Качанов Валентин ТПХ-925

Практическое занятие №25
Расчет кинематических и силовых соотношений в передаточных механизмах

Техническое задание на проектирование механизма или машины студент получает у преподавателя. В техническом задании могут быть заявлены основные требования: силовые, габаритные, экономические, эргономические или часть из них, которые должны быть обеспечены при проектировании.

Расчёт механического привода для машины обычно начинают с выбора электродвигателя и определения общего передаточного числа.

Затем по выбранной или заданной кинематической схеме разбивают общее передаточное число по отдельным ступеням. Исходными данными для разбивки служат вращающий момент и угловая скорость рабочего вала, указываемые в задание на проектирование. Иногда эти величины не даны, но могут быть определены по другим характеристикам: например, для конвейера могут быть заданы скорость цепи, её натяжение и диаметр звёздочки. Задание на проектирование привода может содержать некоторые дополнительные сведения, в частности, характер нагрузки, режим работы машины, привод к которой проектируют, кинематическая схема привода.

В процессе проектирования следует выполнить необходимые расчеты, выбрать наилучшие параметры схемы и разработать конструкторскую документацию (сборочный чертёж, чертежи трёх сборочных деталей, пояснительную записку и др.), необходимых для изготовления элементов привода.

Исходные данные (рис. 1.1, а — г): ( Н ) — окружная сила на барабане ленточного или на звездочке цепного конвейера; (м/с) — скорость движения ленты или цепи; (мм) — диаметр приводного барабана; — число зубьев и (мм) — шаг тяговой звездочки;

(рис. 1.1, д—ж): (Н∙м) — вращающий момент на выходном валу; (мин^-1) — частота вращения выходного вала редуктора.

Выбор электродвигателя. Для выбора электродвигателя определяют его требуемую мощность и частоту вращения .

Потребляемую мощность (кВт) привода (мощность на выходе) определяют по формуле

или

, где .

Тогда требуемая мощность электродвигателя (кВт)

,

где – общее КПД привода.

Здесь – КПД отдельных звеньев кинематической цепи, ориентировочные значения которых с учетом потерь в подшипниках можно принимать по табл. 1.1.

Таблица 1.1

Тип передачи
Зубчатая (с опорами, закрытая): цилиндрическая коническая	0,96…0,98 0,95…0,97
Планетарная (закрытая): одноступенчатая двухступенчатая	0,9…0,95 0,85…0,9
Червячная (закрытая) при передаточном числе: свыше 30 свыше 14 до 30 свыше 8 до 14	0,7…0,8 0,75…0,85 0,8…0,9
Ремённая (все типы)	0,94…0,96
Цепная	0,92…0,95
Муфта соединительная	0,98
Подшипники качения (одна пара)	0,99

Если на данном этапе работы затруднительно определить передаточное число червячной передачи, то предварительно можно принять = 0,8.

Требуемая частота вращения вала электродвигателя

,

где — передаточные числа кинематических пар привода.

Предварительно вычисляют частоту вращения ,мин^-1, приводного вала (рис. 1.1, а—г) или выходного вала редуктора (рис. 1.1, д—ж):

или ,

где – диаметр тяговой звездочки, мм.

Рис. 1.1

Разбивку передаточного числа привода по ступеням с учётом кинематических возможностей передачи осуществляют согласно табл. 1.2. На данном этапе расчёта следует руководствоваться рекомендуемыми значениями передаточных чисел из графы .

Таблица 1.2

Вид передачи	Твёрдость зубьев	Передаточное число
Зубчатая цилиндрическая:
тихоходная ступень во всех редукторах ()	≤ 350 НВ 40…56 НRC 56…63 НRC	2.5…5,6 2.5…5,6 2…3	6,3 6,3 5,6
быстроходная ступень в редукторах по развёрнутой схеме (u б)	≤ 350 НВ 40…56 НRC 56…63 НRC	3.15…5,6 3.15…5 2,5…4	7,1 6,3
быстроходная ступень в соосном редукторе (u б)	≤ 350 НВ 40…56 НRC 56…63 НRC	4…6,3 4…6,3 3,15…5	7,1 6,3
Коробка передач	Любая	1…2,5	3,15
Коническая зубчатая	≤ 350 НВ ≥40 НRC	1…4 1…4	6,3
Червячная	─	16…50
Цепная	─	1,5…3
Ремённая	─	2…3

Передаточные числа зависят от скорости передачи и твёрдости колёс. Поэтому на данном этапе расчёта твёрдость колёс можно принять среднюю, если в задании она не задана. Передаточное число также можно брать ближе к среднему из приведённого диапазона. При этом следует учитывать, что для стандартных редукторов и выпускаемых крупной серией значения передаточных чисел следует согласовывать с рядом передаточных чисел зубчатых передач согласно ГОСТ 2185 — 66^*, табл. 1.3, и червячных передач согласно ГОСТ 2144 — 76^*, табл. 1.4. Для редукторов, выпускаемых единично или мелкой серией, значения передаточных чисел могут быть нестандартные.

Таблица 1.3

Таблица 1.4

Далее по выбранным параметрам и по табл. 1.5 (Технические данные двигателей серии АИР (тип/асинхронная частота вращения, мин^-1)) подбирают электродвигатель с мощностью , кВт, и частотой вращения ,мин^-1, ротора ближайшими к и . При подборе допускается перегрузка двигателя до 8 % при постоянной и до 12 % при переменной нагрузке.

Таблица 1.5

Примечания. 1. Отношение максимального вращающего момента к

номинальному ; отмеченных знаками: ¹ – ;

² – ; ³ – ; ⁴ – ; ⁵ – .

2. Пример обозначения двигателя «Двигатель АИР100L2 ТУ 16-525.564-84»

Может получиться так, что требуемая частота окажется примерно в середине между двумя стандартными значениями. Тогда следует сравнить размеры обоих двигателей. Обозначения двигателей в табл. 1.5 содержат две или три цифры, после которых приведены буквы, затем снова цифра, например: 90L2, 100S4, 112M6.Цифрами обозначен размер h — высота оси вала от опорной поверхности лапок двигателя. Буквы обозначают установочный размер по длине станины: S – короткая станина, М – средняя станина, L – длинная станина, А – короткий сердечник, В – длинный сердечник, и цифра после букв обозначает число полюсов. Рекомендуют выбирать электродвигатель с меньшим числом в обозначении (с меньшей высотой h). Масса, размеры и стоимость такого двигателя меньше.