Розрахунок черв’ячно-зубчастого приводу з ланцюговою передачею

3.4.1. Завдання та вихідні дані до розрахунку

Завдання: Виконати кінематичний, енергетичний та силовий розрахунок трьохступінчастого черв’ячно-циліндричного приводу із ланцюговою передачею, який складається з наступних елементів:

– черв’ячного одноступінчастого редуктора (кількість заходів черв’яка z1=2);

– відкритої циліндричної передачі;

– відкритої ланцюгової передачі з втулково-роликовим ланцюгом.

Вал двигуна з’єднується з вхідним валом черв’ячного редуктора втулково-пальцевою муфтою з пружними гумовими елементами.

Опорами всіх валів приводу служать підшипники кочення.

Будуємо кінематичну схему приводу (рис. 3.3).

 

Рисунок 3.3 – Кінематична схема трьохступінчастого черв’ячно-зубчасто-ланцюгового приводу

1 – електродвигун; 3 – редуктор одноступінчастий черв’ячний; 4 – відкрита циліндрична зубчаста передача; 5 – відкрита ланцюгова передача; 6 - підшипники; 7 – муфта;

РО – робочий орган; І – ІV – вали приводу.

Вихідні дані:

– потужність на валу робочого органу Р_РО =11,2 кВт;

– частота обертання вихідного валу приводу n_PO=22 об/хв.

Оскільки дані задані у канонічній формі (у вигляді потужності та частоти обертання валу робочого органу), то додаткові попередні розрахунки не потрібні.

3.4.2. Загальний ККД приводу і розрахункова потужність

З аналізу кінематичної схеми приводу встановлюємо джерела втрат енергії за рахунок тертя у приводі, що розглядається:

– черв’ячна передача редуктора 3;

– відкрита зубчаста передача 4;

– відкрита ланцюгова передача з втулково-роликовим ланцюгом 5;

– підшипники кочення 6 (три пари);

– муфта компенсуюча 7.

Конкретизована залежність (1.2) для розрахунку загального ККД приводу:

η_ЗАГ=η_МКη_ЧП2η_ВЦЗПη_ЛПη³_ПК, (3.10)

де η_МК – ККД компенсуючої втулково-пальцевої муфти;

η_ЧП2 – ККД черв’ячної передачі з двозахідним черв’яком;

η_ВЦЗП – ККД циліндричної відкритої зубчастої передачі;

η_ЛП – ККД ланцюгової передачі;

η_ПК – ККД однієї пари підшипників кочення.

З таблиці А1 додатку А знаходимо значення ККД всіх елементів приводу, приймаючи середні значення діапазонів значень, що рекомендуються:

η_МК=0,99; η_ЧП2 =0,8; η_ВЦЗП=0,93; η_ЛП=0,92; η_ПК=0,995,

після чого визначаємо загальний ККД приводу по формулі (3.10):

η_ЗАГ=0,99·0,8·0,93·0,92·0,995³=0,6675

За залежністю (1.1) визначаємо розрахункову потужність електродвигуна:

16,779 кВт

3.4.3. Розрахунок орієнтовного передаточного числа приводу

Для визначення попереднього (орієнтовного) загального передаточного числа записуємо залежність

u*_ЗАГ =u_ЧП2Сu_ВЦЗПСu_ЛПС (3.11)

і призначаємо з таблиці А2 додатку А значення середніх передаточних чисел механічних передач, які входять до складу приводу: u_КППС=20; u_ЦЗПС=5; u_ЛПС=3, після чого за формулою (3.11) знаходимо орієнтовне передаточне число:

u*_ЗАГ =20·5·3=300

3.4.4. Вибір електродвигуна з таблиць

Використовуючи умову (1.4) Р_ДТАБ≥Р_ДР=16,77 кВт з таблиці А3 обираємо три електродвигуна з різною синхронною частотою обертання ротора і заносимо основні їх параметри в таблицю 3.7.

 

Таблиця 3.7 – Основні параметри двигунів, що можуть бути застосовані у приводі

№№ зп	Каталожна потужність РД, кВт	Тип двигуна	Частота обертання nДі, об/хв	ТПУСК/ТНОМ	ТМАКС/ТНОМ	Загальне передаточне число
uЗАГі	Різниця, Δі
	18,5	4А180М6У3		1,2	2,0	44,318	255,682
	18,5	4А160М4У3		1,4	2,2	66,59	233,41
	18,5	4А160М2У3		1,4	2,2	133,636	166,364

 

За залежністю (1.5) визначаємо загальні передаточні числа приводу для варіантів з різними двигунами і заносимо їх в таблицю (3.7):

=44,318

=66,59

=133,636

3.4.5. Оцінка передаточних чисел і остаточний вибір двигуна для приводу

Визначаємо різниці між фактичними і оціночним передаточним числом для всіх двигунів і заносимо їх значення в таблицю 3.7:

Δ₁=|u_ЗАГ1 - u*_ЗАГ |=|44,318 - 300 |=255,682

Δ₂=|u_ЗАГ2 - u*_ЗАГ |=|66,59 - 300|=233,41

Δ₃=|u_ЗАГ3 - u*_ЗАГ |=|133,636 - 300 |=166,364

З таблиці 3.7 остаточно обираємо для приводу двигун з синхронною частотою обертання ротора 3000 об/хв. (варіант 3), якому відповідає мінімальна різниця Δ_і=166,364 між орієнтовним і фактичним передаточними числами.

3.4.6. Розподіл загального передаточного числа по ступеням приводу

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

u_ЗАГ =u_ЧП2u_ВЦЗПu_ЛП, (3.12)

де u_ЧП2 – передаточне число черв’ячної передачі редуктора;

u_ВЦЗП – передаточне число відкритої циліндричної передачі;

u_ЛП – передаточне число ланцюгової передачі.

Користуючись рекомендаціями табл. А2 додатку А, призначаємо:

u_ЧП2=20; u_ВЦЗП=4, тоді передаточне число ланцюгової передачі визначаємо з рівняння (3.12), вирішуючи його відносно u_ЛП:

=1,67

Як бачимо з розрахунку, отримане передаточне число ланцюгової передачі не попадає в діапазон передаточних чисел, рекомендованих для даної передачі (див. табл. А2 додатку А), тобто:

2 > u_ЛП=1.634 ≤ 4,

тому призначимо для черв’ячної передачі менше передаточне число u_ЧП2= 16 і перерахуємо передаточне число, використовуючи формулу (3.12):

=2,088

Остаточні значення передаточних передач приводу відповідають вимогам раціонального його розподілу по ступеням приводу.

3.4.7. Визначення частот обертання валів приводу

Відповідно до залежностей (1.10), частота обертання валу І приводу дорівнює частоті обертання двигуна, тобто:

n_І=n_Д=2940 об/хв.

Частота обертання інших валів за залежністю (1.9):

183,75 об/хв

45,938 об/хв

22,001 об/хв

Виконуємо проміжну перевірку правильності розрахунку по частоті обертання відповідно до нерівності

Таким чином, на даному етапі розрахунок виконується правильно.

3.4.8. Розрахунок кутових швидкостей обертання валів

Значення кутових швидкостей валів визначаємо за залежністю (1.13):

307,72 с^-1

19,233 с^-1

4,808 с^-1

2,303 с^-1

3.4.9. Визначення потужностей на валах

Потужність на валу Р_ДВ приводу приймаємо рівною розрахунковій потужності двигуна у відповідності до залежностей (1.10), тобто:

Р_ДВ=Р_ДР=16,766 кВт

а потужність на валу І визначаємо з врахуванням втрат в муфті за залежністю:

Р_І=Р_ДРη_МК=16,779 ∙0,99=16,611 кВт

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

Р_ІІ=Р_І η_ЧП2η_ПК=16,611·0,8·0,995=13,226 кВт

Р_ІІІ=Р_ІІ η_ВЦЗПη_ПК=13,226·0,93·0,995=12,239 кВт

Р_ІV=Р_ІІІ η_ЛПη_ПК=12,239·0,92·0,995=11,204 кВт

Проміжна перевірка правильності розрахунку по потужності відповідно до нерівності (1.18):

0,036%<5%

Шляхом цієї перевірки ми встановили, що на даному етапі розрахунку він виконується правильно.

3.4.10. Розрахунок обертальних моментів на валах приводу

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

54,59 Н·м

53,98 Н·м

687,67 Н·м

2545,55 Н·м

4864,96 Н·м

3.4.11. Остаточний контроль результатів розрахунку приводу

Для остаточного контролю правильності розрахунку попередньо вираховуємо обертовий момент за залежністю (1.10):

Т_{ІVперев}=Т_ДВ·u_ЗАГ·η_ЗАГ=54,59 ·133,636·0,6675=4869,53 Н·м

Визначаємо величину відносної похибки при розрахунку обертового моменту і перевіряємо виконання нерівності (2.21):

0,094%<5%

3.4.12. Висновок і результати розрахунку

Проміжний і остаточний контроль розрахунків показують, що вони виконані правильно з допустимою точністю.

Загальні результати розрахунку заносимо в таблицю 3.8.

 

Таблиця 3.8 – Результати кінематичного, силового та енергетичного розрахунку приводу

№№ валів	Частота обертання ni, об/хв	Кутова швидкість, ωi, с-1	Потужність, Pi, кВт	Обертальний момент, Ti, Н·м
Вал І		307,72	16,611	53,98
Вал ІІ	183,75	19,233	13,226	687,67
Вал ІІI	45,938	4,808	12,239	2545,55
Вал ІV	22,001	2,303	11,204	4864,96

Як в попередніх прикладах, результати автоматизованого розрахунку електромеханічного приводу, приведені нижче, є більш точними у порівнянні з результатами ручного розрахунку:

РЕЗУЛЬТАТИ КІНЕМАТИЧНО-СИЛОВОГО РОЗРАХУНКУ ПРИВОДУ

РОЗРАХУНОК №1

Курсант:Іванов А.О.

Номер варіанту: 0

 

КОД ПРИВОДУ - R3Z1L1

 

ДАНІ ЕЛЕКТРОДВИГУНА

Марка - 4А160М2У3

Потужність, кВт, Pd= 18.50

Частота обертання, об/хв, nd= 2940.00

Тпуск/Тном= 1.40

Тmax/Тном= 2.20

 

КОНФІГУРАЦІЯ ПРИВОДУ

Передаточні числа ступенів:U1= 16.00 U2= 4.00 U3= 2.09 U4= 1.00

Заг.передаточне число приводу Uzag= 133.64

Загальний ККД приводу ETAzag= 0.65

 

КІНЕМАТИЧНІ, ЕНЕРГЕТИЧНІ І СИЛОВІ ПАРАМЕТРИ ПРИВОДУ

Частоти обертання : n1= 2940.00 n2= 183.75 n3= 45.94 n4= 22.00 n5= 0.00

Кутові швидкості : w1= 307.88 w2= 19.24 w3= 4.81 w4= 2.30 w5= 0.00

Потужності : P1= 17.06 P2= 13.16 P3= 12.17 P4= 11.20 P5= 0.00

Обертальні моменти : T1= 55.41 T2= 683.70 T3=2530.63 T4=4861.47 T5= 0.00