ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ПРИВОДА
СТАНКА-КАЧАЛКИ
При проектировании привода ШСНУ необходимо провести следующие расчеты и начертить кинематическую схему привода станка-качалки:
1.1. Энергокинематический расчет привода.
1.2. Расчет зубчатой передачи.
2.1. 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.
2.1.1. 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.
Таблица 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.
2.1.2. Определение мощности электродвигателя. Подбор электродвигателя
Потребная мощность двигателя для привода станка-качалки с учетом КПД определится:
(12)
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 |
2.1.3. 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).
2.1.4. Определение мощностей по валам привода
Мощность ведущего вала ременной передачи равна мощности электродвигателя 
кВт. Мощность на выходном валу ременной передачи:
(16)
Мощность входного вала зубчатой передачи равна мощности выходного вала ременной передачи 
кВт. Мощность на выходном валу зубчатой передачи:
(17)
2.1.5. 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
Момент на выходном валу ременной передачи:
рад/с
Момент на входном валу зубчатой передачи равен моменту на выходном валу ременной передачи 
Момент на выходном валу зубчатой передачи:
2.2. Расчет зубчатого зацепления
Расчет зубчатой передачи для студентов заочных форм обучения заключается в определении допускаемых напряжений и проведении проектного расчета.
2.2.1. 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.
2.2.2. 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 РЕКОМЕНДОВАННОЙ 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.. Ошибка! Закладка не определена.
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.. 15
ЗАДАНИЕ.. Ошибка! Закладка не определена.
1. ИССЛЕДОВАНИЯ СТАНКА-КАЧАЛКИ.. 18
1.1. Построение заданного положения механизма.. Ошибка! Закладка не определена.
1.2. Структурный анализ станка-качалки.. Ошибка! Закладка не определена.
1.3. Кинематическое исследование станка-качалки.. Ошибка! Закладка не определена.
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. 4
2.1.4. Определение мощностей по валам привода. 4
2.1.5. Определение моментов по валам привода. 4
2.2. Расчет зубчатого зацепления. 45
2.2.1. Определение допускаемых напряжений. 35
2.2.2. Проектный рассвет зубчатого зацепления. 37
СПИСОК РЕКОМЕНДОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ... 40
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
по организации самостоятельной работы и выполнению контрольной работы студентами заочной и заочной сокращенной форм обучения
по направлению 131000.62 «Нефтегазовое дело»
по дисциплине «Прикладная механика (ТММ, ДМ и ОК)»
Составители: асс. Кревер А.С.
к.т.н., доцент Краснов В.Г.
Ответственный редактор
Изд. Лиц. ЛР № Подписано в печать Формат 60×84×8
Бумага для множительных аппаратов. Гарнитура Times
Усл. печ. листов 2. тираж 80 экз. Заказ