237

Теоретический расчет работы электродвигателя

Реферат

Физика

Определение мощности и частоты вращения двигателя, общий коэффициент полезного действия. Фактическая частота вращения на валу рабочей машины, расчет зубчатых колёс редуктора. Конструктивные размеры шестерни и колеса.

Русский

2012-11-14

193.34 KB

41 чел.

1 Выбор электродвигателя и кинематический расчёт

  1. Определение мощности и частоты вращения двигателя

Мощность двигателя зависит от требуемой мощности рабочей машины, а его частота вращения – от частоты вращения приводного вала рабочей машины.

1) Требуемую мощность рабочей машины , кВт определяем по формуле:

,

где - окружное усилие, H,

V- скорость движения ленты,

 

2) Общий коэффициент полезного действия (КПД) привода определяем по формуле:

,

где , , ,  - коэффициенты полезного действия закрытой передачи (редуктора), клиноременной передачи, муфты, подшипников качения (по кинематической схеме в редукторе две пары подшипников)

3) Требуемую мощность двигателя , определяем по формуле:

 

4) Выбор электродвигателя

    Мощность электродвигателя, подбираемого для проектируемого привода, должна быть не                ниже той, которая определяется по формуле . Из существующих типов двигателей выбирают преимущественно асинхронные электродвигатели трехфазного тока единой серии 4А.

Выбираем двигатель :   4A100S4 ;     1500 об/мин ; s=4,4%                                 

                                       4A112MA6 ; 1000 об/мин ; s=4,7%

                                       4А112М8 ;    750 об/мин ;   s=5,8%.

5) Определяем частоту вращения приводного вала рабочей машины , :

для ленточного конвейера:

,    рад/с

 

6) Подбираем значения передаточных чисел редуктора и ремённой передачи:

а)

, отсюда  

согласно стандартному ряду передаточных чисел конических зубчатых передач данный вариант нам не подходит.

б)

, отсюда

согласно стандартному ряду передаточных чисел конических зубчатых передач этот вариант нам тоже не подходит.

в)

, отсюда

из стандартного ряда передаточных чисел подбираем ближайшее значение передаточного числа: , тогда

данное значение попадает в предел .

7) Находим фактическую частоту вращения:

- на выходном валу редуктора (вал рабочей машины):

 

- на валу после ремённой передачи:

 

- на валу шкива ремённой передачи:

 

8) Максимальное допускаемое отклонение частоты вращения приводного вала рабочей машины определяем по формуле:

,

где - отклонение скорости приводного вала рабочей машины (не превышает 5%)

 

Фактическая частота вращения на валу рабочей машины не превышает допустимого значения с учётом допустимого отклонения:

 

Исходя из полученных результатов , выбираем асинхронный короткозамкнутый трёхфазный двигатель 4АМ90L6У3 (,  ).

9) Фактическое передаточное число привода , определяем по формуле, (точность – два знака после запятой):

10) Крутящие моменты на каждом валу ступеней привода определяем по формулам:

- момент на валу двигателя:

 ;

- момент на валу шкива ремённой передачи:

 ;

- момент на валу после ремённой передачи:

  ;

- момент на выходном валу редуктора:

 .

2  Расчет зубчатых колёс редуктора

Данные для расчёта:

Угловая скорость на ведущем валу конической передачи:

рад/с

Угловая скорость на ведомом валу конической передачи:

рад/с

Мощность, передаваемая ведущим валом конической передачи:

кВт

1) Определяем передаточное отношение по формуле:

принимаем стандартное значение передаточного отношения

2) Крутящие моменты (посчитаны в первой части):

Н·м

Н·м

3) Для получения сравнительно небольших габаритных размеров и невысокой стоимости конструкции выбираем для изготовления колёс сталь 40Х (поковка). Назначаем термообработку: улучшение + ТВЧ для шестерни (поверхность 45…50 HRCЭ, сердцевина 269…302 HB), HB1ср = 285,5; МПа; МПа; МПа; улучшение для колеса – твёрдость 235…262 HB, HB2ср = 248,5; МПа; МПа; МПа.

Определяем допускаемые контактные напряжения

1) Коэффициент долговечности для зубьев шестерни и колеса находим по формулам:

,

,

где - число циклов перемены напряжений, соответствующее пределу выносливости;

- число циклов перемены напряжений за весь срок службы (наработка)

,

где - частота вращения колеса (шестерни), об/мин;

- время работы передачи (срок службы), ч;

- коэффициент, учитывающий число зацеплений зуба за один оборот колеса (из схемы привода);

- коэффициент приведения переменного режима нагружения передачи к эквивалентному постоянному (табл. 4 Приложения Б, методичка).

,

,

2) определяем допускаемые контактные напряжения, соответствующие пределу контактной выносливости при числе циклов перемены напряжений :

,

,

- шестерня: МПа;

МПа;

- колесо: МПа;

  МПа.

3) Расчётные допускаемые контактные напряжения для зубьев шестерни и колеса:

,

где - коэффициент запаса прочности (для зубчатых колёс с однородной структурой ; для зубчатых колёс с поверхностным упрочнением зуба ).

Цилиндрические и конические зубчатые передачи с прямыми и непрямыми зубьями при рассчитываем по меньшему значению из полученных для шестерни и колеса, то есть по менее прочным зубьям.

МПа;

МПа.

Определение допускаемых напряжений изгиба

4) Коэффициент долговечности для зубьев шестерни и колеса:

,

где - число циклов перемены напряжений для всех сталей, соответствующее пределу выносливости, ц;

  - число циклов перемены напряжений за весь срок службы (найдено выше)

;

;

так как

МПа; МПа, найдено выше.

Проектировочный расчёт

5) Расчётный внешний диаметр шестерни определяем по формуле:

,

где - вспомогательный коэффициент, для прямозубых передач МПа1/3;

  - коэффициент, учитывающий изменение прочности конической передачи по сравнению с цилиндрической: для прямых зубьев ;

  - коэффициент ширины зубчатого венца относительно внешнего конусного расстояния, принимаем ;

  - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки по ширине венца (для контактной прочности);

  - коэффициент внешней динамической нагрузки;

  - расчётное допускаемое контактное напряжение колеса с менее прочным зубом, МПа.

мм, принимаем = 96 мм.

Принимая предварительно число зубьев шестерни , определяем модуль зацепления по формуле:

мм

Принимаем мм. Тогда число зубьев шестерни определяем по формуле:

, принимаем стандартное значение ;

Число зубьев колеса:

,

Действительное передаточное число:

Геометрические размеры зубьев и колёс

6) Углы делительного конуса шестерни и колеса находим по формулам:

°;

°;

7) Внешние диаметры:

- делительный: мм;

мм;

- вершин зубьев: мм;

мм;

- впадин зубьев: мм;

  мм;

8) Внешнее конусное расстояние находим по формуле:

мм;

9) Ширина венца зубчатого колеса и шестерни:

мм, принимаем меньшее значение мм;

.

10) Среднее конусное расстояние находим по формуле:

мм.

11) Параметры колёс в среднем сечении:

- средниё модуль: мм;

- средние делительные диаметры: мм;

  мм.

12) Окружные силы в зацеплении находим по формулам:

Н;

Н.

13) Радиальные силы:

Н;

Н.

14) Осевые силы находим по формулам:

Н;

Н.

15) Окружная скорость колёс:

м/с

3 Предварительный расчет редуктора

Расчет выполняем на кручение  по пониженным допускаемым напряжениям.

Крутящие моменты в поперечных сечениях валов:

Ведущего : Тк11=152,78 ∙103 Н∙мм

Ведомого:  Тк2к1u=152,78∙103∙6,3=863,78 Н∙мм

Ведущий вал:  Диаметр выходного конца при допускаемом напряжении [τr]=25 Мпа

мм

Чтобы ведущий вал редуктора можно было соеденить с помощью МУВП с валом электродвигателя  dдв=42 мм, принимаем dв1=32 мм.

Диаметр под подшипниками примем  dn1=40 мм; диаметр под шестерней dk1=32 мм.

Ведомый вал: Диаметр выходного конца вала dв2 определяем при меньшем к]=20 МПа, чем учитываем влияние изгиба от натяжения цепи:

мм

Примем dв2=56 мм; диаметр под  подшипниками dn2=60 мм, под зубчатым колесом dk2=70 мм.

4 Конструктивные размеры шестерни и колеса

Шестерня

Сравнительно наибольшие размеры шестерни по отношению к диаметру вала позволяют не выделять ступицу.

Длина посадочного участка lстb=50 мм.

Колесо      

                                                                                                

Коническое зубчатое колесо кованое.                                            

Его размеры dae2=600 мм; b=50 мм.

Диаметр ступицы dст≈1,6∙ dk2=1,6∙70≈112мм;

длина ступицы lст=(1,2÷1,5) dk2=

(1,2÷1,5) ∙70=84÷105 мм; принимаем lст=84 мм.

Толщина обода δ0=(3÷4)m=(3÷4)∙5=15÷20 мм; принимаем δ0=18 мм.

Толщина диска С=(0,1÷0,17)Re=(0,1÷0,17)∙303,7=30,37÷51,6 мм; С=35 мм.

5 Конструктивные размеры корпуса редуктора

Толщина стенок корпуса и крышки

δ=0,05 Re+1=0,05∙303,7+1=16,2 мм; принимаем δ=17 мм.

δ1=0,04 Re+1=0,04∙303,7+1=13,2 мм; принимаем δ1=14 мм.

Толщина фланцев корпуса и крышки:

Верхнего пояса корпуса и пояса крышки:

b=1,5δ=1,5∙17=25,5 мм;

b=1,5δ1=1,5∙14=21 мм;

нижнего пояса корпуса

р=2,35∙δ=2,35∙17=39,95 мм; принимаем р=40 мм.

Диаметры  болтов:

Фундаментных d1=0,055Re+12=0,055∙303,7+12=29 мм; принимаем фундаментальные болты с резьбой  М30;

Болтов, крепящих крышку к корпусу у подшипника, d2=(0,7÷0,75) d1=(0,7÷0,75)∙30=21÷22,5 мм; принимаем болты с резьбой М22;

Болтов, соединяющих крышку с корпусом, d3=(0,5÷0,6) d1=(0,5÷0,6)∙30=15÷18; принимаем болты с резьбой М18.

6 Проверка долговечности подшипников

Ведущий вал

Силы, действующие в зацеплении:  Ft=3504 H; Fr1=Fa2=1260 H; Fa1=Fr2=199 H.

Первый этап компоновки дал ƒ1=73 мм и С1=120 мм.

Реакцию опор ( левую опору, воспринимающую внешнюю осевую силу Fa, обозначим индексом “2”).

В плоскости xz

Rx2c2=Ft∙ƒ1;

Rx2=Ft ƒ1/C1=3504∙73/120=2132 H;

Rx1c1=Ft(c11);

Rx1= Ft(c11)/c1=3054∙(120+73)/120=5636 H;

Проверка: Rx2-Rx1+Ft=2132-5636+3504=0

В плоскости yz

-Ryzc1+Frƒ1-Fad1/2=0

Ryz=(1260∙73-199∙(86,9/2))/120=695 H;

-Ry1c1+Fr(c11)-Fad1/2=0;

Ry1=(1260∙193-8656,5)/120=1955 H.

Проверка: Ry2-Ry1+Fr=695-1955+1260=0.

Суммарные реакции

Pr2H;

Pr1H.

Осевые составляющие радиальных реакций конических подшипников:

S2=0,83ePr2=0,83∙0,38∙2242=707 H;

S1=0,83ePr1=0,83∙0,38∙5965=1881 H;

Здесь для подшипников 7208 параметр осевого нагружения e=0,38.

Осевые нагрузки подшипников (см. табл.9.21). В нашем случае S1>S2; Fa>0; тогда    Ра1=S1=1881 H; Pa2=S1+Fa=1881+199=2080 H.

Рассмотрим левый подщипник

Отношение > e, поэтому следует учитывать осевую нагрузку.

Эквивалентная нагрузка по формуле (9.3)

Pэ2=(XVPr2+YPa2)KbKτ;

Для заданных условий V=Kδ=Kτ=1; для конических подшипников при > e коэффициент Х=0,4 и коэффициент Y=1,565 (cм. Табл. 9.18 и П7 приложения)

Эквивалентная нагрузка Pэ2=(0,4∙2242+1,565∙2080)=4112 Н=4,11 кН.

Расчетная долговечность, млн.об.

L= млн.об.

Расчетная долговечность, ч

Lh= ч

Где n=706 об/мин – частота вращения ведущего вала.

Рассмотрим правый подшипник.

Отношение  < e, поэтому при подсчете эквивалентной нагрузки осевые силы не учитывают.

Эквивалентная нагрузка

Рэ1=VPr1KbKτ=5965∙1∙1∙1=5965 Н.

Расчетная долговечность, млн.об.

L= млн.об.

Расчетная долговечность, ч

Lh= ч.

Найденная долговечность приемлема.

Ведомый вал

Из предыдущих расчетов Ft=3504 H; Fr=199 H; Fa=1260 H.

Первый этап компоновки дал ƒ2=70 мм, С2=160 мм и l3=100 мм.

Реакции опор (правую опору, воспринимающую внешнюю осевую силу Fa), обозначим четным индексом цифрой 4 и при определении осевого нагружения этот подшипник будем считать «вторым» (см. табл. 9.21).

Дальнейший расчет аналогичен расчету ведущего  вала.

Реакции в плоскости хz:

Rx3=5037 H и Rx4=1533 H.

Реакции в плоскости yz (для их определения следует знать еще средний диаметр колеса d2=mz2=5∙120=600 мм):

Ry3=1438 H и  Ry4=178 H.

Эквивалентные нагрузки:

Pэ3=3560 Н=3,56 кН и Рэ4=6286 Н=6,28 кН.

Так как в качестве опор ведомого вала применены одинаковые подшипники легкой серии 7212, то долговечность определим для более нагруженного правого подшипника.

Отношение < e, поэтому осевые силы не учитываем.

Эквивалентная нагрузка

Рэ4=VPr4KbKτ=5965∙1∙1,2∙1=6286 Н = 6,28 кН.

Расчетная долговечность, млн. об.

L= млн.об.

Расчетная долговечность, ч

Lh= ч

Здесь n=176 об/мин – частота вращения ведомого вала.

Полученная долговечность более требуемой. Подшипники 7212 приемлемы.

7 Проверка прочности шпоночных соединений

Здесь ограничиваемся проверкой прочности лишь одного соединения, передающего вращающий момент от ведомого вала к звездочке.

Диаметр вала в этом месте dв2=56 мм. Сечение и длина шпонки b˟h˟l =14˟9˟63 , глубина паза t3=5,5 мм по ГОСТ.

Момент на звездочке Т3=863∙103 Н∙мм.

Напряжение смятия

σсм= МПа<[σcм].

8 Уточненный расчет валов

Материал валов – сталь 45 нормализованная; σв=570 МПа (см. табл. 3.3).

Пределы выносливости σ-1=0,43∙570=246 МПа и τ-1=0,58∙246=142МПа.

Концентрация напряжений вызвана напрессовкой внутреннего кольца подшипника на вал.

Изгибающие моменты в двух взаимно перпендикулярных плоскостях

Мy=Rx2c1=2132∙120=256∙103 H∙мм;

Мx=Ry2c1=695∙120=83,4∙103 H∙мм.

Cуммарный изгибающий момент

М=мм3.

Момент сопротивления сечения

W= мм3.

Амплитуда нормальных напряжений

συmax=МПа.

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям

Sσ=.

По табл. 8.7

Полярный момент сопротивления

Wр=2W=2∙6,28∙103=12,56∙103 мм3.

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений

МПа.

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям

По табл. 8.7 ; коэффициент ψτ=0,1;

.

Коэффициенты запаса прочности

.

Для обеспечения прочности коэффициент запаса должен быть не меньше [s]=1,5÷1,7. Учитывая требования жесткости, рекомендуют [s]=2,5÷3,0. Полученное значение s=2,65 достаточно.

Ведущий вал:

У ведомого вала следовало бы проверить прочность в сечении под колесом dk2=70 мм и под подшипниками dп2=60 мм со стороны звездочки. Через оба эти сечения передается вращающий момент Т2=863∙103 Н∙мм, но в сечении под колесом действует изгибающий момент

Н∙мм,

А под  подшипником Ми3=Fвl3=7978∙100=797,8∙103 Н∙мм. Ми2 больше Ми3 всего на 5 процентов, а момент сопротивления W2 больше W3 пропорционально (d2/d3)3=(70/60)3=1,59, т.е. на 30%. Поэтому заключаем, что из этих двух сечений более опасно сечение под подшипником. Для него и проведем расчет.

Изгибающий момент Ми3=797,8∙103 Н∙мм.

Момент сопротивления сечения

мм3.

Амплитуда нормальных напряжений

συmax=МПа.

Коэффициент запаса прочности по нормальным напряжениям

Sσ=,

По табл. 8.7

Полярный момент сопротивления

мм3.

Амплитуда и среднее напряжение цикла касательных напряжений

МПа.

Коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям

По табл. 8.7 ; коэффициент ψτ=0,1;

Коэффициент запаса прочности

>[s].

Ведомый вал:

9 Выбор сорта масла

Смазывание зубчатого зацепления производится окунанием зубчатого колеса в масло, заливаемое внутрь корпуса до погружения колеса на всю длину зуба.

По табл. 10.8 устанавливаем вязкость масла. При контактных напряжениях σН=440 Мпа и средней скорости υ=5 м/с вязкость масла должна быть приблизительно равна 28∙10-6 м/с. По табл. 10.10 принимаем масло индустриальное И-30А (по ГОСТ 20799-75*).

Подшипники смазываем пластичным смазочным материалом, закладываемым в подшипниковые камеры при монтаже. Сорт мази выбираем по табл.9.14 – солидол марки УС-2.

Список литературы

1 С.А. Чернавский, Г.М. Ицкович, К.Н. Боков и др. Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. пособие для техникумов. – М: Машиностроение, 1979. – 351 с., ил.

2 В.П. Гилета, Е.В. Рубцова, Е.Д. Сарлаева и др. Основы проектирования и конструирования: Методическое руководство.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

82993. Хліб – усьому голова 148.5 KB
  Формувати у дітей розуміння цінності хліба як мірила життя як святині як одного найважливіших харчових продуктів. Виховувати бережливе ставлення до хліба повагу до праці людей що зростили хліб. Ілюстрації книжки рушник виставка зразків хлібо-булочних виробів таблички груп прислівя пісня про хліб...
82994. Незвичайний урок малювання 60.5 KB
  Мета: закріпити правила поведінки і безпеки життєдіяльності в комп’ютерному класі. Ознайомити учнів з інтерфейсом графічного редактора «Tux Paint», навчити користуватися інструментами і палітрою кольорів. Розвивати увагу, пам’ять, творчі здібності. Формувати інформаційну, самоосвітню...
82995. Як зимують птахи взимку? Подорож на ялинку до звірят. Створення аплікації зі рваних різнокольорових серветок 160 KB
  Мета. Продовжувати вчити встановлювати взаємозв’язки між змінами в неживій природі, житті рослин та тварин;розвивати уяву, мислення, пізнавальний інтерес; розширити, узагальнити знання про зимуючих птахів та звірів; розкрити особливість життя птахів та звірів узимку та залежність їх життя...
82996. «Колядники». Колядки. Щедрівки 72 KB
  Розширити знання дітей з української обрядовості, показати, як святкували Різдво, про народні традиції колядування, щедрування; навчати спостерігати, як у віршованих творах зображено святкування традиційних свят українського народу. Викликати в учнів інтерес до традицій українського народу у відзначенні свята Різдво.
82997. Світ звуків і фарб 1.71 MB
  Пачкуля та Чистюля; костюм Оле Лукойє 7 костюмів гномів різних кольорів; кошик із яблуками; малюнок Пачкулі; два набори шапочок усіх барв веселки; конверт для Білосніжки; книжки із зображенням гномів; баночки з водою альбомні аркуши фарби кисточки серветки палітри; відеозапис м-ф Білосніжка і сім гномів проектор.
82998. Гроші в житті людини 742 KB
  Мета: сформувати уявлення в учнів про такі поняття як гроші та багатство, вчити правильно визначати життєві цінності, обирати правильну життєву позицію, розвивати навички правильного користування здобутою інформацією. Задачі: дати визначення поняття грошей та багатства; дати порівняльну характеристику...
82999. Казка – дитяча опера «Коза Дереза» муз. М. Лисенко, Дніпрова Чайка. Омоніми – слова однакові за написанням, різні за значенням 492.5 KB
  Формування поняття про багатозначність слів в українській мові, виробляти вміння правильно вживати багатозначні слова в мовленні; розширювати уявлення про значення слів; збагачувати словниковий запас, розвивати монологічне та діалогічне мовлення, мислення, самостійність...
83000. ЇЖА, КОРИСНА ДЛЯ ЗДОРОВ’Я 661.5 KB
  Мета: Розширити уявлення дітей про їжу корисну для здоровя вчити їх правильно харчуватися виховувати естетичні смаки щодо зовнішнього вигляду страв. Обладнання: Малюнки ілюстрації таблиці слайди до теми предметні малюнки із зображенням продуктів для гри Смачного...
83001. Как животные готовятся к зиме? 107.5 KB
  Цель: Продолжать формировать представления о птицах и зверях, устанавливать взаимосвязь между изменениями в неживой природе, жизни растений и животных; развивать логическое мышление; воспитывать желание беречь родную природу. Оборудование: таблицы, рисунки с изображением птиц и зверей зимой, образцы.