Проектирование электромеханического привода
Министерство образования
и науки Российской Федерации
Федеральное
государственное образовательное учреждение
высшего профессионального
образования
«Национальный
исследовательский технологический университет
«МИСиС»
Новотроицкий филиал
Факультет металлургических технологий
Кафедра ОМП
Тема курсового проекта
Проектирование
электромеханического привода
Студент группы М-10-32 специальность МЧМ
Егорова Анастасия
Руководитель курсового проекта:
ст. преп. Гавриш П.В.
Введение
Целью данного курсового проекта является проектирование
привода электрической лебедки на основании комплексного технического задания.
Привод включает в себя электродвигатель, соединенный при помощи открытой
клиноременной передачи с червячным одноступенчатым редуктором, который, в свою
очередь, при помощи муфты соединен с валом барабана. Редуктор, электродвигатель
и исполнительный механизм установлены на сварной раме.
В рамках данного курсового проекта проводится расчет и выбор
требуемого электродвигателя, проектный расчет редуктора, выбор муфт,
определение размеров основных элементов сварной рамы привода.
Электродвигатель, применяемый в приводе, является 3-х фазным
асинхронным.
Лебёдки - грузоподъемный механизм, который передаёт тяговое
усилие через канат, цепи или трос. Лебёдки применяются при производстве
погрузочно-разгрузочных, строительных, монтажных, ремонтных, складских работ и
т.д. Бывают ручные лебедки и электрические лебедки.
Лебедка, по нашему заданию, рассчитана на грузоподъёмность
350 кг, со скоростью подъема 0,23 м/с.
Эта лебедка с электрическим приводом от электродвигателя
через клиноременную передачу на червячный вал червячного редуктора.
Тихоходный вал червячного колеса, по средствам упругой муфты
с торообразной оболочкой, соединен с валом барабана лебедки, на которую
наматывается трос при подъеме и сматывается при опускании.
Барабан устанавливается на подшипники скольжения.
Электродвигатель, редуктор, опора барабана, согласно заданию,
должны быть смонтированы на одном основании.
Угол наклонна ременной передачи должен составлять 45◦.
Такие подъемные механизмы предназначены для подъёма и
опускания грузов в диапазоне от 50 до 350 кг.
.
Срок службы приводного устройства
ч;
срок службы привода, лет;
продолжительность смены, ч;
- число смен;
2. Кинематический и силовой расчет привода
.1 КПД редуктора
- потери в муфте;
- потери в подшипниках на трение;
- КПД открытой передачи;
- КПД закрытой передачи.
.2 Выбор электродвигателя
Требуемая мощность электродвигателя:
где - заданная мощность лебедки
кВт;
- КПД привода.
В качестве двигателя возьмем асинхронный электродвигатель, единой серии
общего назначения 4А по ГОСТ 7.1-76, с ближайшей номинальной мощностью , которой соответствуют четыре типа
электродвигателей с асинхронными частотами вращения 750,1000,1500 и 3000
об/мин. Выбираем электродвигатель типа 4АМ80В4У3 с асинхронной частотой
вращения .
.3 Передаточные числа элементов привода
Общее передаточное число привода:
где - заданная частота вращения барабана
лебедки
об/мин;
- асинхронная частота вращения вала электродвигателя.
Передаточное число редуктора определяется по формуле
где - передаточное число открытой передачи,
принимаем , получим
Принимаем стандартное
.4 Крутящие моменты на валах
Частоты вращения быстроходного и тихоходного валов редуктора равны соответственно:
Мощность на тех же валах:
Крутящие моменты на быстроходном и тихоходном валах редуктора:
3. Проектировочный расчет червячной передачи
.1 Материалы червяка и червячного колеса
По величине крутящего момента на тихоходном валу редуктора
выбираем материалы шестерни (индекс I) и колеса (индекс 2). Механические
характеристики представлены в табл.1.
Таблица 1 - Механические характеристики
Индекс колеса
|
Марка стали
ГОСТ
|
Термообработка
|
Твердость
|
Напряжения, МПа
|
Базовое число
циклов
|
|
|
|
|
sТ
|
sВ
|
sHP0
|
s0FP
|
sH max
|
sP max
|
N
|
1
|
40ХН
|
закалка
|
HRC51
|
1400
|
1600
|
890
|
320/240
|
3920
|
640/480
|
120
|
2
|
Сталь 50
|
закалка
|
HRC48
|
480
|
760
|
840
|
320/240
|
1340
|
640/480
|
70
|
Эквивалентные числа циклов контактных напряжений зубьев
шестерни Nне1 и колеса Nне2
не1=60∙nб∙t0∙cн
Nне2=60∙nт∙t0∙cн
где t0 = 9836,75 ч - расчетный срок службы
привода,
cн - параметр режима нагрузки по контактным
напряжениям, который для тяжелого режима равен cн =0,5.
не1 = 60 ∙ 471,6 ∙9836,75 ∙ 0,5 =
139170339 циклов;не2 = 60 ∙ 15,31 ∙9836,75 ∙ 0,5
=451801927 циклов.
Коэффициенты долговечности при расчете на контактную
выносливость
Для шестерни:
Для колеса:
,
КHL1=0,97;
КHL2=1,07;
Допускаемые контактные напряжения для шестерни [s]Н1 и колеса [s]Н2:
[s]Н01 =
σ˚нр1 КHL1 =890 0,97 = 863,3;
[s]Н02 =
σ˚нр2 КHL2 = 840 1,07 = 898,8;
Принимаем sНР = 863,3 МПа
3.2 Расчет закрытой червячной передачи редуктора
Определяем главный параметр - межосевое расстояние:
;
Полученное значение межосевого расстояния для нестандартных
передач округляем до ближайшего стандартного числа и принимаем мм;
Выбираем число витков червяка:
Выбор числа витков червяка зависит от передаточного числа
редуктора. Для принимаем ;
Определяем число зубьев червячного колеса:
Определяем модуль зацепления:
мм.
Применяем m=4;
Из условия жесткости определяем коэффициент диаметра червяка:
Чтобы червяк не был слишком тонким, q следует увеличивать с
уменьшением модуля: тонкие червяки получают большие прогибы, что нарушает
правильность зацепления.
Определяем коэффициент смещения инструмента х:
Определяем фактическое передаточное число :
;
Определяем фактическое значение межосевого расстояния:
мм
Определяем основные геометрические параметры передачи:
Параметры червяка
- делительный диаметр, мм
- начальный диаметр, мм
где x - коэффициент смещения инструмента.
- диаметр вершин, мм
- диаметр впадин, мм
- делительный угол подъема линии витка
где z1 - число заходов червяка
Длину нарезанной части червяка b1 вычисляют по формуле:
при ; при ,
.
Параметры червячного колеса
― делительный и совпадающий с ним начальный
диаметр, мм
где z2 ― число зубьев червячного колеса
- диаметр вершин, мм
- диаметр впадин, мм
- наибольший диаметр, мм
при z1=1…2 - ширина венца, мм
и - радиусы закругления зубьев, мм
- условный угол обхвата червяка венцом колеса,
.
Таблица 2- Параметры червячной передачи
Проектный
расчет
|
Параметр
|
Значение
|
Параметр
|
Значение
|
Межосевое
расстояние, aw
|
80
|
Ширина зубчатого
венца колеса, b2
|
28,4
|
Модуль
зацепления, m
|
4
|
Длина
нарезаемой части червяка, b1
|
39
|
Коэффициент
диаметра червяка, q
|
7,5
|
Диаметры
червяка: делительный, d1 начальный, dw1 вершин витков,
da1 впадин витков, df1
|
30 32 38 20,4
|
Делительный
угол витков червяка, γ
|
7,5
|
|
|
Угол обхвата
червяка венцом колеса, 2δ
|
92
|
Диаметры
колеса: делительный, d2=dw2 вершин зубьев, da2 впадин
зубьев, df2 наибольший, daм2
|
128 138 120,4
146
|
Число витков
червяка, z1
|
1
|
|
|
Число зубьев
колеса, z2
|
32
|
|
|
4. Проектировочный расчет открытой ременной передачи
Выбор сечения ремня:
где - мощность электродвигателя, кВт
- асинхронная частота вращения вала электродвигателя, об/мин
.
Согласно [3,стр 133] принимается клиновой ремень нормального
сечения О, число ремней - 1, - диаметр ведущего шкива.
Определяем диаметр ведомого шкива ,
5. Проектирование валов закрытой зубчатой передачи
.1 Предварительный расчет и конструирование валов
В качестве материалов валов выберем конструкционную сталь 35 по
ГОСТ 1050-74 [5, с. 74] со следующими механическими характеристиками: Ψτ
= 0.
Диаметры выходных участков тихоходного dТВ и
быстроходного dБВ валов и посадочный диаметр промежуточного вала под
колесом dПК определяем из расчета только на кручение [3, с. 24]:
Принимаем стандартные по ГОСТ6636-69 [3, с. 372] значения: Длины выходных участков принимаем по ГОСТ
12080-66 [5, с. 79]: и Диаметры и длины остальных участков валов выбираем из
конструктивных соображений (рис. 10).
Подшипники для всех валов редуктора выбираем по величине
посадочного диаметра и предварительно назначаем шарикоподшипники радиальные
однорядные легкой серии по ГОСТ 23360-78 (рис. 11), параметры которых сведены в
табл. 3 [7, с. 530].
По величине посадочных диаметров (рис. 10) выбираем размеры призматических
шпонок (рис. 12) по ГОСТ 23360-78 [7, с. 302], находим моменты сопротивления
сечения валов (рис. 11), ослабленных шпоночным пазом [2, с. 98], и основные
данные заносим в табл. 4.
6. Выбор муфты
Тип муфты выбирается исходя из диаметра выходного участка
тихоходного вала dТВ, который рассчитывается по формуле:
Принимаем стандартное значение dTB =42мм и выбираем
муфту упругую с торообразной оболочкой МУ 80-1-30-1-У2 (ГОСТ20884-93).
7. Выбор подшипников
Подшипники для всех валов редуктора выбираем по величине
посадочного диаметра и предварительно назначаем шарикоподшипники радиальные
однорядные легкой серии по ГОСТ 8338-75 на быстроходном валу и подшипники
роликовые конические однорядные легкой серии по ГОСТ27365-87 на тихоходном
валу:
Таблица 3- Основные параметры подшипников качения
быстроходного (Б), и тихоходного (Т) валов редуктора
Индекс вала
|
Обозначение
подшипника
|
Размеры, мм
|
Грузоподъемность,
кН
|
|
|
d
|
D
|
B
|
r
|
C
|
Co
|
Б
|
205
|
25
|
52
|
15
|
1,5
|
14,0
|
6,95
|
Т
|
7207
|
45
|
85
|
19
|
2,0
|
42,7
|
33,4
|
8. Определение размеров основных элементов корпуса редуктора
и сварной рамы привода
.1 Корпус редуктора
Корпус редуктора выполнен литым из серого чугуна марки СЧ18, ГОСТ
1412-79. Размеры основных элементов корпуса в области нижнего фланца, фланца по
разъему и подшипникового узла определены в зависимости от межосевого расстояния
.
.2 Рама привода
Несущим элементом сварной рамы привода является швеллер, типоразмер
которого, а также размеры косой шайбы и платика определены в зависимости от
наибольшего диаметра болта крепления редуктора к раме - М16, которому
соответствует швеллер № 14, ГОСТ 8240-72.
Кожух ограждения открытой передачи, установленный на раме привода,
выполнен из листовой стали Ст 3 по ГОСТ 380-71.
9. Тепловой расчет червячного редуктора
Цель теплового расчета - проверка температуры масла в редукторе, которая не должна превышать допускаемой =80…95. Температура воздуха вне корпуса редуктора обычно =20. Температура масла в корпусе червячной передачи при непрерывной работе без
искусственного охлаждения определяется по формуле:
=,
Где - мощность на быстроходном валу редуктора, Вт
ŋ-коэфицент полезного действия редуктора
=9…17 - коэфицент теплопередачи
А - площадь теплоотдающей поверхности корпуса редуктора,
=84
10. Охрана труда и техническая эстетика
С целью обеспечения безопасности монтажа и удобства технического
обслуживания оборудования предусмотрены следующие мероприятия.
В конструкции корпуса редуктора имеется проушины и приливы,
обеспечивающие надежное крепление чалочного троса, аналогичную функцию
выполняет рым-болт на корпусе электродвигателя.
Электродвигатель и другие токопроводящие части привода заземлены.
Для заливки масла в корпус редуктора и визуального контроля
рабочих поверхностей червячной передачи предусмотрен люк с ручкой-отдушиной.
Контроль уровня и замены отработанного масла в плановые сроки (через 400...600
часов эксплуатации) осуществляются с помощью маслоуказателя и сливной пробки
соответственно.
С целью герметизации корпуса редуктора его поверхности
разъема покрываются при сборке жидким стеклом, места соединения люка и сливной
пробки с корпусом редуктора имеют резиновые уплотнения.
Для облегчения демонтажа крышки корпуса редуктора
предусмотрен отжимной винт. Демонтаж манжетных уплотнений осуществляется при
помощи отверстий в крышках подшипников.
После монтажа и заливки масла редуктор подвергается обкатке в
течение 4 часов без нагрузки.
Внутренние поверхности корпуса редуктора, а также муфты
80-1-30-1-У2 покрашены в красный цвет, остальные элементы привода в серый.
В соответствии с требованиями технической эстетики корпус
редуктора имеет плавные скругленные формы, без заусенцев и острых кромок.
Заключение
В соответствии с техническим заданием на курсовой проект по
теме "Привод электрической лебедки" выполнен следующий объем
расчетно-графических работ.
По результатам кинематического и силового расчета обоснованы
выбор электродвигателя привода, разбивка его передаточного числа по ступеням,
определены их кинематические и силовые параметры. Подобрана стандартная
приводная муфта.
Определены размеры основных элементов корпуса редуктора и
сварной рамы привода. Сформулированы мероприятия по охране труда.
По результатам проведенных расчетов выполнены: чертеж общего
привода, сборочный чертеж редуктора, спецификации привода электрической лебедки
и редуктора, таблица допусков и посадок.
Критерий технического уровня спроектированного редуктора:
где - масса редуктора, кг; - вращающий момент на тихоходном валу
редуктора, Н·м. Принимая , получим
Данный редуктор имеет высокий технический уровень, соответствует
современным мировым образцам.
Список использованных источников
1. Гавриш
П.В.Учебное пособие по курсовому проектированию по дисциплине «Детали машин».-
НФ МИСиС, 2010, -68с.
2. Шейнблит
А.Е. Курсовое проектирование деталей машин. - Калининград: Янтар. сказ, 2005. -
456 с.
. Свистунов
Е.А., Чиченев Н.А. Расчет деталей и узлов металлургических машин: Справочник. -
М.: Металлургия, 1985.- 184 с.