Расчет передачи от двигателя на лебедку

Буровой станок СКБ-5 (Рис.2) является шпиндельным станком моноблочной компоновки с продольным расположением лебедки и системой гидравлической подачи бурового инструмента.

Рис.2 Кинематическая схема станка СКБ-5:

1 – электродвигатель; 2 – фрикцион; 3 – коробка передач; 4 – вращатель; 5 – тормоз спуска; 6 – лебедка; 7 – тормоз подъема.

Привод станка осуществляется от фланцевого электродвигателя, закрепленного на корпусе коробки передач. Вал электродвигателя соединен с первичным валом коробки передач муфтой сцепления. Технические характеристики привода станка СКБ-5 представлены ниже.

Таблица 1. Привод станка СКБ-5

Тип двигателя	Электродвигатель АО2-72-74
Мощность, кВт	30
Частота вращения, об/мин	1450
Масса, кг	236

Коробка передач – узел, служащий для изменения частоты вращения, передаваемой от приводного электродвигателя к шпинделю вращателя и барабану лебедки. Конструкция коробки передач позволяет передавать от электродвигателя на барабан лебедки четыре ступени вращения в диапазоне 0,8 – 3,6 м/сек. Все зацепления шестерен и зубчатых колес – цилиндрические прямозубые. Поэтому весь расчет будет сведен к нахождению трех основных параметров:

• Определить вращающие моменты в каждом последовательном зацеплении;

• Определить усилия, действующие в каждом зацеплении;

• Определить грузоподъемную силу при всех четырех скоростях подъема.

Зацепление шестерен на различных режимах работы коробки передач приведено в табл.2.

Таблица 2. Кинематическая характеристика бурового станка СКБ-5

Ступени передач	Шестерни, находящиеся в зацеплении при передаче на лебедку	Частота вращения барабана лебедки, об/мин	Скорость подъема колонны, м/с
I		42,3	0,41
II		88,7	0,86
III		140,0	1,36
IV		186,5	1,81

Рассмотрим I скорость передачи. При таком зацеплении получаем 5ти ступенчатый редуктор. КПД отдельных звеньев кинематической цепи равны: для зубчатого цилиндрического зацепления = 0,96…0,98; для планетарного редуктора: = 0,85…0,95. Тогда общий КПД такой передачи будет равно:

(1.1)

Тогда мощность на выходе с учетом КПД:

(1.2)

Рассмотрим каждое зацепление в отдельности.

I.

где Z₁ и Z₂ – количество зубьев на шестерне и зубчатом колесе соответственно, Z₁= 20 и Z₂= 42 ; 1 и 2 – ведущий и ведомый вал. Передаточное число:

Частота вращения двигателя равна , или, если перевести в рад/с: , тогда на выходе частота вращения будет равна:

Вращающий момент на валах привода равен:

На входе:

На выходе:

Силы, действующие в зацеплении, принято прикладывать в полюсе зацепления. Нормальную силу, направленную по линии зацепления как общей нормали к рабочим поверхностям зубьев, переносят в полюс и раскладывают на окружную и радиальную.

Окружная сила:

(1.3)

где Т₂ – момент на колесе, - делительный диаметр зубчатого колеса,

= ,

Подставляя значения, получаем:

Радиальная сила:

(1.4)

где - стандартный угол отклонения нормали от горизонта, = 20⁰;

Подставляя значения, получаем:

Тогда нормальная сила, или как ее еще называют касательная сила, будет равна:

(1.5)

Подставляя ранее полученные значения, находим:

II.

Z₃= 20 и Z₄= 42. Передаточное число:

Частота вращения , тогда на выходе частота вращения будет равна:

Вращающий момент на валах привода равен:

На входе:

На выходе:

Окружная сила:

где ,

Радиальная сила:

где - стандартный угол отклонения нормали от горизонта, = 20⁰;

Тогда нормальная сила будет равна:

III.

Z₅= 26 и Z₆=60. Передаточное число:

Частота вращения , тогда на выходе частота вращения будет равна:

Вращающий момент на валах привода равен:

На входе:

На выходе:

Окружная сила:

где ,

Радиальная сила:

где - стандартный угол отклонения нормали от горизонта, = 20⁰;

Тогда нормальная сила будет равна:

IV.

Z₇= 39 и Z₈= 47. Передаточное число:

Частота вращения , тогда на выходе частота вращения будет равна:

Вращающий момент на валах привода равен:

На входе:

На выходе:

Окружная сила:

где ,

Радиальная сила:

где - стандартный угол отклонения нормали от горизонта, = 20⁰;

Тогда нормальная сила будет равна:

V.

Z_а- число зубьев солнечной шестерни, Z_а = 45; Z_с – число зубьев сателлитов, Z_с = 18; Z_в- число зубьев венцового колеса, Z_в = 81; количество сателлитов n = 3.

Последнее зацепление – планетарная зубчатая передача. Ее расчет будет отличаться от всех остальных.

5 и 6 – ведущий и ведомый вал-барабан лебедки. Частота вращения ведущего вала равна , тогда на выходе частота вращения будет равна:

Передаточное число:

Вращающий момент равен:

На лебедке:

Окружная сила :

(1.6)

где Т_а – момент на солнечной шестерне, - делительный диаметр солнечной шестерни, ; - коэффициент, учитывающий неравномерность распределения нагрузки между сателлитам, = 1,15; - число сателлитов, = 3.

Подставляя значения, получаем:

Радиальная и нормальная нагрузки при известной окружной силе определяются также, как и в простых задачах. Радиальная сила:

где - стандартный угол отклонения нормали от горизонта, = 20⁰;

Подставляя значения, получаем:

Тогда нормальная сила, или как ее еще называют касательная сила, будет равна:

Подставляя ранее полученные значения, находим:

Грузоподъемность лебедки при 1 скорости передачи:

(1.7)

где - мощность двигателя, не превышающая 0,7-0,8 номинальной величины; -КПД передачи от двигателя к лебедке станка; -1-я скорость подъема. Подставляя численные значения, получаем:

.

Рассмотрим II скорость передачи. Аналогично выше решенной задаче рассмотрим все остальные передачи без эскизов.

I. Z₁= 20 и Z₂= 42. Передаточное число:

Частота вращения , тогда на выходе частота вращения будет равна:

Вращающий момент на валах привода равен:

На входе:

На выходе:

Окружная сила:

где .

Радиальная сила:

где - стандартный угол отклонения нормали от горизонта, = 20⁰;

Тогда нормальная сила будет равна:

II.Z₃= 31 и Z₄=31. Передаточное число:

Частота вращения , тогда на выходе частота вращения будет равна:

Вращающий момент на валах привода равен:

На входе:

На выходе:

Окружная сила:

где ,

Радиальная сила:

где - стандартный угол отклонения нормали от горизонта, = 20⁰;

Тогда нормальная сила будет равна:

III.Z₅= 26 и Z₆=60. Передаточное число:

Частота вращения , тогда на выходе частота вращения будет равна:

Вращающий момент на валах привода равен:

На входе:

На выходе:

Окружная сила:

где ,

Радиальная сила:

где - стандартный угол отклонения нормали от горизонта, = 20⁰;

Тогда нормальная сила будет равна:

IV.Z₇= 39 и Z₈= 47. Передаточное число:

Частота вращения , тогда на выходе частота вращения будет равна:

Вращающий момент на валах привода равен:

На входе:

На выходе:

Окружная сила:

где ,

Радиальная сила:

где - стандартный угол отклонения нормали от горизонта, = 20⁰;

Тогда нормальная сила будет равна:

V. Z_а = 45; Z_с = 18; Z_в = 81; количество сателлитов n = 3.

Частота вращения ведущего вала равна , тогда на выходе частота вращения будет равна:

Передаточное число:

Вращающий момент равен:

На лебедке:

Окружная сила:

где ;

Радиальная сила:

где - стандартный угол отклонения нормали от горизонта, = 20⁰;

Тогда нормальная сила, или как ее еще называют касательная сила, будет равна:

Грузоподъемность лебедки при 2 скорости передачи:

где - мощность двигателя, не превышающая 0,7-0,8 номинальной величины; -КПД передачи от двигателя к лебедке станка; -2-я скорость подъема. Подставляя численные значения, получаем:

.

Рассмотрим III скорость передачи.

I. Z₁= 20 и Z₂= 42. Передаточное число:

Частота вращения , тогда на выходе частота вращения будет равна:

Вращающий момент на валах привода равен:

На входе:

На выходе:

Окружная сила:

где .

Радиальная сила:

где - стандартный угол отклонения нормали от горизонта, = 20⁰;

Тогда нормальная сила будет равна:

II.Z₃= 38 и Z₄=24. Передаточное число: . Следовательно, 2 зацепление играет роль не редуктора, а мультипликатора.

Частота вращения , тогда на выходе частота вращения будет равна:

Вращающий момент на валах привода равен:

На входе:

На выходе:

Окружная сила:

где ,

Радиальная сила:

где - стандартный угол отклонения нормали от горизонта, = 20⁰;

Тогда нормальная сила будет равна:

III.Z₅= 26 и Z₆=60. Передаточное число:

Частота вращения , тогда на выходе частота вращения будет равна:

Вращающий момент на валах привода равен:

На входе:

На выходе:

Окружная сила:

где ,

Радиальная сила:

где - стандартный угол отклонения нормали от горизонта, = 20⁰;

Тогда нормальная сила будет равна:

IV.Z₇= 39 и Z₈= 47. Передаточное число:

Частота вращения , тогда на выходе частота вращения будет равна:

Вращающий момент на валах привода равен:

На входе:

На выходе:

Окружная сила:

где ,

Радиальная сила:

где - стандартный угол отклонения нормали от горизонта, = 20⁰;

Тогда нормальная сила будет равна:

V. Z_а = 45; Z_с = 18; Z_в = 81; количество сателлитов n = 3.

Частота вращения ведущего вала равна , тогда на выходе частота вращения будет равна:

Передаточное число:

Вращающий момент равен:

На лебедке:

Окружная сила:

где ;

Радиальная сила:

где - стандартный угол отклонения нормали от горизонта, = 20⁰;

Тогда нормальная сила, или как ее еще называют касательная сила, будет равна:

Грузоподъемность лебедки при 3 скорости передачи:

где - мощность двигателя, не превышающая 0,7-0,8 номинальной величины; -КПД передачи от двигателя к лебедке станка; -3-я скорость подъема. Подставляя численные значения, получаем:

.

Рассмотрим IV скорость передачи. При IV скорости передачи получаем 3х ступенчатый редуктор, а весь расчет аналогичен предыдущему.

I.Z₅= 26 и Z₆=60. Передаточное число:

Частота вращения двигателя равна , тогда на выходе частота вращения будет равна:

Вращающий момент на валах привода равен:

На входе:

На выходе:

Окружная сила:

где ,

Радиальная сила:

где - стандартный угол отклонения нормали от горизонта, = 20⁰;

Тогда нормальная сила будет равна:

II.Z₇= 39 и Z₈= 47. Передаточное число:

Частота вращения , тогда на выходе частота вращения будет равна:

Вращающий момент на валах привода равен:

На входе:

На выходе:

Окружная сила:

где ,

Радиальная сила:

где - стандартный угол отклонения нормали от горизонта, = 20⁰;

Тогда нормальная сила будет равна:

III. Z_а = 45; Z_с = 18; Z_в = 81; количество сателлитов n = 3.

Частота вращения ведущего вала равна , тогда на выходе частота вращения будет равна:

Передаточное число:

Вращающий момент равен:

На лебедке:

Окружная сила:

где ;

Радиальная сила:

где - стандартный угол отклонения нормали от горизонта, = 20⁰;

Тогда нормальная сила, или как ее еще называют касательная сила, будет равна:

Грузоподъемность лебедки при 4 скорости передачи:

где - мощность двигателя, не превышающая 0,7-0,8 номинальной величины; -КПД передачи от двигателя к лебедке станка, ; -4-я скорость подъема. Подставляя численные значения, получаем:

.