1. Разработка кинематической схемы машинного агрегата

1. Чертеж кинематической схемы

Графическую часть задачи выполнить на чертежной бумаге формата А4 карандашом. Работа должна содержать: кинематическую схему машинного агрегата в соответствии с техническим заданием; основную надпись; перечень элементов схемы; исходные данные для проектирования (рис.1.1).

Рис.1.1. Пример кинематической схемы привода

2. Условия эксплуатации машинного агрегата

Проанализировать элементы кинематической схемы машинного агрегата и изучить конструкцию механического привода. Выбрать место установки машинного агрегата на одном из местных предприятий и тем самым определить условия эксплуатации машинного агрегата – количество рабочих смен, продолжительность смены, периодичность включения, характер рабочей нагрузки (постоянная, с малыми колебаниями), реверсивность и т.п.

3. Срок службы приводного устройства

Срок службы (ресурс) Lh , ч, определить по формуле:

Lh = 365 Lt tс Lс ,

где Lt – срок службы привода, лет (см. табл. ТЗ); tс - продолжительность смены, ч; Lс – число смен. Из полученного значения Lh следует вычесть примерно 10…20% часов (в зависимости от характера производства) на профилактику, текущий ремонт, нерабочие дни. Данные внести в таблицу 1.3.1.

Таблица 1.3.1. Эксплуатационные характеристики машинного агрегата

Место установки	Lt	Lс	tс	Lh, ч	Характер нагрузки	Режим работы

4. Энерго-кинематический расчет привода и выбор электродвигателя

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

(параметры выходного вала привода – из технического задания)

Варианты:

а) Fвых, кН ; Vвых, м/с; Dвых, мм; γ, град;

б) Твых, кН·м; nвых, об/мин.

ОПРЕДЕЛЯЕТСЯ:

1. Мощность на выходном валу привода, кВ

1.а) Ррм = Fвых· Vвых;

1.б) Ррм = Твых· nвых/9,55.

2. Коэффициент полезного действия (КПД) привода:

ηо = η1 η2 η3 …ηj (точность – 2 знака после запятой),

где ηj – ориентировочные величины КПД различных видов механических передач и отдельных элементов привода (табл.1.4.1).

Для привода (рис.1.1)

ηо = ηзп · ηоп · ηм · ηпк² · ηпс ,

где ηзп, ηзп, ηзп, ηзп, ηзп – коэффициенты полезного действия закрытой передачи, открытой передачи, муфты, подшипников качения (по кинематической схеме в редукторе две пары подшипников) и подшипников скольжения (по схеме на приводном валу рабочей машины одна пара подшипников).

3. Расчетная мощность электродвигателя, кВт:

Рдв р = Ррм / ηо.

4. Частота вращения выходного вала, минˉ¹:

4.а) - для ленточных конвейеров, грузоподъемных и прочих машин:

nрм = 60·10³ Vвых/(π Dвых),

где V – скорость тягового органа, м/с ; D – диаметр барабана, мм;

- для цепных конвейеров:

nрм = 60·10³ Vвых/(z · р),

где V – скорость конвейера, м/с; z – число зубьев ведущей звездочки тягового органа; р – шаг тяговой цепи, мм;

4.б) nрм = nвых (известна)

5. На основании рекомендуемых min и max величин передаточных чисел u для различных видов механических передач (табл. 1.4.2) определяют рекомендуемое min и max передаточное число привода:

uо' min = u1' min · u2' min · u3' min ··· uj' min ;

uо' mах = u1' mах · u2' mах · u3' mах ··· uj' mах.

6. Расчетная min и max частота вращения вала электродвигателя, минˉ¹:

nдв р min = nрм uо' min;

nдв р mах = nрм uо' mах.

7. По каталогу (табл.7.1.1 и 7.1.2) выбирают электродвигатель из условий:

Рдв ≥ Рдв р;

nдв р min< nдв < nдв р mах;

(тип электродвигателя, Рдв, nдв, Тmах/Тnоm, размеры).

8. Максимальное допускаемое отклонение частоты вращения приводного вала рабочей машины ∆ nрм, минˉ¹:

∆ nрм = nрм δ/100,

где δ, % - допускаемое отклонение скорости приводного вала рабочей машины (см. техническое задание).

9. Допускаемая частота вращения приводного вала с учетом отклонения [nрм ], минˉ¹:

[nрм ] = nрм + ∆ nрм.

10. Действительное общее передаточное число привода:

uо = nдв/[nрм ] (точность два знака после запятой).

11. Действительные передаточные числа передач привода выбирают так u1 ≈ u1', u2 ≈ u2', u3 ≈ u3',···, чтобы uо = u1 u2 u3 ··· uj (точность два знака после запятой) (при выполнении рекомендаций по разделению передаточных чисел для отдельных ступеней привода и редуктора (табл.1.4.2)). При разбивки передаточного числа рекомендуется для редуктора выбрать стандартное значение передаточного числа закрытой передачи uзп (табл. 1.4.3), оставив его неизменным.

12. Уточнить передаточное число открытой передачи в соответствии с выбранным вариантом разбивки передаточного числа привода:

uоп = uо/ uзп.

13. Силовые и кинематические параметры валов привода

Рj+1 = Рj η, кВт

nj+1 = nj /u, минˉ¹ (j =1,2,3…),

Тj+1 = Тj u η, Н·м или Тj = 9550 Рj/nj

представляют в таблице.

Для привода, схема которого представлена на рис.1.1, указанные параметры валов представлены в табл. 1.4.4.

14. Предварительно определяют диаметры валов из расчета только на кручение при пониженных допускаемых напряжениях, мм

d вал j = (j = 1,2,3…),

где [τ] = (20÷30) МПа – для всех валов (кроме червяков) (меньшее значение – для быстроходных валов, большие – для тихоходных).

Полученные значения dвал j округляют до больших целых величин, оканчивающихся на 0 или 5,0 мм.

15. Полученные результаты представляют в таблице 1.4.5.

Табл. 1.4.1. Ориентировочные значения КПД передач и элементов привода η Передачи или элементы привода Закрытые Открытые Цилиндрические зубчатые передачи Конические зубчатые передачи Червячные передачи с числом заходов червяка Z1 - несамотормозящие Z1 = 1 Z1 = 2 Z1 = 4 - самотормозящие Z1 = 1 Цепные передачи Фрикционные передачи Ременные передачи -клиноременные, поликлиноременные, зубчатые - плоскоременные Подшипники качения (одна пара) Подшипники скольжения (одна пара) - жидкостного трения - полужидкостного трения Муфты 0,95…0,98 0,94…0,97 0,68…0,72 0,73…0,78 0,78…0,84 0,45 0,94…0,96 0,88…0,94 0,92…0,94 0,91….0,93 0,52…0,62 0,62…0,72 0,40 0,90…0,92 0,70…0,85 0,93…0,95 0,94…0,96 0,990…0,995 0,990…0,995 0,975…0,985 0,98…0,99 КПД передач представлены без учета КПД подшипников

Табл. 1.4.2. Рекомендуемые значения передаточных чисел u одноступенчатых передач Вид передачи Передаточное число рекомендуемое mах Закрытые - цилиндрические* -быстроходные ступени -тихоходные ступени -шевронные - конические -прямозубые -косозубые Червячные с числом заходов червяка Z1 = 1 Z1 = 2 Z1 = 4 Открытые -цилиндрические -конические Клиноременные, поликлиноременные, зубчатые Плоскоременные Цепные 3,1…5,0 2,5…4,0 3,0…5,0 2,0…3,0 4,0…6,0 28…50 14…40 8,0…30 4,0…7,0 3,0…5,0 2,0…5,0 2,0…4,0 2,0…5,0 8 6,3 8 5 7 80 60 40 12 7 7 6 7 *Стандартные значения передаточных чисел (табл.1.4.3)

Табл. 1.4.3. Стандартные значения передаточных чисел

Закрытые зубчатые передачи (редукторы) одноступенчатые цилиндрические и конические (ГОСТ 2185- 66): 1-й ряд – 2,0; 2,5; 3,15; 4,0; 5,0; 6,3; 2- й ряд - 2,24; 2,8; 3,5; 4,5; 5,6; 7,1. Значения 1-го ряда следует предпочитать значениям 2-го ряда.

Закрытые червячные передачи (редукторы) одноступенчатые для червяков с числом витков Z1 =1;2;4 (ГОСТ 2144-75) 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 ряда.

Открытые зубчатые передачи: 3…7

Цепные передачи: 2…4

Ременные передачи (все типы): 2…3

Табл. 1.4.4. Силовые и кинематические параметры валов привода (рис.1.1)

Вид передачи	Вал	Параметры передачи	Рj, кВт	nj , мин‾¹	Тj, Н·м	dвал j ,мм
			Рдв =	nдв =	Тдв = 9550 Рдв / nдв	dдв (табл. )
Ременная Цилиндрическая	1 2(быстроходный) 3 (тихоходный)	} uоп , ηоп } uзп , ηзп	Р1 = Рдв р* Р2 = Р1 ηоп ηп Р3 = Р2 ηзп ηп²	n1 = nдв n2 = n1 / uоп n3 = n2 / uзп	Т1 =9550 Р1 / n1 Т2 =9550 Р2 / n2 Т3 =9550 Р3 / n3	dвал 1 = dдв } dвал j = (j=2,3)
			Р1 > Р2 > Р3	n1> n2> n3	Т1< Т2< Т3	dвал 2 < dвал 3

*Рекомендуется выполнять расчеты в соответствии с расчетной мощностью электродвигателя Рдв р.

Все методики расчета зубчатых передач представлены относительно момента на выходном валу передачи (Т2).

Как принято в отечественной литературе, индекс 1 в методиках расчета приписан входному валу передачи, индекс 2 – выходному валу передачи.

Привод (рис.1.1) – для ременной передачи: вал I – входной; вал II – выходной;

- для цилиндрической передачи: вал II – входной; вал III – выходной.

Табл.1.4.5. Силовые и кинематические параметры привода.

Тип двигателя… Рдв =… кВт; nдв =… мин‾¹
Пара- метр	Передача		Параметр	Вал
	закрытая (редуктор)	открытая		двигателя	редуктора		приводной рабочей машины
					быстро- ходный	тихо- ходный
Передат-очное число u			Расчетная мощность Р, кВт
			Угловая скорость ω, 1/с
			Частота вращения n, об/мин
КПД η			Вращающий момент Т, Н·м
			Диаметр вала d, мм

20