
| - конические | 3,0…5,0 | |
| Клиноременные, поликлиноременные, зубчатые | 2,0…5,0 | |
| Плоскоременные | 2,0…4,0 | |
| Цепные | 2,0…5,0 |
2.4 Частоты вращения и крутящие моменты на валах
После разбивки общего передаточного отношения по ступеням привода определяется частота вращения и крутящий момент для каждого вала.
Частота вращения 
-того вала может быть определена по формуле
, (2.13)
где 
- передаточное отношение с вала двигателя на -тый вал.
Расчет механизма общего назначения целесообразно выполнять по номинальной мощности двигателя.
Таблица 2.5 - Рекомендуемые значения передаточных чисел для приводов и многоступенчатых редукторов
| Одноступенчатые редукторы и передачи | Таблица 2.4 |
| Цилиндрические редукторы: 2-ступенчатые: |  ( )
( ;  )
|
| развернутая схема | 
|
| соосная схема | 
|
| 3-ступенчатые |  ( ) ( ;  )
|
| многоступенчатые | 
( ;  )
|
| Коническо-цилиндрические редукторы: | |
| 2-ступенчатые |  ( ;  )
|
| 3-ступенчатые |  ( ;  )
|
| Червячные редукторы: одноступенчатые | 
|
| 2-ступенчатые | 
|
| Привод с использованием ременной передачи и конического цилиндрического редуктора | 
|
По известной мощности, принятой для расчета, и частоте вращения подсчитывается момент на валу двигателя 
(2.14)
а момент на 
-том валу определяется из соотношения
(2.15)
или
,
где 
- КПД элементов привода от вала двигателя до -того вала;
- угловая скорость вращения -того вала.
Полученные значения 
, 
вносятся в табл. 2.4.
Таблица 2.4 - Частоты вращения и моменты на валах привода
| Вал двигателя | 1-й вал | 2-й вал | 3-й вал | |||||||||||
| 
( )
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
| 
|
|
Параметры привода, занесенные в таблицу 2.4, являются исходными данными для проведения проектного расчета всех передач привода.
2.5 Пример определения силовых и кинематических параметров привода
Определим параметры привода, изображенного на рисунке 2.1.
Рисунок 2.1. Схема привода (обозначения и индексы):1, 2, 3, 4 - валы привода (1 – входной; 2, 3 – промежуточные; 4 - выходной);
А – электродвигатель (индекс - эд);
Б – передача клиноременная (индекс – пр.);
В – передача коническая закрытая (индекс - пк);
Г – передача цилиндрическая закрытая (индекс - пц);
Д – подшипниковый узел (индекс - п);
Е – звездочка цепной передач, относящаяся к рабочей машине, которая не водит в состав привода;
Ж – рама привода; 
, 
, 
- заданные параметры выходного вала (вала 4), следующие из технического задания на проектирование.
Все методики расчета зубчатых передач представлены относительно момента на выходном валу передачи (
). Как принято в отечественной литературе, индекс 1 в методиках расчета приписан входному валу передачи, индекс 2 – выходному валу передачи.
Привод (рис. 2.1):
- для клиноременной передачи: вал 1 – входной; вал 2 – выходной;
– для конической передачи: вал 2 – входной; вал 3 – выходной;
– для цилиндрической передачи: вал 3 – входной; вал 4 – выходной.
Формулы для расчета внесены в таблицу 2.5.
Таблица 2.5 – Формулы для определения параметров передач
| Вал | Параметры передачи |  , кВт
|  , мин-1
|  , Н·м
|  , мм
| ||||
| 
| 
| 
| ||||||
| Ременная Коническая Цилиндрич. | } } | } |
 , 
 , 
 , 
|  *
| 
| 
| 
| ||
| 
| 
| } |
| |||||
| 
| 
| |||||||
|
| 
| |||||||
| 
| 
| 
|