Расчет основных параметров механизма двухступенчатого электромеханического привода

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

двухступенчатый электромеханический привод

Общественное питание является одной из быстроразвивающихся отраслей в условиях рыночной экономики. Эффективное развитие отрасли невозможно без использования новейших технологий и современного оборудования. Обслуживать это оборудование и внедрять новейшие технологии в общественном питании предстоит инженерам - технологам общественного питания.

Целью курсовой работы является расчет основных параметров механизма двухступенчатого электромеханического привода, а также закрепление и расширение теоретических знаний и практических навыков, полученных при изучении циклов дисциплин, предусмотренных основной образовательной программой подготовки.

Данная цель обусловила постановку следующих задач:

- анализ передач, составляющих двухступенчатого электромеханического привода: классификация и область применения конической и цилиндрической передач;

- изучение принципа действия, достоинства и недостатки передач;

- классификация механических передач, применяемых на предприятиях общественного питания;

- расчет основных параметров механизма, представляющего двухступенчатого механического привода от электродвигателя к исполнительному органу машины: подбор электродвигателя, определение общего передаточного числа привода; распределение передаточного числа привода по ступеням; определение расчетных параметров на валах.

1. Анализ передач, составляющих двухступенчатого электромеханического привода

1.1 Классификация, область применения конической и цилиндрической передач. Принцип действия. Достоинства и недостатки

Механической передачей называют устройство для передачи механического движения от двигателя к исполнительным органам машины. Может осуществляться с изменением значения и направления скорости движения, с преобразованием вида движения. Необходимость применения таких устройств обусловлена нецелесообразностью, а иногда и невозможностью непосредственного соединения рабочего органа машины с валом двигателя. Механизмы вращательного движения позволяют осуществить непрерывное и равномерное движение с наименьшими потерями энергии на преодоление трения и наименьшими инерционными нагрузками.

Механические передачи вращательного движения делятся:

- по способу передачи движения от ведущего звена к ведомому на передачи трением (фрикционные, ременные) и зацеплением (цепные, зубчатые, червячные);

- по соотношению скоростей ведущего и ведомого звеньев на замедляющие (редукторы) и ускоряющие (мультипликаторы);

- по взаимному расположению осей ведущего и ведомого валов на передачи с параллельными, пресекающимися и перекрещивающимися осями валов.

Замедляющие передачи получили большее распространение по сравнению с ускоряющими. Это объясняется тем, что скорости вращения валов двигателей различного вида, как правило, значительно выше скоростей валов рабочих машин. Более быстроходные двигатели имеют меньшие размеры по сравнению с тихоходными двигателями той же мощности, так как с увеличением частоты вращения уменьшаются силы и моменты, действующие на детали двигателя. Например, передавать вращение от быстроходной газовой турбины на вал несущего винта вертолета через специальную замедляющую зубчатую передачу (редуктор) значительно выгоднее, чем применять имеющий большие габаритные размеры и массу тихоходный двигатель, вал которого соединялся бы непосредственно с винтом. Из всех типов передач наиболее распространенными являются зубчатые.

В каждой передаче различают два основных вала: входной и выходной, или ведущий и ведомый. Между этими валами в многоступенчатых передачах располагаются промежуточные валы.

Основные характеристики передач:

- мощность Р₁ на входе и Р₂ на выходе, Вт; мощность может быть выражена через окружную силу Ft (Н) и окружную скорость V (м/с) колеса, шкива, барабана и т.п.:

Р = Ft?V;

- быстроходность, выражающаяся частотой вращения n₁ на входе и n₂ на выходе, мин^-1, или угловыми скоростями щ₁ и щ₂ , с^-1;

- передаточное отношение - отношение угловой скорости ведущего звена к угловой скорости ведомого звена:

,

при u > 1, n₁ > n₂ - передача понижающая, или редуктор,

при u < 1, n₁ < n₂ - передача повышающая, или мультипликатор;

- коэффициент полезного действия (КПД):

, или

где Рr - мощность, потерянная в передаче.

Одноступенчатые передачи имеют следующие КПД: фрикционные - 0,85…0,9; ременные - 0,90…0,95; зубчатые - 0,95…0,99; червячные - 0,7…0,9; цепные - 0,92…0,95;

- моменты на валах. Моменты Т₁ (Н·м) на ведущем и Т₂ на ведомом валах определяют по мощности (кВт) и частоте вращения (об./мин) или угловой скорости (с^-1):

, или ,

где .

Связь между вращающими моментами на ведущем Т₁ и ведомом Т₂ валах выражается через передаточное отношение u и КПД з:

Т₂ = Т₁ з u.

Зубчатой передачей называется трехзвенный механизм, в котором два подвижных звена являются зубчатыми колесами, или колесо и рейка с зубьями, образующими с неподвижным звеном (корпусом) вращательную или поступательную пару.

Зубчатой передачей называется механизм, служащий для передачи вращательного движения с одного вала на другой и изменения частоты вращения посредством зубчатых колес и реек.

Зубчатая передача состоит из двух колес, посредством которых они сцепляются между собой. Зубчатое колесо с меньшим числом зубьев называют шестерней, с большим числом зубьев - колесом.

Термин «зубчатое колесо» является общим. Параметрам шестерни приписывают индекс 1, а параметрам колеса - 2.

Зубчатые передачи представляют собой наиболее распространенный вид передач в современном машиностроении. Они очень надежны в работе, обеспечивают постоянство передаточного числа, компактны, имеют высокий КПД, просты в эксплуатации, долговечны и могут передавать любую мощность (до 36 тыс. кВт).

Основными преимуществами зубчатых передач являются:

- постоянство передаточного числа (отсутствие проскальзывания);

- компактность по сравнению с фрикционными и ременными передачами;

- высокий КПД (до 0,97…0,98 в одной ступени);

- большая долговечность и надежность в работе (например, для редукторов общего применения установлен ресурс ~ 30 000 ч);

- возможность применения в широком диапазоне скоростей (до 150 м/с), мощностей (до десятков тысяч кВт).

Недостатки:

- шум при высоких скоростях;

- невозможность бесступенчатого изменения передаточного числа;

- необходимость высокой точности изготовления и монтажа;

- незащищенность от перегрузок;

- наличие вибраций, которые возникают в результате неточного изготовления и неточной сборки передач.

В связи с разнообразием условий эксплуатации формы элементов зубчатых зацеплений и конструкции передач весьма разнообразны.

Зубчатые передачи классифицируются по следующим признакам:

1. По взаимному расположению осей колес: с параллельными осями (цилиндрическая передача - рис. 1, I - IV); с пересекающимися осями (коническая передача - рис. 1, V, VI); со скрещивающимися осями (винтовая передача - рис. 1, VII; червячная передача - рис. 1, VIII).

2. В зависимости от относительного вращения колес и расположения зубьев различают передачи с внешним и внутренним зацеплением. В первом случае (рис. 1, I-III) вращение колес происходит в противоположных направлениях, во втором (рис. 1, IV) - в одном направлении. Реечная передача (рис. 1, IX) служит для преобразования вращательного движения в поступательное.

3. По форме профиля различают зубья эвольвентные (рис. 1, I, II) и неэвольвентные, например цилиндрическая передача Новикова, зубья колес которой очерчены дугами окружности.

4. В зависимости от расположения теоретической линии зуба различают колеса с прямыми зубьями (рис. 2, I), косыми (рис. 2, II), шевронными (рис. 2, III) и винтовыми (рис. 2, IV). В непрямозубых передачах возрастает плавность работы, уменьшается износ и шум. Благодаря этому непрямозубые передачи большей частью применяют в установках, требующих высоких окружных скоростей и передачи больших мощностей.

5. По конструктивному оформлению различают закрытые передачи, размещенные в специальном непроницаемом корпусе и обеспеченные постоянной смазкой из масляной ванны, и открытые, работающие без смазки или периодически смазываемые консистентными смазками (рис. 3).

6. По величине окружной скорости различают: тихоходные передачи (v равной до 3 м/с), среднескоростные (v равной от 3… 15 м/с) и быстроходные (v более 15 м/с).



Рис. 1. Классификация зубчатых передач

Рис. 2.



Рис. 3.

Зубчатые передачи эвольвентного профиля широко распространены во всех отраслях машиностроения и приборостроения. Они применяются в исключительно широком диапазоне условий работы. Мощности, передаваемые зубчатыми передачами, изменяются от ничтожно малых (приборы, часовые механизмы) до многих тысяч кВт (редукторы авиационных двигателей). Наибольшее распространение имеют передачи с цилиндрическими колесами, как наиболее простые в изготовлении и эксплуатации, надежные и малогабаритные. Конические, винтовые и червячные передачи применяют лишь в тех случаях, когда это необходимо по условиям компоновки машины.

Рис. 2. Зубчатые передачи

1.2 Схема привода. Основные элементы. Их назначение

Схема привода из конической и цилиндрической передач (из вариантов заданий - первая цифра шифра).

Рис.1

1 - электродвигатель;

коническая передача (быстроходная)

2 - шестерня коническая;

3 - колесо коническое;

цилиндрическая передача (тихоходная)

4 - шестерня цилиндрическая;

5 - колесо цилиндрическая (Z₁ и Z₂ - числа зубьев на колесах);

I, II, III - входной, промежуточный и выходной валы приводного механизма.

1.3 Исходные данные к расчету электромеханического привода

В ходе курсовой работы необходимо выполнить кинематический и мощностной расчеты двухступенчатого электромеханического привода №411.

Исходные данные:

Р₃=2 КВт (Таблица 1, вторая цифра шифра) - мощность на выходном валу;

n₃=90 об/мин (Таблица 2, третья цифра шифра для схемы 4) - частота вращения выходного вала.

2. Расчет основных параметров механизма

2.1 Подбор электродвигателя, определение общего передаточного числа привода

1. Определение потребной мощности электродвигателя:

а) определяем общий КПД привода з₀ через возможные значения КПД его ступеней по формуле (1). Для двухступенчатого привода:

з₀=з₁*з₂,(1)

здесь з₁ - КПД конической передачи (быстроходная), з₂ - КПД цилиндрической передачи (тихоходная). Из приложения 2 назначаем возможный КПД для червячной и цилиндрической передач.

з₁ = 0,96 з₂ = 0,97

тогда з₀ = з₁ * з₂ = 0,96 * 0,97 = 0,93

б) определяем потребную мощность электродвигателя Р^*_Д, которая зависит от требуемой мощности исполнительного органа машины Р₃ по формуле (2):

Р^*_д = , (2)

Р₃ - мощность на выходном валу задана.

Тогда Р^*_д = == 2,15 (КВт)

2. Предварительное назначение типа электродвигателя

Двигатель является одним из основных элементов привода. От типа двигателя, его мощности, частоты вращения и пр. зависит конструктивная и эксплуатационная характеристики рабочей машины и ее привода.

Предварительное назначение типа электродвигателя осуществляется по номинальной мощности двигателя, исходя из условия Р_{д норм} ? Р^*_д.

Условию Р_{д норм} ? Р^*_д = 2,15 (КВт) соответствуют 7 двигателей

Первый с Р_{д норм} = 2,2 (КВт) ? Р^*_д = 2,15 (КВт).

Второй с Р_{д норм} = 3,0 (КВт) ? Р^*_д = 2,15 (КВт).

Третий с Р_{д норм} = 4,0 (КВт) ? Р^*_д = 2,15 (КВт).

Четвертый с Р_{д норм} = 5,5 (КВт) ? Р^*_д = 2,15 (КВт).

Пятый с Р_{д норм} = 7,5 (КВт) ? Р^*_д = 2,15 (КВт).

Шестой с Р_{д норм} = 11 (КВт) ? Р^*_д = 2,15 (КВт).

Седьмой с Р_{д норм} = 15 (КВт) ? Р^*_д = 2,15 (КВт).

В случае применения первого двигателя он будет работать с небольшой перегрузкой (<5%), что допустимо, в то время как остальные двигатели обладают более высоким запасом мощности, и соответственно, имеют большие габариты и вес. Поэтому в нашем случае предпочтительно применить первый двигатель с Р_{д норм} = 2,2 (КВт). В этом случае размеры привода будут небольшими, а перегрузка допустимой.

Каждому значению Р_{д норм} соответсвует не один, а четыре типа двигателей с различными частотами вращений. Заносим данные из приложения 1 в таблицу 1.

Таблица 1. Расчет привода

Двигатель	Мощность Рд норм (КВт)	Тип	nд об/мин	uпр	u0 min… u0 max
1	2	3	4	5	6
1	2,2	4АМ80В2У	2850	31,7	6…39,76
2	2,2	4АМ90L4У	1425	15,83	u0 ср=22,88
3	2,2	4АМ100L6УЗ	950	10,6
4	2,2	4АМ112МА8УЗ	700	7,8

3. Определение потребного передаточного отношения привода u_пр.

По формуле (3) определяем передаточное число привода для каждого двигателя:

u_пр = , (3)

здесь n_д - из таблицы 1 графа 4,

n₃ - задано.

Тогда u_пр1 ==31,7

u_пр2 ==15,83

u_пр3 ==10,6

u_пр4 ==7,8

4. Определение возможного передаточного числа привода и окончательный выбор электродвигателя.

Требуемая частота вращения двигателя зависит от частоты вращения приводного вала машины и структурной схемы привода, определяющей возможный диапазон реализуемых передаточных чисел.

Для заданной схемы определяем общее передаточное число привода через рекомендуемые значения передаточных чисел его ступеней по формуле (4):

u_o = u₁ u₂ (4)

Здесь u₁ и u₂ - передаточные числа быстороходной и тихоходной ступеней, определяются по рекомендации (см. Приложение 3). Согласно формуле (4) для каждой конкретной передачи имеем:

Итог заносим в графу 6 таблицы 1.

Для того, чтобы габариты передач не были чрезмерно большими с одной стороны и реализация двухступенчатой схемы привода была обоснована с другой, для окончательного выбора электродвигателя целесообразно найти некоторое среднее значение рекомендуемого общего передаточного числа u_{0 ср} и сравнить его с u_пр по формуле(5).

Здесь u_{0 ср} 0,5(u_0min + u_0max)(5)

Тогда u_{0 ср} 0,5 (u_0min + u_0max) = 0,5 (6+39,76) = 22,88.

Ближайшее к u_0ср значение передаточного числа привода u_пр= 31,7. Кроме того, u_пр с последующими электродвигателями перекрываются возможностями одной конической передачи (вторая ступень не нужна). Поэтому для данной схемы привода их применение не целесообразно.

Итог первого этапа: выбираем электродвигатель №1 Р_{д норм}=2,2 (КВт), тип 4АМ80В2У, =2850 об/мин, u_пр= 31,7 = u₀.

2.2 Распределение передаточного числа привода по ступеням

Правильное распределение должно обеспечивать компактность каждой ступени привода и соразмерность ее элементов.

Находим u₁ и u_2. Поскольку передачи независимые (не в одном корпусе), то передаточные числа назначаем согласно рекомендуемого диапазона (Приложение 3), задавая u₂ стандартные значения. Значение u₁ определяем из формулы (6), которое должно также соответствовать рекомендуемому диапазону (Приложение 3).

(6)

Дополнительные условия:

1. При u₂ - цилиндрической, а u₁ - ременной, цепной или конической, предпочтительно u₂ > u₁. 2. Для двухступенчатого цилиндрического привода предпочтительно u₁ > u₂. 3. Для u₁ червячной, u₁ = 16 ... 35,5.

Исходя из формулы (6), задаем рекомендуемые значения u₂. Согласно приложения 3 они будут иметь следующие значения:

Таблица

	Стандартное значение u2
1	u2max = 5	u1min = 6,34
2	4,5	7
3	3,55	8,93
4	3,15	10,01
5	2,5	12,68
6	u2min = 2	u1max = 15,85

С учетом дополнительных условий и при отклонении u₁ от стандартного не более 4%, предпочтителен вариант 2, для которого u₁= 7 (стандартное значение - 7,1), u₂ = 4,5.

Итог второго этапа: принимаем в качестве окончательных значений передаточных чисел для ступеней:

Таблица

Быстроходная (коническая)	u1 = 7
Тихоходная (цилиндрическая)	u2 = 4,5
Общее	u0 = 31,5

2.3 Определение расчетных параметров на валах

1. Мощности на валах (КВт):

Р₁ = Р_д = 2,15 (КВт)

Р₂ = Р₁*з₁ = 2,15*0,96=2,06 (КВт)

Р₃ = Р₂*з₂ = 2*0,97 = 2 = Р_зад (КВт)

2. Частота вращения валов (об/мин):

n₁ = n_дв= 2850 (об/мин); n₂ = ==407 (об/мин);

n₃ ===90(об/мин) = соответствует заданному значению n_3зад (n₃=90 об/мин).

3. Крутящие моменты на валах (нм):

Т₁ = 9550 (нм);

Т₂ = Т₁ u_{1 1} = 7,2 * 7 * 0,96 = 48,38 (нм);

Т₃ = Т₂ u_{2 2} = 48,38 * 4,5 * 0,97 = 211,18 (нм).

Все основные параметры механизма двухступенчатого привода рассчитаны и сведены в итоговую таблицу 2 основных параметров.

Заключение

В результате выполнения произведен расчет основных параметров двухступенчатого электромеханического привода, способствующий достижению основной цели работы - освоение методики, развитию и закреплению навыков расчета основных параметров механизмов. Полученная таблица 2 расчетных параметров является банком исходных данных для последующих расчетов передач, валов, подбора подшипников, муфт, корпусных деталей.

Список литературы

1. Иванов М.Н., Финогенов В.А. Детали машин. - М.: Высшая школа, 2006. - 406 с.

2. Методические указания для выполнения курсовой работы по дисциплине «детали машин». Автономная некоммерческая организация высшего профессионального образования центросоюза российской федерации «российский университет кооперации» казанский кооперативный институт (филиал).

3. Иванов М.Н. Детали машин. Учебник для вузов. - М.: Высшая школа, 1976. - 399 с.

4. Клоков В.Г., Курбатова И.А. Детали машин. Проектирование узлов и деталей машин. Учебное пособие для выполнения курсового проекта. - М.: МГИУ, 2005. - 112 с.

5. Чернилевский Д.В. Детали машин: Проектирование приводов технологического оборудования. - М.: Академия, 2004. - 500 с.

6. Материаловедение и технология композиционных материалов: Учебник для вузов /Кобелев А.Г., Лысак В.И., Чернышев В.Н, Кузнецов Е.В. - М.: Интермет Инжиниринг, 2006. - 386 с.

7. Проектирование механических передач: Учебно-справочное

8. Пособие для втузов/ С.А. Чернавский, Г.А. Снесарев, Б.С. Козинцов и др. -

9. Основы технической механики: Учебник для технологических немашиностроительных специальностей/ М.С. Мовнин, А.Б. Израелит и др. - СПб.: Политехника, 2000. - 286 с.

10. Куклин Н.Г., Куклина Г.С., Житков В.К. Детали машин. М.: Высшая школа, 2007. - 406 с.: ил.

Приложение 1

Таблица 1 - Двигатели асинхронные короткозамкнутые трехфазные серии 4А общепромышленного применения; закрытые, обдуваемые. Технические данные

Номинальная мощность Рном. КВт	Синхронная частота вращения, об/мин
	3000	1500	1000	750
	Тип двигателя	Номин.частота nном об/мин	Тип двигателя	Номин.частота nном об/мин	Тип двигателя	Номин. частота nном об/мин	Тип двигателя	Ном. частота n номоб/мин
0, 25	4ААМ56В2УЗ	2760	4ААМ63А4УЗ	1370	4ААМ63В6УЗ	890	4АМ71В8УЗ	680
0, 37	4ААМ63А2УЗ	2740	4ААМ63В4УЗ	1365	4АМ71А6УЗ	910	4АМ80А8УЗ	675
0, 55	4ААМ63В2УЗ	2710	4АМ71А4УЗ	1390	4АМ71В6УЗ	900	4АМ80В8УЗ	700
0, 75	4АМ71А2УЗ	2840	4АМ71В4УЗ	1390	4АМ80А6УЗ	915	4АМ90LА8У	700
1, 1	4АМ71В2УЗ	2810	4АМ80А4УЗ	1420	4АМ80В6УЗ	920	4АМ90LВ8УЗ	700
1, 5	4АМ80А2УЗ	2850	4АМ80В4УЗ	1415	4АМ90L6УЗ	935	4АМ100L8УЗ	700
2, 2	4АМ80В2УЗ	2850	4АМ90L4У3	1425	4АМ100L6УЗ	950	4АМ112МА8УЗ	700
3, 0	4АМ90L2У3	2840	4АМ100S4У	1435	4АМ112МА6УЗ	955	4АМ112МВ8УЗ	700
4, 0	4АМ10082УЗ	2880	4АМ100L4УЗ	1430	4АМ112МВ6УЗ	950	4АМ132S8УЗ	720
5, 5	4АМ100L2УЗ	2880	4АМ112М4УЗ	1445	4АМ132S6УЗ	965	4АМ132М8УЗ	720
7, 5	4АМ112М2УЗ	2900	4АМ132S4УЗ	1455	4АМ132М6УЗ	970	4АМ160S8УЗ	730
11	4АМ132 М2У3	2900	4АМ132М4У3	1460	4АМ160S6У3	975	4АМ168М8У3	730
15	4АМ160S2У3	2940	4АМ160S4У3	1465	4АМ160М6У3	975	4АМ180М8У3	730

Примечания: Структура обозначения типоразмера двигателя 4--порядковый номер серии; А--вид двигателя-- асинхронный; А--станина и щиты двигателя алюминиевые (отсутствие знака означает, что станина и щиты чугунные или стальные); М--модернизированный; двух- или трехзначное число --высота оси вращения ротора; А, В--длина сердечника статора; L, S, М--установочный размер по длине станины, 2, 4, 6, 8--число полюсов, УЗ--климатическое исполнение и категория размещения (для работы в зонах с умеренным климатом) по ГОСТ 15150--69.

Таблица 2 - Значения КПД механических передач (без учета потерь в подшипниках)

Зубчатая:	Закрытая	Открытая
-цилиндрическая	0,96…0,97	0,93…0,95
- коническая	0,95…0,97	0,92…0,94
Червячная при передаточном числе u:
-свыше 30	0,70…0,75	0,70…0,75
-свыше 14 до 30	0,80…0,85	0,80…0,85
-свыше 8 до 14	0,85…0,95	0,85…0,95
Цепная:	0,95…0,97	0,90…0,93
Ременная:
-плоским ремнем		0,96…0,98
-клиновыми ремнями		0,95…0,97

Примечания: 1. Ориентировочные значения КПД закрытых передач в масляной ванне приведены для колес, выполненных по 8-й степени точности, а для открытых - по 9-й; при более точном выполнении колес КПД может быть повышен на 1...1,5%; при меньшей точности - соответственно понижен. 2. Для червячной передачи предварительное значение КПД принимают =0, 75...0, 85. После установления основных параметров передачи значение КПД следует уточнить. 3. Потери в подшипниках на трение оцениваются следующими коэффициентами: для одной пары подшипников качения = 0, 99...0, 995; 4. КПД муфты - 0, 98.

Приложение 2

Таблица. Рекомендуемые значения передаточных чисел

Закрытые зубчатые передачи (редукторы) одноступенчатые цилиндрические и конические (СТ СЭВ 221-75):
1-й ряд - 2,0; 2,5; 3,15; 4,0; 5,0; 6,3; 2-й ряд - 2,24; 2,8; 3,55; 4,5; 5,6; 7,1. Значения 1 - го ряда следует предпочитать значениям 2-го
Открытые зубчатые передачи: 3…7
Закрытые червячные передачи (редукторы) одноступенчатые для червяка с числом заходов Z =1; 2; 4 (ГОСТ2144-75): 1-й ряд - 10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 2-й ряд - 11,2; 14; 18; 22,4; 28; 35,5. . Значения 1 - го ряда следует предпочитать значениям 2-го. Рекомендуется применять 16…35,5.
Цепные передачи: 2…5
Ременные передачи (все типы): 2…4

Размещено на Allbest.ru

...