Приклад кінематичного, енергетичного та силового розрахунку двохступінчастого зубчасто-ланцюгового приводу

3.2.1. Завдання розрахунку та вихідні дані.

Завдання: Виконати кінематичний, енергетичний та силовий розрахунок двохступінчастого зубчасто-ланцюгового приводу, який складається з одноступінчастого конічного прямозубого редуктора і відкритої ланцюгової передачі з втулково-роликовим ланцюгом. Вхідний вал редуктора з’єднується з валом електродвигуна з допомогою втулково-пальцевої муфти з пружними елементами.

Кінематична схема приводу показана на рис. 3.2.

 

Рис. 3.2. Кінематична схема двохступінчастого зубчасто-ланцюгового приводу

1 – електродвигун; 3 – редуктор зубчастий одноступінчастий конічний; 5 – ланцюгова відкрита передача; 6 – підшипники; 7 – муфта з пружними елементами;

РО – робочий орган; І-ІV – вали приводу

Вихідні дані:

– обертальний момент на вихідному валу приводу (валу робочого органу) Т_РО=1100 Н·м;

– кутова швидкість обертання вихідного валу ω_РО=8,4 с^-1;

– опорами всіх валів приводу є підшипники кочення.

Попередні розрахунки:

– частота обертання валу робочого органу:

об/хв

– потужність на вихідному валу:

9,24 кВт

3.2.2. Розрахунок загального ККД приводу

Джерела втрат потужності на тертя в приводі:

– закрита конічна зубчаста передача редуктора 3;

– відкрита ланцюгова передача 5;

– втулково-пальцева муфта 4 з пружними гумовими елементами;

– підшипники кочення 6 (дві пари).

Загальний ККД приводу визначаємо за залежністю:

η_ЗАГ=η_МКη_КЗПη_ЛПη²_ПК, (3.4)

де η_МК – ККД муфти;

η_КЗП – ККД конічної закритої зубчастої передачі;

η_ЛП – ККД ланцюгової відкритої передачі;

η_ПК – ККД кожної з двох пар підшипників кочення 6, в яких встановлено вали приводу.

Визначаємо табличні значення перелічених коефіцієнтів корисної дії елементів приводу (табл. А1 додатку А):

η_КЗП=0,965; η_ЛП =0,92; η_МК=0,99; η_ПК=0,995.

Обчислюємо визначаємо загальний ККД приводу по формулі (3.4):

η_ЗАГ= 0,99·0,965·0,92·0,995²=0,87

За залежністю (1.1) визначаємо розрахункову потужність електродвигуна:

10,62 кВт

3.2.3. Розрахунок орієнтовного передаточного числа

Формула (1.3) для заданої схеми приводу має вигляд:

u*_ЗАГ =u_ЦЗПСu_ЛПС (3.5)

Призначаємо з таблиці А2 додатку А значення середніх передаточних чисел механічних передач, що складають привод: u_КЗПС=4; u_ЛПС=3 , після чого за формулою (3.5) знаходимо орієнтовне передаточне число:

u*_ЗАГ =4·3=12

3.2.4. Вибір варіантів електродвигуна для приводу.

Відповідно до умови Р_ДТАБ ≥ Р_ДР =10,83 кВт з таблиці А3 обираємо три електродвигуна з різною синхронною частотою обертання ротора і заносимо основні їх параметри в таблицю 3.3.

 

Таблиця 3.3 – Параметри двигунів для зубчасто-ланцюгового приводу

№№ варіантів	Каталожна потужність РД, кВт	Тип двигуна	Частота обертання nДі, об/хв	ТПУСК/ТНОМ	ТМАКС/ТНОМ	Загальне передаточне число
uЗАГі	Різниця, Δі
	11,0	4А160SУ3		1,2	2,0	12,19	0,19
	11,0	4А132М4У3		2,0	2,2	17,88	5,78
	11,0	4А132М2У3		1,6	2,2

3.2.5. Оцінка передаточних чисел і остаточний вибір двигуна для приводу

За залежністю (3.5) визначаємо загальні передаточні числа приводу для його варіантів з різними двигунами і заносимо їх в таблицю (3.3):

=12,19

=17,88

=36

Визначаємо різниці між фактичними і оціночним передаточним числом для всіх варіантів двигуна за залежністю (3.6) і заносимо їх значення в таблицю :

Δ₁=|u_ЗАГ1 - u*_ЗАГ |=|12,19 - 12 |=0,19

Δ₂=|u_ЗАГ2 - u*_ЗАГ |=|17,88 - 12 |=5,88

Δ₃=|u_ЗАГ3 - u*_ЗАГ |=|36 - 12 |=24

Відповідно до даних таблиці 3.3, мінімальна різниця Δ_і=0,19 між орієнтовним і фактичним передаточними числами має місце для двигуна з синхронною частотою обертання ротора 1000 об/хв. (варіант 1), якій і вибираємо остаточно для приводу, як найбільш раціональний.

3.2.6. Розподіл загального передаточного числа по ступеням

Розбиваємо отримане для прийнятого варіанту двигуна загальне передаточне число по ступеням приводу, використовуючи залежність (1.8), конкретизовану для даної його схемі:

u_ЗАГ=u_КЗПu_ЛП, (3.6)

де u_КЗП – передаточне число конічної зубчастої передачі редуктора;

u_ЛП – передаточне число відкритої ланцюгової передачі.

Відповідно до рекомендацій табл. А2 додатку А, призначаємо: u_КЗП = 4, тоді передаточне число визначаємо з рівняння (3.6), вирішуючи його відносно u_ЛП:

Отримане передаточне число ланцюгової передачі знаходиться в рекомендованому діапазоні значень (див. табл. А2 додатку А), тобто:

2 ≤ u_ЛП=3.048 ≤ 6,

тому вважаємо розподіл передаточного числа по ступеням приводу виконаним раціонально.

3.2.7. Розрахунок частот обертання валів приводу

Частота обертання валу І приводу:

n_І=n_Д=975 об/хв.

Частота обертання інших валів за залежністю (1.9):

243,75 об/хв

79,97 об/хв

3.2.8. Розрахунок кутових швидкостей обертання валів приводу

Значення кутових швидкостей валів визначаємо за залежністю (1.13):

=102,05 с^-1

=25,513 с^-1

=8,37 с^-1

Оскільки заданою є кутова швидкість валу робочого органу, проміжний контроль правильності розрахунку проводимо по кутовій швидкості обертання відповідно до нерівності (1.19):

Перевірка показує, що на даному етапі розрахунок виконується правильно.

3.2.9. Визначення потужностей на валах.

Потужність на першому валу приводу приймаємо у відповідності до кінематичної схеми рівною:

Р_І=Р_ДРη_МК =10,62·0,99=10,51 кВт

Потужність на інших валах приводу визначаємо за залежністю (1.14):

Р_ІІ=Р_І η_КЗПη_ПК=10,51 ·0,965·0,995=10,09 кВт

Р_ІІІ=Р_ІІ η_ЛПη_ПК=10,09·0,92·0,995=9,238 кВт

3.2.10. Розрахунок обертальних моментів

Значення обертальних моментів на валах визначаємо за залежністю (1.15):

104,12 Н·м

102,99Н·м

395,48 Н·м

1103,7 Н·м

3.2.11. Остаточний контроль розрахунку приводу

Оскільки момент на валу робочого органу завданий, визначаємо величину відносної похибки при розрахунку обертового моменту і перевіряємо виконання нерівності (1.21):

0,336%<5%

3.2.12. Висновок і результати розрахунку

Перевірні розрахунки показують, що кінематичний розрахунок електромеханічного приводу виконано правильно.

Результати розрахунку приводу заносимо в таблицю 3.4.

 

Таблиця 3.4 – Результати кінематичного розрахунку зубчасто-ланцюгового приводу

№№ валів	Частота обертання ni, об/хв	Кутова швидкість, ωi, с-1	Потужність, Pi, кВт	Обертальний момент, Ti, Н·м
Вал І		102,05	10,51	102,99
Вал ІІ	243,75	25,513	10,09	395,48
Вал ІІI	79,97	8,37	9,238	1103,7

Текстовий файл автоматизованого розрахунку цього ж приводу з допомогою програми Privod:

 

РЕЗУЛЬТАТИ КІНЕМАТИЧНО-СИЛОВОГО РОЗРАХУНКУ ПРИВОДУ

 

РОЗРАХУНОК №1

Курсант:Іванов А.О.

Номер варіанту: 0

 

КОД ПРИВОДУ - R2L1

 

ДАНІ ЕЛЕКТРОДВИГУНА

Марка - 4А160SУ3

Потужність, кВт, Pd= 11.00

Частота обертання, об/хв, nd= 975.00

Тпуск/Тном= 2.00

Тmax/Тном= 2.00

 

КОНФІГУРАЦІЯ ПРИВОДУ

Передаточні числа ступенів:U1= 4.00 U2= 3.05 U3= 1.00 U4= 1.00

Заг.передаточне число приводу Uzag= 12.19

Загальний ККД приводу ETAzag= 0.87

 

КІНЕМАТИЧНІ, ЕНЕРГЕТИЧНІ І СИЛОВІ ПАРАМЕТРИ ПРИВОДУ

Частоти обертання : n1= 975.00 n2= 243.75 n3= 80.00 n4= 0.00 n5= 0.00

Кутові швидкості : w1= 102.10 w2= 25.53 w3= 8.38 w4= 0.00 w5= 0.00

Потужності : P1= 10.46 P2= 10.04 P3= 9.24 P4= 0.00 P5= 0.00

Обертальні моменти: T1= 102.45 T2= 393.47 T3= 1102.95 T4= 0.00 T5= 0.00

 

Як і в першому випадку, незначні розходження пояснюються неточністю ручного розрахунку, в тому числі, недостатньою точністю округлення чисел.