Главная Учебники - Разные Лекции (разные) - часть 15
Министерство образования Российской Федерации Томский государственный архитектурно-строительный университет КИНЕМАТИЧЕСКИЙ И СИЛОВОЙ РАСЧЁТ МЕХАНИЧЕСКОГО ПРИВОДА Методические указания к практическим занятиям Составитель Д.В. Шабанов Томск 2010 Кинематический и силовой расчёт механического привода: методические указания / Сост. Д.В. Шабанов. – Томск: Изд-во Том. гос. архит.-строит. ун-та, 2010. – 22 с. Рецензент к.т.н А.А. Никифоров Редактор Е.Ю. Глотова Методические указания к практическому изучению дисциплины СД.Ф.6 «Детали машин» для студентов специальностей: 190601 «Автомобили и автомобильное хозяйство»; 270113 «Механизация и автоматизация строительства»; 190205 «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование»; 150405 «Машины и оборудование лесного комплекса»; 250303 «Технология деревообработки» очной формы обучения. Печатаются по решению методического семинара кафедры прикладной механики и материаловедения № 8
от 03
. 11
. 2010. Утверждены и введены в действие проректором по учебной работе В.В. Дзюбо с 01.01.2011
до 30.12.2016 Оригинал-макет подготовлен автором. Подписано в печать Формат 60×84. Бумага офсет. Гарнитура Таймс. Уч.-изд. л. 1,16. Тираж 50 экз. Заказ № Изд-во ТГАСУ, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2. Отпечатано с оригинал-макета в ООП ТГАСУ. 634003, г. Томск, ул. Партизанская, 15. Практическая работа студентов является неотъемлемой составляющей целостного процесса обучения, которая организуется, направляется, регламентируется и контролируется учебным процессом, основанным на государственном стандарте. Профессиональная подготовка будущих специалистов зависит не только от объёма полученных знаний, но и от умения студентов самостоятельно применить эти знания на практике, умения анализировать научную и методическую литературу, делать выводы. Государственные образовательные стандарты определяют практическую работу студентов как эффективное направление повышения качества образования. Практическая работа способствует формированию у будущих специалистов самостоятельных навыков в приобретении новых знаний и их использовании в своей будущей профессиональной деятельности, развивает творческие способности студентов, является стимулом к самообразованию. Видами практической работы являются: выполнение курсовых проектов, курсовых работ, контрольных работ, подготовка к лабораторным работам. Работая самостоятельно над решением поставленных преподавателем задач, студент закрепляет свои теоретические знания и практические навыки. При изучении дисциплины «Детали машин» применяются различные виды контроля практической работы студентов: – текущий контроль по каждой теме (осуществляется на каждом практическом занятии в виде выдачи преподавателем контрольной работы, проверки плана выполнения курсового проекта, курсовой работы, уровня готовности к лабораторным и практическим занятиям; – промежуточный контроль знаний по завершении выполнения контрольной работы, очередного раздела курсового проекта, курсовой работы, лабораторной работы проводится в виде индивидуального опроса; – итоговый контроль проходит в виде семестровой защиты курсового проекта, курсовой работы, сдачи зачёта, экзамена. КИНЕМАТИЧЕСКИЕ РАСЧЁТЫ Техническое задание на проектирование механизма или машины студент получает у преподавателя. В техническом задании могут быть заявлены основные требования: силовые, габаритные, экономические, эргономические или часть из них, которые должны быть обеспечены при проектировании. Расчёт механического привода для машины обычно начинают с выбора электродвигателя и определения общего передаточного числа. Затем по выбранной или заданной кинематической схеме разбивают общее передаточное число по отдельным ступеням. Исходными данными для разбивки служат вращающий момент и угловая скорость рабочего вала, указываемые в задание на проектирование. Иногда эти величины не даны, но могут быть определены по другим характеристикам: например, для конвейера могут быть заданы скорость цепи, её натяжение и диаметр звёздочки. Задание на проектирование привода может содержать некоторые дополнительные сведения, в частности, характер нагрузки, режим работы машины, привод к которой проектируют, кинематическая схема привода. В процессе проектирования следует выполнить необходимые расчеты, выбрать наилучшие параметры схемы и разработать конструкторскую документацию (сборочный чертёж, чертежи трёх сборочных деталей, пояснительную записку и др.), необходимых для изготовления элементов привода. Исходные данные (рис. 1.1, а—г): (рис. 1.1, д—ж): Выбор электродвигателя. Для выбора электродвигателя определяют его требуемую мощность Потребляемую мощность
Тогда требуемая мощность электродвигателя (кВт)
где Здесь Таблица 1.1
Тип передачи
Зубчатая (с опорами, закрытая): цилиндрическая коническая 0,96…0,98 0,95…0,97 Планетарная (закрытая): одноступенчатая двухступенчатая 0,9…0,95 0,85…0,9 Червячная (закрытая) при передаточном числе: свыше 30 свыше 14 до 30 свыше 8 до 14 0,7…0,8 0,75…0,85 0,8…0,9 Ремённая (все типы) 0,94…0,96 Цепная 0,92…0,95 Муфта соединительная 0,98 Подшипники качения (одна пара) 0,99 Если на данном этапе работы затруднительно определить передаточное число червячной передачи, то предварительно можно принять Требуемая частота вращения вала электродвигателя
где Предварительно вычисляют частоту вращения где Рис. 1.1 Разбивку передаточного числа привода по ступеням с учётом кинематических возможностей передачи осуществляют согласно табл. 1.2. На данном этапе расчёта следует руководствоваться рекомендуемыми значениями передаточных чисел из графы Таблица 1.2
Вид передачи
Твёрдость зубьев
Передаточное число
Зубчатая цилиндрическая: тихоходная ступень во всех редукторах ( ≤ 350 НВ 40…56 НRC 56…63 НRC 2.5…5,6 2.5…5,6 2…3 6,3 6,3 5,6 быстроходная ступень в редукторах по развёрнутой схеме (u
б
) ≤ 350 НВ 40…56 НRC 56…63 НRC 3.15…5,6 3.15…5 2,5…4 8 7,1 6,3 быстроходная ступень в соосном редукторе (u
б
) ≤ 350 НВ 40…56 НRC 56…63 НRC 4…6,3 4…6,3 3,15…5 8 7,1 6,3 Коробка передач Любая 1…2,5 3,15 Коническая зубчатая ≤ 350 НВ ≥40 НRC 1…4 1…4 6,3 5 Червячная ─ 16…50 80 Цепная ─ 1,5…3 4 Ремённая ─ 2…3 5 Передаточные числа зависят от скорости передачи и твёрдости колёс. Поэтому на данном этапе расчёта твёрдость колёс можно принять среднюю, если в задании она не задана. Передаточное число также можно брать ближе к среднему из приведённого диапазона. При этом следует учитывать, что для стандартных редукторов и выпускаемых крупной серией значения передаточных чисел следует согласовывать с рядом передаточных чисел зубчатых передач согласно ГОСТ 2185—66*
, табл. 1.3, и червячных передач согласно ГОСТ 2144—76*
, табл. 1.4. Для редукторов, выпускаемых единично или мелкой серией, значения передаточных чисел могут быть нестандартные. Таблица 1.3
Значения передаточных чисел зубчатых передач ГОСТ 2185—66*
1-й ряд 1,00 1,25 1,6 2,00 2,5 3,15 4,0 5,0 6,3 2-й ряд 1,12 1,40 1,8 2,24 2,8 3,55 4,5 5,6 7,1 Таблица 1.4
Значения передаточных чисел червячных передач ГОСТ 2144—76*
1-й ряд 8 10 12,5 16 20 25 31,5 40 50 53 80 2-й ряд 9 11,2 14, 18 22,4 28 33,5 45 56 71 Далее по выбранным параметрам и по табл. 1.5 (Технические данные двигателей серии АИР (тип/асинхронная частота вращения, мин-1
)) подбирают электродвигатель с мощностью Таблица 1.5
Мощность Р, кВт Синхронная частота, мин-1
3000 1500 1000 750 0,37 — — 71A6915 — 0,55 — 71A4/1357 71B6/915 — 0,75 71А2/2820 71В4/1350 80А6/920 90LA8/695 1,1 71B2/2805 80A4/1395 80B6/920 90LB8/695 1,5 80A2/2850 80B4/1395 90L6/925 100L8/702 2,2 80B2/2850 90L4/1395 100L6/945 112MA8/709 3 90L2/2850 100S4/1410 112MA6/950 112MB8/709 4 100S2/2850 100L4/1410 112MB/950 132S8/716 5,5 100L2/2850 112M4/1432 132S6/960 132M8/712 7,5 112M2/2895 132S4/1440 132M6/960 160S8/7273
11 132M2/2910 132M4/1447 160S6/9704
160M8/7273
15 160S2/29101
160S4/14552
160M6/9705
180M8/731 18,5 160M2/29101
160M4/14552
180M6/9803
— 22 180S2/29191
180S4/14623
— — 30 180M2/29251
180M4/14701
— — Примечания.
1. Отношение максимального вращающего момента к номинальному
2
– 2. Пример обозначения двигателя «Двигатель АИР100
L
2 ТУ 16-525.564-84»
Может получиться так, что требуемая частота Если же это число у обоих двигателей одинаковое, надо выбрать двигатель с меньшей частотой вращения вала. Масса, размеры и стоимость обоих двигателей примерно одинаковые, а передаточные числа и, следовательно, размеры элементов передачи будут меньше. Пример. Выбрать электродвигатель для привода ленточного конвейера (рис. 1.2): Решение. Определяем мощность на выходе
Общий КПД привода
где Рис. 1.2 По табл. 1.1: Тогда
Требуемая мощность электродвигателя
Определяем частоту вращения приводного вала Требуемую частоту вращения вала электродвигателя вычислим, подставляя в формулу для Принимаем По табл. 1.5 выбираем двигатель АИР132М6 ТУ 16 – 525.564 – 84:
Уточнение передаточных чисел привода После выбора
Полученное расчетом общее передаточное число распределяют между редуктором и другими передачами, между отдельными ступенями редуктора. Если в кинематической схеме, кроме редуктора (коробки передач), имеется цепная или ременная передача, то предварительно назначенное передаточное число передачи
Если в схеме привода отсутствует ременная или цепная передача, то передаточное число редуктора
Передаточные числа Таблица 1.6
Редуктор Кинематическая схема Передаточное число 1. Двухступенчатый цилиндрический по развёрнутой схеме
2. Двухступенчатый цилиндрический. Быстроходная передача выполнена с раздвоенным потоком мощности
3. Двухступенчатый цилиндрический соосный 4. Соосный двухпоточный цилиндрический 5. Трёхступенчатый цилиндрический по развёрнутой схеме 0,88∙u
п
Продолжение табл. 1.6
Редуктор Кинематическая схема Передаточное число 6. Коническо-цилиндрический 7. Двухступенчатый цилиндрический соосный с внутренним зацеплением 8. Цилиндрическо-червячный 1,6÷3,15 9. Червячно-цилиндрический 1,6÷3,15 10. Червячный двухступенчатый
Окончание табл. 1.6
Редуктор Кинематическая схема Передаточное число 11. Планетарный двухступенчатый u
ред
≤
25 25 < u
ред
≤
63 u
ред
>
63 4 u
ред
/
6,3 10 u
ред
/
4 6,3 0,1 u
ред
Пример.
Уточнить передаточные числа привода по результатам предыдущего примера (рис. 1.2). Решение.
Имеем Тогда
Передаточное число цепной передачи принимаем по
По формулам из табл. 1.4 имеем:
В случае, если редуктор трёхступенчатый (табл. 1.6) уточнение передаточных чисел осуществляется следующим образом:
Передаточное число цепной передачи
По формулам из табл. 1.6 находим:
Определение частоты вращения и вращающих моментов на валах привода
Частота вращения быстроходного вала,
Если в заданной схеме между двигателем и редуктором отсутствует ремённая или цепная передача, то Частота вращения промежуточного вала
Частота вращения тихоходного вала
Частота вращения промежуточного быстроходного вала
Частота вращения промежуточного тихоходного вала
Частота вращения тихоходного вала
Для проверки правильности вычислений определяем частоту вращения приводного вала привода:
Если в заданной схеме между редуктором и ведомым валом отсутствует ремённая или цепная передача, то Если полученное значение отличается от заданного не более чем на 3 %, то расчёт выполнен верно. Вращающий момент Момент на тихоходном валу где: Если в заданной схеме между редуктором и ведомым валом отсутствует ремённая или цепная передача,
где Момент на промежуточном валу
Момент на промежуточном тихоходном валу
где Момент на промежуточном быстроходном валу
где Момент на быстроходном валу
где: Момент на быстроходном валу
Пример.
Рассчитать частоты вращения и вращающиеся моменты на валах привода по результатам предыдущего примера (рис. 1.2). Определяем частоту вращения быстроходного вала
Определяем частоту вращения промежуточного вала
Определяем частоту вращения тихоходного вала
Определяем погрешность расчёта:
Поскольку 0,1 % < 3 %, следовательно, расчёт выполнен верно. Определяем вращающий момент
Определяем вращающий момент
Определяем вращающий момент Определяем вращающий момент Вопросы для самопроверки
1. Каково назначение механических передач? 2. Дайте классификацию механических передач. 3. Как определяют передаточное отношение и КПД механических передач? 4. Почему передаточное число быстроходной передачи обычно больше тихоходной? 5. Почему КПД червячной передачи существенно ниже цилиндрической передачи? 6. Можно ли перегружать электрический двигатель и, если можно, то насколько? 7. Зачем делают уточнение передаточных чисел привода? 8. Какие потери имеют место в зубчатой передаче и чему равен её КПД? 9. Из какого материала изготавливают зубчатые колеса и их зубья? 10. Преимущества и недостатки цилиндрических зубчатых передач, область их применения. 11. Преимущества и недостатки конических зубчатых передач, область их применения. 12. Преимущества и недостатки червячных зубчатых передач, область их применения. 13. Преимущества и недостатки ременных передач, область их применения. 14. Преимущества и недостатки цепных передач, область их применения. СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Основная литература
1. Дунаев, П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин / П.Ф. Дунаев, О.П. Леликов. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2003. – 447 с. 2. Иванов, М.Н. Детали машин: учебник для машиностроительных специальностей вузов / М.Н. Иванов, В.А. Финогенов. – 8-е изд., испр., – М.: Высшая школа, 2003. – 408 с. Дополнительная литература
3. Дианов, Х.А. Детали машин: курс лекций / Х.А Дианов, Н.Г. Ефремов, В.Г. Мицкевич. – М.: РГОТУПС, 2003. –124 с. 4. Детали машин и основы конструирования / Ерохин М.А. [и др.]. – М.: КолосС, 2004. – 463 с. ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение 3 Кинематические расчёты 4 Техническое задание 4 Выбор электродвигателя 4 Уточнение передаточных чисел привода 11 Определение частоты вращения и вращающих моментов на валах привода 15 Вопросы для самопроверки 20 Список рекомендуемой литературы 21 Оглавление 22
|