Расчеты приводов

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ И КИНЕМАТИЧЕСКИЙ

Методические указания

по дисциплине ” Детали машин ”

для студентов машиностроительных специальностей

всех форм обучения

4-е издание, переработанное

Нижний Новгород

Составитель А.А. Ульянов

УДК 621.81 (075.5)

Энергетический и кинематический расчеты приводов: Метод. указания по дисциплине «Детали машин» для студентов машиностроительных спец. всех форм обучения, - 4-е изд., перераб./ НГТУ; Сост.: А.А. Ульянов. - Н. Новгород, 2000. – 27 с.

Научный редактор Ю.П.Кисляков

Редактор И.И. Морозова

Подп. к печ. 27.03.2000. Формат 60х84¹/16. Бумага газетная...

Печать офсетная Печ. л. 1,75.. Уч.- изд. л. 1,4. Тираж 500 экз. Заказ 222.

Нижегородский государственный технический университет.

Типография НГТУ,. 603600,.Н. Новгород, ул. Минина, 24.

© Нижегородский государственный

технический университет, 2000

1. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ТРАНСПОРТЕРАХ

Транспортеры или конвейеры являются неотъемлемой частью современного технологического процесса, обеспечивая перемещение изделий между основным оборудованием цехов, со складов и на склады, между цехами; выполняя роль накопителей заготовок; осуществляя механизацию погрузочно-разгрузочных работ и т.д.

Различают конвейеры с тяговым органом (ленточные, цепные, канатные) и без тягового органа (винтовые, роликовые, дисковые, транспортирующие трубы и др.). Самыми распространенными являются ленточные и цепные конвейеры.

Если говорить упрощено, то ленточный конвейер (рис.1) состоит из приводного 1 и натяжного 2 барабанов, охватывающей их ленты 3 с грузом 4,

поддерживающих ленту от провисания роликов 5, привода 6 и натяжного устройства 7.

Рис.1. Схема ленточного конвейера Рис.2. Схема цепного конвейера

Цепной транспортер (рис.2) имеет: 1 - приводные звездочки (одну или две); 2 - натяжные звездочки (одну или две); 3 - тяговые цепи (одну или две) с грузонесущим приспособлением; 4 - груз; 5 - устройства, поддерживающие цепи с грузом; 6 - привод; 7 - натяжное устройство.

Все составные части конвейеров монтируются на рамах.

На рис.1 и 2 рабочие ветви конвейеров - верхние; нижние ветви - холос-тые, образующие замкнутые контуры транспортеров.

Конвейеры с гибким тяговым органом «тянут» груз по принципу «на себя». Например, у ленточного конвейера (рис.1) движение груза 4 задано спра

ва налево, поэтому приводной барабан 1 (рабочий орган), соединенный с приводом 6, расположен слева. На рис.2 движение цепей 3 задано слева напра-во, и привод 6 располагается справа.

В ленточных конвейерах нагрузка передается фрикционным способом за счет сил трения между приводным барабаном и лентой, в цепных - зацеплени-ем цепей и зубьев приводных звездочек.

Тяговое усилие F (вращающий момент Т или мощность Р) на рабочем органе определяется расчетом сопротивлений на участках конвейера методом обхода по контуру. Допускаемая скорость движения v ленточных конвейеров до 6...8 м/с, цепных - до 1...1,5 м/с.

Подробно с транспортерами различных конструкций можно ознакомиться, например, по [1].

Не путать приводные цепи, применяемые для передачи энергии на рабочий орган в составе привода, с тяговыми цепями конвейера!

2. МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ ПРИВОДОВ

2.1. Общие сведения

Как правило, угловые скорости двигателя и рабочего органа машины не равны между собой. Согласование скоростей осуществляют с помощью передач.

Привод включает в себя двигатель и передачу (трансмиссию).

Механической передачей называют механизм, предназначенный для передачи энергии от двигателя к рабочему органу с преобразованием скорости и нагрузки.

Все механические передачи делят на две группы:

1) основанные на использовании трения (фрикционные и ременные);

2) основанные на использовании зацепления (зубчатые - цилиндрические

и конические, червячные, цепные, зубчатоременные, винт-гайка).

Самые распространенные - цилиндрические зубчатые передачи, к разно-видностям которых относятся планетарные, волновые и винтовые. Коническая передача с перекрещивающимися осями называется гипоидной.

По характеру установки в приводы зубчатые передачи бывают открытые (около 10%) и закрытые. Силовые червячные, планетарные, волновые, гипоидные передачи из-за конструктивных и эксплуатационных особенностей

выполняют закрытыми.

Направление вращения червячной передачи определяется по типу вращения пары винт - гайка: примеры показаны на рис.5.

Кинематические схемы приводов выполняют по ЕСКД ГОСТ 2.703-68 «Правила выполнения кинематических схем» и по ГОСТ 2.770-68 «Условное изображение элементов в схемах».

Если попытаться составить абстрактную схему привода, включающую все виды передач, то порядок размещения передач в схеме будет следующим (рис.6): двигатель - ременная передача - фрикционная передача (вариатор - на рис.6 отсутствует) - редуктор (коробка скоростей) - открытые цилиндрические передачи (1-я с наибольшим передаточным числом u, далее по порядку уменьшения u) - открытая коническая передача - цепная передача - винт-гайка.

Рис.6. Пример кинематической схемы привода:

1 - электродвигатель; 2 - клиноременная передача; 3 - редуктор цилиндрический, двухступенчатый, соосный (Ц2С); 4 - открытая зубчатая цилиндрическая передача (например, u = 5); 5 - открытая зубчатая цилиндрическая передача (например, u = 2,8); 6 - открытая зубчатая коническая передача; 7 - цепная передача; 8 - передача винт-гайка; 9 - рабочий орган машины

Передача, расположенная между двумя соседними валами, называется одной ступенью привода.

Конкретный состав передач в приводе зависит в основном от двух критериев:

1) от общего передаточного числа привода u ₀;

2) от компоновки привода, т.е. от объема заданного пространства, в

котором должен размещаться привод.

2.2. Характеристика передач привода

Основные характеристики:

1). нагрузка на рабочем органе - сила F _р.о (Н), или вращающий момент T _р.о (Н.м), или мощность Р _р.о (кВт) - и характер (циклограмма) ее изменения в течение цикла;

2) скорость рабочего органа - угловая w_р.о (с^-1), или частота вращения n _р.о (мин^-1), или линейная скорость v _р.о (м/с);

3) долговечность - в частности, срок службы: h в годах или L_h в часах.

Эти три характеристики минимально необходимы и достаточны для проектировочного расчета любой передачи. Кроме основных, важное значение имеют следующие дополнительные характеристики:

1) общее передаточное число привода u ₀ = w_дв /w_р.о = n _дв / n _р.о ,

где, w_дв, n _дв - угловая скорость и частота вращения вала двигателя:

2) общий КПД привода: h₀ = h₁h₂... h _i, где h _i - КПД одной i -ой кинематической пары (см. табл.1).

Таблица 1. Значения КПД передач с учетом потерь в опорах на подшипниках качения

Тип передачи	Закрытая в масляной ванне	Открытая
Зубчатая передача: с цилиндрическими колесами	0,96...0.98	0.92...0.94
с коническими колесами	0,95...0.97	0,91...0,93
Червячная передача при: однозаходном червяке (u > 30)	0,7...0, 8	---
двухзаходном червяке (u = 14...30)	0,75...0,85	---
четырехзаходном червяке (u = 7,1...14)	0,8...0,9
Планетарная передача: схема 2К-Н, однорядная	0,98	---
схема 2К-Н, с двухрядными сателлитами	0,96	---
схема 3К	0,85...0,95	---
Волновая передача	0,8...0,9	---
Ременная передача	---	0,94...0,96
Цепная передача	0,94...0,96	0,92...0,95
Муфта соединительная	0,98	---
Подшипники качения (одна пара)	0,99	---

3) потребная (расчетная) мощность двигателя Р ¢_дв.

При заданной циклограмме нагружения (режим технологического процесса фиксирован) считают [2,c.384], что двигатель работает в кратковременном режиме с продолжительностью работы под нагрузкой 10 мин £ t £ 60 мин,

при которой не происходит перегрева двигателя. При этом продолжительность остановок между блоками нагружения способствует охлаждению двигателя.

Потребная мощность определяется по формуле

Р ¢_дв = Т_En _р.о / 9550h₀, (1)

где Т_Е - постоянный эквивалентный вращающий момент: Т_Е = К_ЕТ _nom,

где Т _nom - номинальный момент - наибольший из длительно действующих (число циклов N > 10⁴...10⁵) по циклограмме нагружения (без учета пускового момента); Т _nom = Т _р.о;

К_Е - коэффициент приведения заданного переменного режима нагружения к эквивалентному постоянному:

К_Е = Ö å (Т_i / T _nom)² (L_hi / L_h), (2)

где Т_i, L_hi - момент и время работы i -го блока постоянной нагрузки с цикло-

граммы нагружения:

L_h = å L_hi - полный срок службы передачи:

n - число блоков нагрузки по циклограмме нагружения.

Например, для заданной на рис.7 циклограммы нагружения Т _nom = Т, число блоков n = 4,

коэффициент приведения

К_Е = Ö 1²×0,3 + 0,8²×0,4 + 0,6²×0,2 + 0,4²×0,1 =

= 0,8.

При длительной непрерывной работе двигателя, если циклограмма нагружения отсутствует, К_Е = 1.

Момент Т _р.о может быть найден по одной из формул:

Рис.7. Пример

циклограммы нагружения Т _р.о = F _р.о d _р.о / 2000 или

Т _р.о = 9550 Р _р.о / n _р.о, (3)

где d _р.о - диаметр рабочего органа, мм.

3. ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Для привода общего назначения в основном применяют трехфазные

асинхронные электродвигатели переменного тока.

На рис.8 показана типовая характеристика такого электродвигателя;

обозначено: Т - вращающий момент, развиваемый двигателем;

n - частота вращения ротора (определяется числом пар полюсов обмотки статора и нагрузкой ротора;

n _c - синхронная частота вращения электромагнитного поля статора:

n _дв - номинальная частота вращения ротора при номинальной нагрузке Т _nom, которую может отдавать двигатель длительно, не нагреваясь свыше допустимой температуры;

Т _пуск - пусковой момент электродвигателя;

Т _max - максимальный момент, развиваемый двигателем.

В курсовом проекте следует ори-ентироваться на обдуваемые короткозам-кнутые электродвигатели серии АИР, кото-рые имеют «жесткую» механическую харак-теристику, т.е. значительные изменения наг-рузки вызывают несущественные изменения частоты вращения ротора. Практически при-нимают n дв = const. Структура обозначения двигателя: АИ Х. Х. ХХХ. Х. Х. Х. Х. ХХ 1 2 3 4 5 6 7 8, А - асинхронный: И - унифицированная серия (ИНТЕРЭЛЕКТРО).

Рис.8. График зависимости частоты вращения ротора асинхронного электродвигателя от нагрузки

Цифры условно обозначают:

1 - привязка мощностей к установочным размерам (Р - по российскому стандарту ГОСТ 28330-89):

2 - буквы: Р - с повышенным пусковым моментом:

С - с повышенным скольжением:

3 - габарит (высота h до оси вращения: h = 50...355 мм):

4 - установочный размер по длине станины (S, M, L):

5 - длина сердечника статора (А, В; отсутствие буквы обозначает только

первую длину);

6 - число полюсов (2, 4, 6, 8, 10 и 12);

7 - дополнительные буквы для модификации двигателя:

Б - со встроенной температурной защитой;

П - с повышенной точностью по установочным размерам;

Х2 - химически стойкие;

С - сельскохозяйственные;

8 - климатическое исполнение (У, Т, ХЛ) и категория размещения

(1...5); например, У3 - умеренный климат, t ⁰ = 25⁰ С, относительная влажность до 98%, т.е. для работы в помещении.

Пример обозначения:

«Двигатель АИР 90 LB 8 У3 ТУ 16-525.564-84»

Двигатели выпускают с мощностями от 0,06 до 100 кВт, с n _с = 3000,

1500, 1000, 750, 600 и 500 мин^-1.

По конструкции корпуса различают двигатели трех исполнений:

1) IM 1001 - IM 1081 - на лапах;

2) IM 2001 - IM 2081 - универсальное (фланцевое и на лапах вместе);

3) IM 3001 - IM 3081 - фланцевое.

В табл. П1 (приложение) приведены технические данные двигателей

серии АИР в диапазоне мощностей от 0,25 до 22 кВт. В табл. П2 даны отношения пускового и максимального моментов двигателей к номинальному. На рис.П1 (приложение) и в табл. П3 представлены [4,c.414] габаритные, установочные и присоединительные размеры двигателей.

Подбор двигателя из каталога производят по его номинальной мощности

Р _дв ³ Р¢ _дв, где Р¢ _дв - по формуле (1). При этом заданное по циклограмме нагружения отношение Т _пуск./ T не должно превышать той же характеристики двигателя: Т _пуск / T £ [ Т _пуск / T ]_дв.

4. ОБЩЕЕ ПЕРЕДАТОЧНОЕ ЧИСЛО И РАЗБИВКА ЕГО ПО СТУПЕНЯМ

Общее передаточное число привода u ₀ = u ₁ u ₂... u_i, где u_i - передаточное число одной i -ой ступени передач.

Для удобства запишем:

u ¢₀ = n _дв / n _р.о = u _ред u _п, (4)

где u _ред - передаточное число редуктора;

u _п - передаточное число всех прочих (кроме редуктора) передач привода.

Для конвейеров n _р.о (мин^-1) при заданных скорости v _р.о (м/c) ленты (цепи) и диаметре барабана (звездочки) d (мм) определяется по формуле:

n _р.о = 6×10⁴ v / (p d) (5)

Если задан шаг цепи Р (мм) и число зубьев звездочки z, то диаметр дели-тельной окружности звездочки d _¶ можно определить как

d _¶ = P / sin(180⁰/ z). (6)

Задаваясь по рекомендациям практики (табл. 2) передаточными числами отдельных ступеней передач (u _п = u _п1× u _п2...), находят передаточное число ре-

дуктора u ¢_ред = u ¢₀/ u _п.

Таблица 2. Передаточные числа u одной ступени

Тип	Твердость	Передаточные числа u
передачи	зубьев	Наиболее употребительные	максимальные
1. Зубчатая цилиндрическая закрытая: тихоходная ступень (во всех редукторах), u т:	£ 350 НВ (40...50) НRCэ	2,5...5 2,5...5	6,3 6.3
	(56...63) HRCэ	2...4	5,6
Окончание табл.2
Тип	Твердость	Передаточные числа u
передачи	зубьев	Наиболее употребительные	максимальные
быстроходная ступень, u Б: в редукторах по развернутой схеме	£ 350 НВ (40...56) HRCэ	3,15...5 3,15...5	7,1
	(56...63) HRCэ	2,5...4	6,3
в соосном редукторе	£ 350 НВ (40...56) HRCэ	4...6,3 4...6,3	7,1
	(56...63) HRCэ	3,15...5	6,3
2. Зубчатая открытая	£ 350 НВ	4...6,3
3. Коробка скоростей	любая	1...2,5	3,15
4. Коническая закрытая	£ 350 НВ	1...4	6,3
	³ 40 HRCЭ	1...5
5. Коническая открытая	£ 350 НВ	2...4	6,3
6. Планетарная 2К-Н	---	---	3,15...12,5
3К	---	---	15...1000
7. Волновая	---	---	80...315
8. Червячная закрытая	---	16...50
9. Цепная	---	1,5...3
10. Ременная	---	2...3

С другой стороны, для двухступенчатого редуктора u _ред = u _Б u _Т, где

u _Б - передаточное число быстроходной ступени: u _Б = z _2Б / z _1Б; u _T - передаточное число тихоходной ступени: u _T = z _2T / z _1T.

Способ разбивки общего передаточного числа по ступеням зависит от конструкции многоступенчатого редуктора. Передаточное число каждой ступени не должно превышать максимального значения, указанного в табл. 2, а u _ред. - указанного в табл.3.

В зубчатых редукторах за критерий оптимальности разбивки u _ред принято получение наименьшей массы редуктора. Это приводит к тому, что u _Б ³ u _Т. Для редукторов с червячной ступенью главным критерием является КПД.

В табл.3 даны рекомендации по разбивке u _ред для двухступенчатых редукторов.

При расчете различных вариантов схем привода на ЭВМ формулы в ана-

литическом виде для разбивки u _ред по ступеням рекомендуется брать в [4,c.57]

Передаточное число редуктора и передаточные числа его ступеней должны соответствовать рядам предпочтительных чисел R 20 по ГОСТ 8032-84:

1; 1,12; 1,25; 1,4; 1,6; 1,8; 2; 2,24; 2,5;2,8; 3,15; 3,55; 4; 4,5; 5; 5,6; 6,3; 7,1; 8; 9; 10; 11,2; 12,5; 14; 16; 18; 20, 22,4; 25; 28; 31,5; 35,5; 40; 45; 50; 56; 63; 71; 80; 100 и т.д. К этому следует стремиться и для других передач.

Таблица 3. Двухступенчатые редукторы: разбивка u _ред по ступеням

Тип	Схема	u ред.	u Б	u Т
редуктора	редуктора	рекомендуемые	предельные
Двухступенчатый цилиндрический: а) рядный, разверну- тая схема; б) с раздвоенной быстроходной ступенью		12,5...25 в) с раздвоен -ной тихоход - ной ступенью	7,1...50	u ред / u Т	0,88 Ö u ред
Двухступенчатый цилиндрический соосный: а) с внешним зацеплением; б) с внутренним зацеплением тихоходной ступени		12,5...31,5 12,5...25	7,1...50 7,1...40	u ред / u Т 2 Ö u ред	0,9 Ö u ред u ред / u Б
Двухступенчатый цилиндрический многопоточный		Аналогично двухступенчатому цилиндрическому соосному редуктору

Окончание табл.3

Тип	Схема	u ред	u Б	u Т
редуктора	редуктора	рекомендуемые	предельные
Двухступенчатый коническо - цилиндрический		12,5...20	6,3...40	u ред / u Т	0,63 Ö u ред2; 2 Ö u ред - 1 - пользоваться той формулой, по кото-рой получается u Б ³ u Т
Двухступенчатый червячный		250...2500	63...4000	u Б = u Т должно соответ-ствовать ГОСТ 2144-93	Ö u ред должно соответст-вовать ГОСТ 2144-93
Двухступенчатый цилиндро - червячный		31,5...125	16...200	1,6...3,15	u ред / u Б 8 £ u Т £ 63 должно соответство-вать ГОСТ 2144-93
Двухступенчатый червячно - цилиндрический		---	25...400	u ред £ 50 u Б = 8 u ред > 50 u Б = u ред / u Т - должно соответствовать ГОСТ 2144-93	u ред / u Б; u Т = 4...6,3
Двухступенчатый планетарный, 2К - Н		---	10...125	Если u ред £ 25, то u Б = 4, u Т = u ред./ 4. Если u ред = 25...63, то u Б = u ред / 6,3; u Т = 6,3; Если u ред > 63, то u Б = 10, u Т = u ред / 10.

Допускаемое отклонение общего передаточного числа:

D u ₀ = (u ¢₀ - u ₀)×100% / u ¢₀ £ [±4%], (7)

где u ¢₀ - общее передаточное число, требуемое по заданным частотам вращения; u ₀ - окончательное общее передаточное число после разбивки по ступеням и округлений.

5. ЧАСТОТЫ ВРАЩЕНИЯ И МОМЕНТЫ НА ВАЛАХ

Частота вращения i -го вала (i = 1, 2. 3... n; i = 1 - вал двигателя; i = n -вал рабочего органа):

n_i = n ₁ / u _{1- i}, (8)

где u _{1- i} - передаточное число между первым и i -м валами.

Вращающий момент i -го вала:

Т_i = T _р.о / (u_n-i h _n-i), (9)

где u_n-i, h _n-i - соответственно передаточное число и КПД между n -м (рабочего органа) и i -м валами;

Т _р.о = F _р.о d / 2000 - номинальный момент рабочего органа.

6. ПРИМЕРЫ РАСЧЕТА

6.1. Общая часть для всех примеров

6.1.1. Условиязадания: выполнить кинематический и энергетический

расчеты привода транспортера по следующим исходным данным:

1)

окружное усилие рабочего органа F, Н.

В примерах 1,3 рабочий орган - тяговые

цепи; в примере 2 - лента;

2) скорость рабочего органа v, м/c;

3) число зубьев тяговой звездочки z, шаг тяговой цепи Р, мм, (примеры 1,3) или диаметр приводного барабана d (пример 2);

4) циклограмма (график) нагружения - на рис.9.

:Рис.9. График нагружения

6.1.2. Электродвигатели серии АИР имеют следующие синхронные часто

ты вращения:

n _c = 3000; 1500; 1000; 750 мин^-1.

6.1.3. Реализовать общее передаточное число u ¢₀ и условия компоновки можно в различных вариантах схем привода. Это зависит от конкретного набора передач (каждая ограничена по u). В приведенных ниже примерах рассмотрен только один из возможных вариантов кинематической схемы для данного привода.

Стрелками на схемах указано направление вращения валов.

6.1.4. Коэффициент приведения заданного графиком нагружения (рис.9)

переменного режима к эквивалентному постоянному определяется по формуле (2):

К_Е = Ö 1²×0,6 + 0,6²×0,3 + 0,2²×0,1 = 0,844.

6.1.5. Описание определяемых параметров дано в примере 1. Цифры,

указывающие в решении на порядок действия, - одни и те же во всех примерах.

6.2. Пример 1

Привод к цепному транспортеру.

Дано: F = 8 кН; v = 0,35 м/с; z = 11; P = 125 мм.

Решение

1. Диаметр делительной окружности звездочек по формуле (6)

d _¶ = P / sin(180⁰/ z) = 125 / sin(180⁰/11) = 443,7 мм.

2. Частота вращения тяговых звездочек по формуле (5)

n¢_зв = 6×10⁴ v / (p d _¶) = 6×10⁴×0,35 / (p×443,7) = 15,07 мин^-1.

3. Ожидаемые (теоретические) общие передаточные числа привода:

u ¢₀ = n _c / n ¢_зв = 199,07; 99,54; 66,36; 49,77,

где n _c - см. п.6.1.2..

4. Кинематическая схема

Обозначено: 1 - электродвигатель; 2 - муфта; 3 - редуктор цилиндрический двух- ступенчатый соосный (Ц2С): 4 - быстроходная ступень редуктора 5 - тихоходная ступень редуктора; 6 - приводная цепная передача; 7 - тяговые звездочки транспортера; 8 - тяговые цепи.

Рис. 10. Кинематическая схема

5. КПД привода

h₀ = h₁h₂²h₃h₄ = 0,98×0,97²×0,93×0,99 = 0,85,

где (табл.1) h₁ = 0,98 - КПД муфты;

h₂ = 0,97 - КПД цилиндрической ступени редуктора (в квадрате,

так как две ступени);

h₃ = 0,93 - КПД цепной передачи;

h₄ = 0,99 - КПД пары подшипников качения вала тяговых звездочек.

6. Эквивалентный вращающий момент тяговых звездочек

Т_Е = К_Е Т _nom,

где Т _nom = Fd _¶ / 2000 = 8000×443.7 / 2000 = 1775 Н.м -

номинальный длительный момент тяговых звездочек;

К_Е - коэффициент приведения (п.6.1.4),

Т_Е = 0,844×1775 = 1498 Н.м.

7. Потребная мощность двигателя по формуле (1)

Р ¢_дв = T_En ¢_зв / (9550h₀) = 1498×15,07 / (9550×0,85) = 2,78 кВт.

8. Из табл. П1 и П2 (приложение) выбираем электродвигатели исполнения IM 1081 (на лапах) ближайшей большей мощности:

Марка двигателя	Р дв , кВт	n дв ,мин-1	Т пуск/ T	T max/ T	Масса, кг
АИР 90 L 2У3	3,0		2,0	2,2
АИР 100 S 4У3	3,0		2,0	2,2
АИР 112 МА 6У3	3,0		2,0	2,2
АИР 112 МВ 8У3	3,0		1,8	2,2	48,5

Выбранные двигатели удовлетворяют условиям пуска: (Т _пуск / Т) > 1,6

(рис.9). Согласно схеме (рис.10) валы двигателей должны иметь левое вращение.

9. Общие передаточные числа привода u ¢₀ = n _дв / n ¢_зв и разбивка их по ступеням передач для 4-х вариантов двигателей представлены в табл.5.

Таблица 5

Ва ри ан	Двига-тель	u ¢0	u ¢п	u ред	u ¢Б	u ¢T	u Б	u T	u ред	u п	u 0	D u 0%
	90 L 2	189,12	3,78		7,86	6,36		6,3	50,4	3,75		0,06
	100 S 4	93,56	2,97	31,5	6,24	5,05	6,3		31,5		94,5	-1,0
	112 MA 6	63,04		31,5	6,24	5,05	6,3		31,5			0,06
	112 MB 8	46,45	1,47	31,5	6,24	5,05	6,3		31,5	1,5	47,2	-1,7
Примечания. 1. По табл.3 u ред Ц2С лежит в пределах от 7,1 до 50; по табл.2 u цепной передачи - 1,5....4 2. Для вариантов 2, 3 и 4 u ¢ред принято 31,5 и фиксировано, чтобы получить рекомендуемые u ц.п = 1,5...3, а также большую определенность при сравнительном анализе вариантов. 3. В редукторе: u ¢Т = 0,9 Ö u ред (табл.3); u Б и u Т округлены по ряду предпочтительных чисел R 20. 4. Погрешность D u 0 была определена по формуле (7) и составила менее допустимых ± 4%.

10.Частоты вращения n, мин^-1, по формуле (8) и моменты на валах

Т_i, Н.м, по формуле (9) (номера валов - см. рис.10) приведены в табл.6.

Таблица 6

Ва	Вал звездо-	Р е д у к т о р
ри	чек (V вал)	IV вал	III вал
ан	n 5	T 5	u 1-4	n 4	u 5-4	h5-4	T 4	u 1-3	n 3	u 5-3	h5-3	T 3
	15,08		50,4	56,55	3,75	0,92			356,3	23,63	0,89	84,4
	14,92		31,5	44,76		0,92		6,3	223,8		0,89
	15,08		31,5	30,16		0,92		6,3	150,8		0,89
	14,81		31,5	22,22	1,5	0,92		6,3	111,1	7,5	0,89

Окончание табл.6

Ва	Р е д у к т о р	Вал двигателя
ри	II вал	(I вал)
ан	u 1-2	n 2	u 5-2	h5-2	T 2	u 5-1	n 1	h5-1	T 1
1				0,87	10,8			0,85
			94,5	0,87	21,6	94,5		0,85	22,1
				0,87	32,4			0,85	33,1
			47,25	0,87	43,2	47,25		0,85	44,2

6.3. Пример 2

Привод к ленточному конвейеру

Дано: F = 2,5 кН; v = 0,63 м/c; d = 400 мм.

Решение

Порядок действий и описание параметров см. в примере 1 (п.6,1).

1. Диаметр приводного барабана задан: d = 400 мм.

2. n ¢_б= 6×10⁴×0,63 / (p×400) = 30,08 мин^-1.

3. u ¢₀= 99,73; 49,87; 33,24; 24,93.

4. Кинематическая схема

Обозначено: 1 - электродвигатель; 2 - клиноременная передача; 3 - редуктор Ц2рБ (с раздвоенной быстроходной ступенью; 4 - быстроходная ступень; 5 - тихоходная ступень; 6- муфта; 7- приводной барабан; 8- лента конвейера.

Рис. 11. Кинематическая схема

5. h₀ = h₁h₂²h₃h₄ = 0,95×0,97²×0,98×0,99 = 0,87,

где (табл.1) h₁ = 0,95 - КПД ременной передачи;

h₂ = 0,97 - КПД цилиндрической ступени редуктора (в квадрате,

так как две ступени). Раздвоение быстроходной ступени (введением еще h₂, т.е. h₂³) учитывать не следует, поскольку при стендовых измерениях КПД испытывается полная, не раздвоенная передача шириной b = 2 b _рБ, где b _арб - ширина колес раздвоенной половины ступени;

h₃ = 0,98 - КПД муфты;

h₄ = 0,99 - КПД пары подшипников качения вала барабана.

6. T _om = FD / 2000 = 2500×400 / 2000 = 500 Н.м; T_E = 0,844×500 = 422Н.м

7. Р ¢_дв = 422×30,08 / (9550×0,87) = 1,53 кВт.

8.

Марка двигателя	Р дв, кВт	n дв, мин-1	Т пуск/ T	T max/ T	Масса, кг
АИР 80 А 2У3	1,5		2,2	2,6	12,4
АИР 80 B 4У3	1,5		2,2	2,4	13,5
АИР 90 L 6У3	1,5		2,0	2,2
АИР 100 L 8У3	1,5		1,6	2,0	23,5

Превышение Р ¢_дв над Р _дв составляет 2% < [5%], что допустимо.

Двигатели удовлетворяют условиям пуска, так как (Т _пуск./ Т)_дв.³ 1,6.

Вал двигателя должен иметь правое вращение.

9. Таблица 7.

Ва ри ан	Двига-тель	u ¢0	u ¢п	u ред	u ¢Б	u ¢T	u Б	u T	u ред	u п	u 0	D u 0 %
	80 А 2	94,75	3,01	31,5	6,38	4,94	6,3		31,5		94,5	0,3
	80 B 4	46,38	1,86		5,68	4,4	5,6	4,5	25,2	1,8	45,36	2,2
	90 L 6	30,75	1,54		5,08	3,94				1,5		2,4
	100 L 8	23,44	1,47		4,55	3,52	4,5	3,55	15,98	1,5	23,97	- 2.1
Примечания. 1. По табл.3 u ред Ц2рБ равно 7,1...50; по табл.2 u ременной передачи - 2...5 (рекомендуе-мое u = 2...3). 2. В редукторе: u ¢Т = 0,88 Ö u ред (табл.3).

10. Таблица 8

Ва	Вал барабана	Р е д у к т о р
ри	(V вал)	IV вал	III вал
ант	n 5	T 5	u 1-4	n 4	u 5-4	h5-4	T 4	u 1-3	n 3	u 5-3	h5-3	T 3
	30,16		94,5	30,16		0,97		18,9	150,8		0,94
	30,75		45,36	30,75		0,97		10,08	138,4	4,5	0,94
	30,83			30,83		0,97		7,5	123,3		0,94
	29,4		23,97	29,4		0,97		6,75	104,4	3,55	0,94

Окончание табл.8

Ва	Р е д у к т о р	Вал двигателя
ри	II вал	(I вал)
ант	u 1-2	n 2	u 5-2	h5-2	T 2	u 5-1	n 1	h5-1	T 1
			31,5	0,91	17,4	94,5		0,87	6,08
	1,8		25,2	0,91	21,8	45,36		0,87	12,7
	1,5	616,7		0,91	27,5			0,87	19,1
	1,5		15,98	0,91	34,4	23,97		0,87

6.3. Пример 3

Привод цепного конвейера

Дано: F = 12 кН; v = 0,2 м/c; z = 8; P = 160 мм.

График нагружения не задан.

Решение

Порядок действий и описание параметров см. в примере 1 (п.6.1).

1. d _¶ = 160 / sin(180⁰/ 8) = 418,1 мм.

2. n ¢_зв = 6×10⁴×0,2 / (p×418,1) = 9,14 мин^-1.

3. u ¢₀ = 328,23; 164,11; 109,41; 82,06.

4. Направление вращения валов показано на рис.12 стрелками.

Обозначено: 1 - двигатель; 2- муфта: 3- редуктор ЦЧ; 4- быстроходная цилиндрическая ступень редуктора; 5- тихоходная червячная ступень редуктора; 6- приводная цепная передача; 7- тяговая звездочка; 8- тяговая цепь.

Рис.12. Кинематическая схема

5. h₀ = h₁h₂h₃h₄h₅ = 0,98×0,97×0,75×0,93×0,99 = 0,66,

где (табл.1) h₁ = 0,98 - КПД муфты;

h₂ = 0,97 - КПД цилиндрической ступени редуктора;

h₃ = 0,75 - КПД червячной ступени;

h₄ = 0,93 - КПД цепной передачи;

h₅ = 0,99 - КПД пары подшипников качения вала тяговой звездочки

6. Т _nom = 12000×418,1 / 2000 = 2509 Н.м.

Так как график нагрузки не задан, то считаем режим работы - длительный постоянный: К_Е = 1,0 и Т_Е = Т _nom.

7. P ¢_дв = 2509×9,14 / (9550×0,66) = 3,64 кВт.

8.

Марка двигателя	Р дв, кВт	n дв, мин-1	Т пуск/ T	T max/ T	Масса, кг
АИР 100 S 2У3	4,0		2,0	2,4	29,6
АИР 100 L 4У3	4,0		2,1	2,4	32,5
АИР 112 MB 6У3	4,0		2,0	2,2
АИР 132 S 8У3	4,0		1,8	2,2	56,5

Двигатели удовлетворяют условиям пуска: (Т _пуск./ Т)_дв > 1,6. Вал двигателя должен иметь правое вращение.

9. Таблица 9.

Ва ри ан	Двига-тель	u ¢0	u ¢п	u ред	u ¢Б	u ¢T	u Б	u T	u ред	u п	u 0	D u 0 %
	100 S 2	311,82	2,49		2,5		2,5			2,5	312,5	-0,2
	100 L 4	154,27	1,54		2,5		2,5			1,6		-3,7
	112 MB 6	103,94	1,65			31,5		31,5		1,6	100,8
	132 S 8	78,77	1,58							1,6		-1,56
Примечания. 1. По табл.3 u ред ЦЧ равно 16...200 (рекомендуемое 31,5...125); по табл.2 u цепной передачи - 1,5...4 (рекомендуемое u до 3-х). 2. В редукторе: u Б = 1,6...3,15 (табл.3); u T £ 63 - должно соответствовать ГОСТ 2144-93.

10. Таблица 10

Ва	Вал звездочки	Р е д у к т о р
ри	(V вал)	IV вал	III вал
ант	n 5	T 5	u 1-4	n 4	u 5-4	h5-4	T 4	u 1-3	n 3	u 5-3	h5-3	T 3
	9,12			22,8	2,5	0,92		2,5			0,69	29,1
	8,82			14,1	1,6	0,92		2,5			0,69	56,8
	9,43			15,08	1,6	0,92				50,4	0,69	72,1
	9,0			14,4	1,6	0,92					0,69	90,9

Окончание табл.10

Ва	Р е д у к т о р	Вал двигателя
ри	II вал	(I вал)
ант	u 1-2	n 2	u 5-2	h5-2	T 2	u 5-1	n 1	h5-1	T 1
			312,5	0,67		312,5		0,66	12,2
				0,67	23,4			0,66	23,8
			100,8	0,67	37,2	100,8		0,66	37,7
	1`			0,67	46,8			0,66	47,5

Пример расчета привода, содержащего коническо-цилиндрический редуктор (КЦ) и клиноременную передачу см. в [6, c.7].

7. ПРИВОД С КОРОБКОЙ СКОРОСТЕЙ

В коробках скоростей различные частоты вращения выходного вала получаются в результате зацепления различных пар зубчатых колес. Ряд частот

вращения выходного вала обычно составляет геометрическую прогрессию со знаменателем j:

n ₂ = n ₁j; n ₃ = n ₂j = n ₁j² ... n_j = n_{j -1}j = n ₁j ^{j -1}.

Стандартные значения j: 1,12; 1,25; 1,4; 1,6; 1,8; 2.

Разбивку u₀ в приводах с коробкой скоростей следует производить для наименьшей частоты вращения выходного вала.

При этом u ₁ = u _max = n _дв / n _min.

Передаточные числа последовательно зацепляемых пар колес на остальных ступенях получают как u ₂ = u ₁ / j; u ₃ = u ₁ / j²... u_j = u ₁ / j ^{j -1}.

Предельные значения передаточного отношения передвижных колес коробки скоростей 0,5 £ u_j £ 4. Чтобы выбрать более крупный модуль зубьев, а также получить диаметры шестерен, достаточно большие по отношению к диаметру вала, для передвижных колес следует принимать u £ 2,5.

Пример разбивки общего передаточного числа для привода с коробкой скоростей

Для привода (рис.13), состоящего из 3-скоростной коробки скоростей и конического редуктора, заданы:

мощность двигателя АИР112 М 4У3 Р _дв = 5,5 кВт и частота вращения n _дв = 1430 мин^-1; минимальная частота вращения выходного вала редуктора

n _р.min = 200 мин^-1; знаменатель ряда скоростей j = 1,25.

Обозначено; 1- электродвигатель; 2- муфта; 3- коробка скоростей 4- редуктор конический

Рис.13. Схема привода с коробкой скоростей

Решение

1. Наибольшее общее передаточное число привода

u _0max = n _дв / n _p.min = 1430 / 200 = 7,15.

2. Принимаем наибольшее передаточное число при включении ступени «а» (рис.13) коробки u ₁ = 2,24 (по ряду чисел R a20).

Тогда передаточное число редуктора u _ред = u _0max / u ₁ = 7,15 / 2,24 = 3,19, что в пределах рекомендаций. По ГОСТ 12289-76 (для конической передачи) уточняем u _ред = 3,15. Отсюда u ₁ = 7,15 / 3,15 = 2,27.

3. Передаточное число зацепления «б»

u ₂ = u ₁ / j = 2,27 / 1,25 = 1,82;

передаточное число зацепления «в»

u ₃ = u ₁ / j² = 2,27 / 1,25² = 1,45.

4. КПД на выходном валу III коробки скоростей

h_III = h₁×h₂ = 0,97×0,98 = 0,95,

где h₁ = 0,97 - КПД цилиндрической ступени «а» с учетом потерь в

подшипниках;

h₂ = 0,98 - КПД муфты.

КПД на выходном валу V редуктора

h_V = h_IIIh₂h_р = 0,95×0,98×0,96 = 0,89,

где h_р = 0,96 - КПД конического редуктора.

5. Наибольший момент на выходном валу III коробки скоростей при зацеплении «а»

Т ₃ = 9550 Р _двh_III / n ₃ = 9550 P _дв u ₁h_III / n _дв =

9550×5,5×2,27×0,95 / 1430 = 79,2 Н.м;

наибольший момент на выходном валу V редуктора

Т ₅ = Т ₃ u _редh_V = 79,2×3,15×0,89 = 222 H.м.

Расчет на прочность коробки скоростей следует вести по моменту Т ₃; редуктора - по моменту Т ₅.

Расчет привода, включающего вариатор, см. в [6,c.25].

8. ЛИТЕРАТУРА

1.Спиваковский А.О., Дьячков В.К. Транспортирующие машины.- М.: Машиностроение, 1983.

2. Курсовое проектирование деталей машин / В.Н.Кудрявцев и др. - Л.: Машиностроение, Ленингр.отд-ние, 1983.

3. Двигатели переменного тока мощностью 0,06 до 100 кВт единых серий. Сводный отраслевой каталог / Информэлектро.- М.: Информэлектро, 1993.

4. Дунаев П.Ф., Леликов О.П. Конструирование узлов и деталей машин: 5-е изд. - М.: Высш. шк., 1998.

5. Проектирование механических передач / С.А.Чернавский и др.- М.: Машиностроение, 1984.

6. Энергетический и кинематический расчеты приводов: Метод. указания по курсу «Детали машин и основы конструирования».- 3-е изд. / ННПИ; Сост.А.А.Ульянов.- Н.Новгород, 1991.