Выбор электродвигателя и кинематический расчет
Примем: КПД пары цилиндрических зубчатых колес η1 = 0,98; коэффициент, учитывающий потери пары подшипников качения, η2 = 0,99; КПД открытой цепной передачи η3= 0,92; КПД, учитывающий потери в опорах вала приводного барабана, η4= 0,99.
Общий КПД привода η = η1* η22* η3* η4= 0,98*0,992*0,92*0,99 = 0,875.
Мощность на валу барабана
Рб = Fл*vл = 8.15*1.3 =9,78 кВт.
Требуемая мощность электродвигателя
РТР = Р б / η = 9,78 / 0,875 = 11,18 кВт.
Угловая скорость барабана
ωб = 2 vл / Dб = 2*1,2 / 0,42 = 5,7 рад/с.
Частота вращения барабана
nб = 30 ωб / π = 30*5,7 / 3,14 = 59,6 об/мин.
В табл. П. 1 по требуемой мощности РТР = 11,18 кВт с учетом возможностей привода, состоящего из цилиндрического редуктора и цепной передачи зубчатого редуктора ip = (3 – 6) и для цепной передачи iц = (3 – 6), iобщ = ip iц = (9–36), выбираем электродвигатель трехфазный короткозамкнутый серии 4А, закрытый, обдуваемый, с синхронной частотой вращения 1000 об/мин 4А 160 Мб УЗ, с параметрами Рдв = 15,0 кВт и скольжением 2,6% (ГОСТ 19523–81).
Номинальная частота вращения nдв = 1000 – 26 = 974 об/мин, а угловая скорость ωдв = π nдв /30 = 3.14*974 / 30 = 101.5 рад/с.
Проверим общее передаточное отношение: u = ωдв / ωб = 101,5 / 5,7 =17,8, что можно признать приемлемым, так как оно находится между 9 и 36 (большее значение принимать не рекомендуют).
Частные передаточные числа (они равны передаточным отношениям) можно принять: для редуктора по ГОСТ 2185 – 81 uр = 5, для цепной передачи uц =17,8 / 5 = 3,5.
Частоты вращения и угловые скорости валов редуктора и приводного барабана:
Вращающие моменты:
на валу шестерни Т1 = РТР / ω1 =11,18*103 / 101,5 = 110,15*103 Нмм.
на валу колеса Т2 = Т1 uр = 550,7*103 Нмм.
Если в задании на курсовое проектирование указан двухступенчатый редуктор, то производится расчёт вращающих моментов для третьего вала и также вводится в таблицу.
Расчёт зубчатых колёс редуктора
Так как в задании нет особых требований в отношении габаритов передачи, выбираем материалы со средними механическими характеристиками: Для шестерни: сталь 45, термическая обработка – улучшение, твердость НВ 230–260; для колеса – сталь 45, термическая обработка – улучшение, но твердость на 30 единиц ниже НВ 200–230.
Допускаемые контактные напряжения:
σH =σHlimbKHL / [SH],
где σHlimb – предел контактной выносливости при базовом числе циклов.
По табл. 3.2 для углеродистых сталей с твердостью поверхностей зубьев менее НВ 350 и термической обработкой (улучшением) σHlimb= 2НВ + 70;
KHL – коэффициент долговечности; при числе циклов нагружения больше базового, что имеет место при длительной эксплуатации редуктора, принимают
KHL = 1; коэффициент безопасности [SH] = 1,10. Для косозубых колес расчетное допускаемое контактное напряжение
[σH] = 0.45 ([σH1] + [σH2])
для шестерни [σH1] = (2HB1 +70)* KHL / [SH] = (2*230+70)*1 / 1.1 =482 МПа;
для колеса [σH2] = (2HB2 +70)* KHL / [SH] =(2*200+70)*1 / 1.1 = 428МПа.
Тогда расчетное допускаемое контактное напряжение [σH] = 0,45 (482 + 428) = 410 МПа. Требуемое условие [σH] < 1,23 [σH2] выполнено.
Коэффициент KHβ, несмотря на симметричное расположение колес относительно опор, примем выше рекомендуемого для этого случая, так как со стороны цепной передачи действуют силы, вызывающие дополнительную деформацию ведомого вала и ухудшающие контакт зубьев. Принимаем предварительно по табл. 3.1, как в случае несимметричного расположения колес, значение KHβ = 1,25.
Принимаем для косозубых колес коэффициент ширины венца по межосевому расстоянию ψba = b /aω = 0,4.
Межосевое расстояние из условия контактной выносливости активных поверхностей зубьев по формуле
=
=43 (5+1) 
мм.
где для косозубых колес Ка = 43, а передаточное число нашего редуктора u = 5.
Ближайшее значение межосевого расстояния по ГОСТ 2185–81 aw = 200 мм.
Нормальный модуль зацепления принимаем по следующей рекомендации: mп = (0,01 – 0,02) aw = (0,01 – 0,02) 200 = 2 – 4 мм; принимаем по ГОСТ 9563 – 80 mn = 2,5 мм.
Примем предварительно угол наклона зубьев β = 10° и определим числа зубьев шестерни и колеса:
=(400+0,985)/15=26,2
Принимаем z1 = 26; тогда z2 = z1u =26*5 = 130.
Уточненное значение угла наклона зубьев 
β = 12°50'.
Основные размеры шестерни и колеса:
диаметры делительные:
d1=mn z1 / cosβ = 2.5 *26/ 0.975 = 66.66 мм;
d2=mn z2 / cosβ = 2.5*130 / 0.975 = 333.34 мм;
Проверка: aω = 0.5 (d1 + d2) = 0.5 (66.66+333.34) = 200 мм.
диаметры вершин зубьев:
da1 = d1 + 2mn = 66,66 + 2*2,5 = 71,66 мм;
da2 = d2 + 2mп = 333,34 + 2*2,5 = 338,34 мм;
ширина колеса b2 = Ψba *aω = 0,4*200 = 80 мм;
ширина шестерни b1 = b2 + 5 мм = 85 мм.
Определяем коэффициент ширины шестерни по диаметру:
Ψbd = b1 / d1 = 85 / 66,66 = 1,275.
Окружная скорость колес и степень точности передачи v = 0,5 ω1d1 =101,5*66,66 / = 3.38 м/с.
При такой скорости для косозубых колес следует принять 8-ю степень точности.
Коэффициент нагрузки KH = KH*KHa*KHv
Значения KHβ даны в табл. 3.5; при Ψbd= 1,275, твердости НВ < 350 и несимметричном расположении колес относительно опор с учетом изгиба ведомого вала от натяжения цепной передачи KHβ = 1,155.
По табл. 3.4 при v = 3,38 м/с и 8-й степени точности KHa =1,08. По табл. 3.6 для косозубых колес при v < 5 м/с имеем KHv = 1,0.
Таким образом, KH = 1,155 * 1,08 * 1,0 = 1,245.
Проверка контактных напряжений по формуле:
Силы, действующие в зацеплении:
окружная Ft = 2T1 / d1 = 2*110,15*103 / 66.66 = 3304,8 H;
радиальная Fr = Ft tga / cosβ = 3304,8*tg 200 / cos120 50´ = 1233,7 Н;
осевая Fr = Ft tg β = 3304,8*tg 12°50' = 731,6 Н.
Проверяем зубья на выносливость по напряжениям изгиба по формуле:
Здесь коэффициент нагрузки KF = KFβKFv. По табл 3.7 при \|/м = 1,275, твердости НВ < 350 и несимметричном расположении зубчатых колес относительно опор KFβ = 1,33. По табл. 3.8, KFv = 1,3. Таким образом, коэффициент KF = 1,33*1,3 = 1,73; YF – коэффициент, учитывающий форму зуба и зависящий от эквивалентного числа зубьев zv:
zv1 = z1 / cos3 β;
у шестерни zv1 = 26 / 0.9753 = 28,
у колеса zv2 = 130 / 0.9753 = 140,
YFl = 3,84 и YF2 = 3,60 (см. с. 42).
Допускаемое напряжение
[σF] = σ0Flimb / [S]
По табл. 3.9 для стали 45 улучшенной при твердости HB < 350 σ0Flimb = 1,8HB.
Для шестерни
σ0Flimb = 1,8*230 = 414 МПа;
для колеса
σ0Flimb =1,8*200 =360 МПа.
[SF] = [SF]'[SF]» – коэффициент безопасности (см. табл. 3.9), где [SF]' = 1,75,
[SF]» = 1 (для поковок и штамповок). Следовательно, [SF] = 1,75.
Допускаемые напряжения:
для шестерни [σF1] = 414 / 1,75= 236,6 МПа;
для колеса [σF1] = 360 / 1,75 =205,7 МПа.
Находим отношения [SF] / YF
для шестерни 236,6 / 3.84 =61,6 МПа,
для колеса 205,7 /3,6 = 57,4 МПа.
Дальнейший расчет следует вести для зубьев колеса, для которого найденное отношение меньше.
Определяем коэффициенты Yβ и КFa:
Yβ = 1- β 0 / 140 = 1 – 12,8 / 140 = 1 – 0,09 = 0,91.
Для средних значений коэффициента торцового перекрытия εa =1.5 и 8- й степени точности KFa = 0.92.
Проверяем прочность зуба колеса по формуле:
< [σF]
σF2 = 3304,8*1.73*3.6*0.91*0.92 /80*2.5 = 86,16 МПа < [σF] = 205,7 МПа.
Условие прочности выполнено.
Предварительный расчет проведем на кручение по пониженным допускаемым напряжениям.
Ведущий вал: диаметр выходного конца при допускаемом напряжении [τк] = 25 МПа.
Так как вал редуктора соединен муфтой с валом электродвигателя, то необходимо согласовать диаметры ротора dдв и вала dBl. Как правило, принимают dBl = (0,7–1) dдв. Некоторые муфты, например УВП, могут соединять валы разных диаметров в пределах одного номинального момента. У подобранного нами электродвигателя диаметр вала равен 42 мм. Выбираем муфту МУВП по ГОСТ 21424 – 75 с расточками полумуфт под dдв = 42 мм и dв1 = 32 мм (рис 12.3). Примем под подшипниками dв1 = 40 мм. Шестерню выполним за одно целое с валом.