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 РРО =11,2 кВт;
– частота обертання вихідного валу приводу nPO=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:
ηЗАГ=ηМКηЧП2ηВЦЗПηЛПη3ПК, (3.10)
де ηМК – ККД компенсуючої втулково-пальцевої муфти;
ηЧП2 – ККД черв’ячної передачі з двозахідним черв’яком;
ηВЦЗП – ККД циліндричної відкритої зубчастої передачі;
ηЛП – ККД ланцюгової передачі;
ηПК – ККД однієї пари підшипників кочення.
З таблиці А1 додатку А знаходимо значення ККД всіх елементів приводу, приймаючи середні значення діапазонів значень, що рекомендуються:
ηМК=0,99; ηЧП2 =0,8; ηВЦЗП=0,93; ηЛП=0,92; ηПК=0,995,
після чого визначаємо загальний ККД приводу по формулі (3.10):
ηЗАГ=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 =uЧП2СuВЦЗПСuЛПС (3.11)
і призначаємо з таблиці А2 додатку А значення середніх передаточних чисел механічних передач, які входять до складу приводу: uКППС=20; uЦЗПС=5; uЛПС=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) РДТАБ≥РДР=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=|uЗАГ1 - u*ЗАГ |=|44,318 - 300 |=255,682
Δ2=|uЗАГ2 - u*ЗАГ |=|66,59 - 300|=233,41
Δ3=|uЗАГ3 - 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 Δі=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:
uЗАГ =uЧП2uВЦЗПuЛП, (3.12)
де uЧП2 – передаточне число черв’ячної передачі редуктора;
uВЦЗП – передаточне число відкритої циліндричної передачі;
uЛП – передаточне число ланцюгової передачі.
Користуючись рекомендаціями табл. А2 додатку А, призначаємо:
uЧП2=20; uВЦЗП=4, тоді передаточне число ланцюгової передачі визначаємо з рівняння (3.12), вирішуючи його відносно uЛП:
=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 > uЛП=1.634 ≤ 4,
тому призначимо для черв’ячної передачі менше передаточне число uЧП2= 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:
nІ=nД=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 РДВ приводу приймаємо рівною розрахунковій потужності двигуна у відповідності до залежностей (1.10), тобто:
РДВ=РДР=16,766 кВт
а потужність на валу І визначаємо з врахуванням втрат в муфті за залежністю:
РІ=РДРηМК=16,779 ∙0,99=16,611 кВт
Потужність на інших валах приводу визначаємо за залежністю (1.14):
РІІ=РІ ηЧП2ηПК=16,611·0,8·0,995=13,226 кВт
РІІІ=РІІ ηВЦЗПηПК=13,226·0,93·0,995=12,239 кВт
РІV=РІІІ ηЛПηПК=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):
ТІVперев=ТДВ·uЗАГ·ηЗАГ=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