Содержание.
1) Введение
2) Исходные данные
3) Расчет
Введение
При проектирование привода ШСНУ необходимо провести следующие расчеты и начертить кинематическую схему привода станка-качалки:
1.1. Энергокинематический расчет привода.
1.2. Расчет зубчатой передачи.
Исходные данные
Рис. 1 Станок-качалка типа СКД:
1 – подвеска устьевого штока; 2 – балансир с опорой; 3 – стойка; 4 – шатун;
5 – кривошип; 6 – редуктор; 7 – ведомый щкив; 8 – ремень; 9 – электродвигатель; 10 – ведущий шкив; 11 – ограждение; 12 – поворотная плита; 13 – рама; 14 – противовес;
15 – траверса; 16 – тормоз; 17 – канатная подвеска.
Таблица 2
Габаритные и присоединительные размеры станков-качалок; заданная мощность.
| Типоразмер | К1, мм | К, мм | l3, мм | rmax, мм | l1, мм | l2, мм | n, об/мин | N, кВт |
| СКЗ-1,2-630 | 10,2 | |||||||
| СК5-3-2500 | 11,5 | |||||||
| СК6-2,1-2500 | 10,8 | |||||||
| СК8-3,5-4000 | 12,2 | |||||||
| СК12-2,5-4000 | 9,8 | |||||||
| СК8-3,5-5600 | 7,8 | |||||||
| СК10-3-5600 | 12,3 |
Расчет
3.1. Энергокинематический расчет привода
Энергокинематический расчет привода станка-качалки заключается в определении мощностей, моментов, угловых скоростей валов привода и передаточных отношений ступеней привода. Привод станка-качалки состоит из клиноременной I и зубчатой II передач.
Энергокинематический расчет следует производить в следующей последовательности:
1) определение КПД привода;
2) расчет потребляемой мощности электродвигателя;
3) подбор электродвигателя;
4) определение требуемых передаточных отношений привода;
5) разбивка передаточных отношений по ступеням;
|
|
6) определение частот вращения валов;
7) расчет мощностей валов;
8) нахождение вращательных моментов на валах привода.
3.1.2. Определение КПД привода станка-качалки
КПД привода определяется как произведение КПД отдельных передач.
, (10)
где: η1 - КПД ременной передачи; η2 - КПД зубчатой передачи.
В данном случае принимаем ременную и зубчатую передачи. Ременная передача обеспечивает плавность работы при неравномерной нагрузке на рабочем органе; для расчета привода станка-качалки принимается клиноременного типа. Зубчатая передача характеризуется компактностью и большим передаточным отношением; для расчета принимается цилиндрической закрытого типа. Значения КПД передач выбирается из таблицы 3.
| Тип передачи | Закрытая | Открытая |
| Зубчатая: цилиндрическая коническая | 0,96…0,97 0,95…0,97 | 0,93…0,95 0,92…0,94 |
| Червячная при передаточном числе: свыше 30 от 14 до 30 от 8 до 14 | 0,70…0,75 0,80…0,85 0,85…0,95 | - - - |
| Цепная | 0,95…0,97 | 0,90…0,93 |
| Ременная: с плоским ремнем с клиновым (полуклиновым ремнем) | - - | 0,96…0,98 0,95…0,97 |
Развиваемый момент на выходном звене привода найдем по формуле:
, (11)
где: N – заданная мощность (см. задание); ω1 – величина угловой скорости кривошипа, найденная в кинематическом исследовании, ηобщ – коэффициент полезного действия привода.
кНм.
Определение мощности электродвигателя. Подбор электродвигателя
Потребная мощность двигателя для привода станка-качалки с учетом КПД определится:
(12)
кВт
По таблице 4 подбираем модель электродвигателя из условия, что его мощность не меньше мощности на выходном звене (на кривошипе) по заданию. Ближайшее большее значение мощности имеют двигатели серии АОП2 следующих типоразмеров: 52-4 (n= 1440об/мин), 52-6 (n= 955об/мин), 62-8 (n= 720 об/мин). Выбираем электродвигатель с большим числом оборотов – электродвигатель серии АОП2 типоразмера 52-4.
|
|
Таблица 4
Электродвигатели серии АОП2 с повышенным пусковым моментом, закрытого исполнения
| Типоразмер | Мощность двигателя N, кВт | Обороты двигателя n дв (об/мин), при N ном | M пуск/ном, Нм | Типоразмер | Мощность двигателя N, кВт | Обороты двигателя n дв (об/мин), при N ном | M пуск/ном, Нм |
| 41-4 | 1,8 | 71-6 | 1,8 | ||||
| 42-4 | 5,5 | 72-6 | |||||
| 51-4 | 7,5 | 81-6 | |||||
| 52-4 | 82-6 | ||||||
| 61-4 | 91-6 | ||||||
| 62-4 | 92-6 | ||||||
| 71-4 | 41-8 | 2,2 | |||||
| 72-4 | 42-8 | ||||||
| 81-4 | 51-8 | 1,7 | |||||
| 82-4 | 52-8 | 5,5 | |||||
| 91-4 | 61-8 | 7,5 | |||||
| 92-4 | 62-8 | ||||||
| 41-6 | 71-8 | ||||||
| 42-6 | 72-8 | ||||||
| 51-6 | 5,5 | 81-8 | |||||
| 52-6 | 7,5 | 82-8 | |||||
| 61-6 | 91-8 | ||||||
| 62-6 | 92-8 |
3.1.4. Определение передаточных чисел привода станка-качалки
Определим общее передаточное число привода станка-качалки:
(13)
Так как число оборотов на выходном валу привода должно соответствовать числу оборотов входного вала станков качалки - 10 об/мин, то требуемое передаточное отношение привода определится из соотношения:
Разобьем общее передаточное число по ступеням привода:
(14)
В частности, для первой ступени привода (ременной передачи), исходя из рекомендаций (
), передаточное число принимаем 
.
Для зубчатой передачи рекомендованные передаточные числа принимаем в диапазоне 
. Так передаточное число выходного вала привода 
составляет 10 об/мин, то требуемое передаточное отношение зубчатой передачи найдем по соотношению:
|
|
Разобьем 
по ступеням.
(15)
Таким образом, найденное число лежит в заданном диапазоне передаточных чисел зубчатой передачи. Следовательно, для привода станка-качалки получили одноступенчатую зубчатую передачу.
Если при расчете 
>7, то следует принимать большее число ступеней.
Составляем кинематическую схему привода рисунок 9.
| Станок- качалка |
| I |
| II |
| M |
| × |
| × |
Рис.9 Схема привода станка-качалки
1 – «М» (мотор) – электродвигатель; 2 – клиноременная передача (первая ступень привода); 3 – зубчатая передача (одноступенчатый косозубый редуктор); 4- исполнительный механизм (станок-качалка).
Определим частоту вращения валов привода. Для выходного вала ременной передачи:
Число оборотов выходного вала ременной передачи равно числу оборотов входного вала зубчатой передачи. Число оборотов выходного вала редуктора (зубчатой передачи) равно числу оборотов входного вала станка-качалки (кривошипа).
3.1.5. Определение мощностей по валам привода
Мощность ведущего вала ременной передачи равна мощности электродвигателя 
кВт. Мощность на выходном валу ременной передачи:
(16)
кВт.
Мощность входного вала зубчатой передачи равна мощности выходного вала ременной передачи 
кВт. Мощность на выходном валу зубчатой передачи:
(17)
кВт.
3.1.6. Определение моментов по валам привода
Моменты на валах определим из соотношения:
(18)
Для входного вала ременной передачи (первого вала привода):
,
где ωдв – угловая скорость вала двигателя.
(19)
рад/с
Нм.
Момент на выходном валу ременной передачи:
рад/с
Нм
Момент на входном валу зубчатой передачи равен моменту на выходном валу ременной передачи 
Нм.
Момент на выходном валу зубчатой передачи:
рад/с
Нм.
3.1.7. Расчет зубчатого зацепления
Расчет зубчатой передачи для студентов заочных форм обучения заключается в определении допускаемых напряжений и проведении проектного расчета.
3.1.8. Определение допускаемых напряжений
Для определения допускаемых напряжений необходимо изначально выбрать материал, из которого изготовлена зубчатая пара. Для всех вариантов рекомендуется принять материал изготовления - сталь марки 40Х, с твердостью для шестерни (ведущей шестерни) – НВ=300, для колеса (ведомой шестерни) НВ=270.
Таблица 5
| Термическая или химико-термическая обработка | Средняя твердость | Марки сталей | Базовый предел контактной выносливости, МПа |
| Отжиг, нормализация или улучшение | <350 НВ | 45, 50, 40Х, 45Х, 40ХН | 
|
Определим допускаемые контактные напряжения:
(20),
где: 
- базовый предел контактной выносливости МПа;
- коэффициент запаса прочности для шестерни и колеса с однородной структурой (принять 1,1 для всех вариантов);
- коэффициент долговечности шестерни принять равным 1.
МПа
МПа
Предварительно проверим зубья колес на контактную прочность. Отметим, что проверка на контактную прочность косозубых передач ведется по условному допускаемому напряжению 
:
(21)
МПа
МПа
Вывод: предварительная проверка показала, что проектный расчет параметров передачи может быть проведен по допускаемому напряжению 
МПа.
3.1.9. Проектный рассвет зубчатого зацепления
В данных методических указаниях проектный расчет зубчатого зацепления сводится к определению межосевого расстояния.
Величина межосевого расстояния находится по формуле:
, (22)
где 
- вспомогательный коэффициент для косозубых передач;
- передаточное число редуктора;
- вращающий момент на выходном валу редуктора;
- условное допускаемое напряжение для косозубой передачи, МПа;
- коэффициент неравномерности распределения нагрузки по длине зуба;
- коэффициент ширины венца колеса относительно межосевого расстояния.
Коэффициент ширины венца колеса находится из следующего отношения: 
.
Для косозубых передач коэффициент ширины венца колеса принимается в диапазоне 
. Большие значения 
используют для симметричного расположения колес относительно опор, меньшие – для несимметричного и консольного расположения. Значения следует выбирать из ряда: 0,250; 0,315; 0,400; 0,630. Примем 
.
Значения коэффициента неравномерности распределения нагрузки по длине зуба для редукторов принимается по таблице 6
Таблица 6
Ориентировочные значения коэффициента неравномерности распределения нагрузки по длине зуба
| Расположение колес относительно опор | Твердость поверхностей зуба | |
| НВ<350 | НВ>350 | |
| Симметричное | 1,0…1,15 | 1,05…1,25 |
| Несимметричное | 1,10…1,15 | 1,15…1,35 |
| Консольное | 1,20…1,35 | 1,25…1,45 |
Примем симметричное расположение валов. Так как твердость зубьев не превышает НВ 350, то 
.
Вычислим величину межосевого расстояния, мм:
мм.
Округляем полученное значение до ближайшего из стандартных рядов (мм):
1-й ряд: 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250; 315; 400; 500; 630; 800; 1000.
2-й ряд: 71; 91; 112; 140; 180; 224; 280; 355; 450; 560; 710; 900.
Принимаем значение межосевого расстояния из ряда 1 
.
Список используемой литературы
1. Артоболевский, И.И. Теория механизмов и машин. Учебник для вузов.- 5-е издание – М.: «ИД Альянс», 2009- 640с.
2. Фролов К.В., Попов С.А., Мусатов А.К. Теория механизмов и механика машин: Учебник для втузов - 4-е издание,. – М.: Высш шк., 2003. – 496 с.
3. Макаренко, Р.Б. Бакеев, В.Л. Васильев Теория механизмов и машин Ред. В.Д. Макаренко.- Нижневартовск; Изд-во НГГУ, 2009.- 104с.
4. Дунаев П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин: учеб. пособие для студ. высш учеб. заведений– 11-е изд., стер.- М.:Издательский центр «Академия», 2008. – 496 с.
5. Иванов, М.Н. Детали машин. Учебник для машиностроительных специальностей вузов– 8-е изд., испр. – М.: Высш. шк., 2003. – 408 с.: ил.
6. Леликов О.П. Основы расчета и проектирования деталей и узлов машин. Конспект лекций по курсу «Детали машин». 2-е изд., исправл.- М.: Машиностроение, 2004.- 440с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
АННОТАЦИЯ.. 3
I. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ОРГАНИЗАЦИИ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ4
II. РЕКОМАНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ6
ВВЕДЕНИЕ.. 11
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.. 15
ЗАДАНИЕ.. 15
1. ИССЛЕДОВАНИЯ СТАНКА-КАЧАЛКИ.. 18
1.1. Построение заданного положения механизма.. 18
1.2. Структурный анализ станка-качалки.. 21
1.3. Кинематическое исследование станка-качалки.. 22
2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ПРИВОДА СТАНКА-КАЧАЛКИ.. 27
2.1. Энергокинематический расчет привода.. 28
2.1.1. Определение КПД привода.. 29
2.1.2. Определение мощности электродвигателя. Подбор электродвигаетля. 30
2.1.3. Определение передаточных чисел привода станка-качалки. 30
2.1.4. Определение мощностей по валам привода. 33
2.1.5. Определение моментов по валам привода. 33
2.2. Расчет зубчатого зацепления. 355
2.2.1. Определение допускаемых напряжений. 35
2.2.2. Проектный рассвет зубчатого зацепления. 37
СПИСОК РЕКОМЕНДОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ... 40