3.3 Определение угловых скоростей (частот вращения), мощностей и крутящих моментов на валах привода

3.3.1 Угловые скорости на валах, рад/с

Для первого вала привода при отсутствии промежуточной передачи от вала электродвигателя к данному валу:

,

где – угловая скорость вала электродвигателя, рад/с.

В остальных случаях – .

Частота вращения, об/мин, связана с угловой скоростью зависимостью .

3.3.2 Мощности на валах, кВт

Для всех валов привода .

3.3.3 Крутящие моменты на валах, Н·м

Для всех валов привода .

3.4 Обоснование выбора стандартных узлов и деталей привода (редукторов, муфт и т.п.)

Для выбора стандартного, согласно заданию, типа редуктора можно воспользоваться литературой /1, т.3/. Более полные сведения, в случае необходимости при выборе редуктора, приводятся в соответствующих атласах конструкций, каталогах и справочниках.

При выборе редуктора обязательно, чтобы его кинематические и силовые параметры, по которым он выбирается, были равны или больше расчетных.

При выборе редуктора записывается его тип и данные параметры. Например, по таблице 26 с. 500 /1, т.3/ выбираем червячный редуктор РЧУ-80-25-3-1-2 ГОСТ 13563-68, для которого:

– передаточное отношение u=25;

– частота вращения входного вала n_вх=1000 об/мин;

– мощность на входном валу редуктора N_вх=1,1 кВт;

– крутящий момент на выходном (тихоходном) валу редуктора Т_вых=208 Нм (21,2 кГсм).

Большинство стационарных приводов, установленных неподвижно на раме или фундаменте, могут иметь две соединительные муфты. Одна служит для передачи крутящего момента от электродвигателя к редуктору, вторая – от редуктора к исполнительному механизму. При установке электродвигателя и редуктора на общей раме рекомендуется использовать упругие муфты, например: втулочно-пальцевые (с. 369 /4/, с. 380 /2/, с. 188 /6/), со звездочкой(с.382/2/,с. 369 /4/, с. 185 /6/), с торообразной оболочкой (с. 382 /2/, с. 371 /4/, с.187 /6/) и др.

Для соединения тихоходных валов редуктора и рабочей машины, которые не расположены на общей раме, рекомендуется использовать, например: крестовые (кулачково-дисковые) муфты (с. 379 /2/, с. 361 /4/), со скользящим вкладышем (с. 363 /4/), зубчатые (с. 379 /2/, с. 363 /4/), цепные (с. 379 /2/, с. 366 /4/) и др.

Муфты подбирают по наибольшему диаметру соединяемых валов.

Если диаметры соединяемых валов неизвестны, то можно предварительно оценить диаметр проектируемого вала по формуле, мм:

,

где Т – крутящий момент на соединяемых валах, Нм;

[ – допускаемое напряжение на кручении, МПа.

Для валов, изготовленных из углеродистых и легированных сталей, при определении диаметров входных и выходных валов можно принять [=20…25МПа.

Диаметр проектируемого вала можно также определить, ориентируясь на диаметр того вала, с которым он соединяется (валы передают одинаковый крутящий момент). Например, если вал соединяется с валом электродвигателя d_дв (или другой машины), у которого уже известен диаметр, то его диаметр можно принять равным или близким к диаметру выходного конца вала электродвигателя (или другой машины).

Расхождение размеров не должно выходить за пределы соотношения d=(0,75…1,2)d_дв. Муфту подбирают по наибольшему из двух диаметров и расчетному крутящему моменту (с. 376 /2/).

3.5 расчеты передач, разъемных соединений, валов и подшипников

3.5.1 Расчет цепных передач

В приводных устройствах наибольшее распространение имеют приводные роликовые (с числом рядов от 1 до 4) и втулочные (одно- и двухрядные), а также зубчатые цепи.

В качестве основного расчета роликовых и втулочных цепей принят расчет по износостойкости шарниров, который хорошо рассмотрен в литературе /2; 7/.

Для получения оптимальных размеров и характеристик передачи, а также уменьшения ее стоимости рекомендуется выполнять параллельно (лучше всего в табличной форме) два-три варианта расчета цепной передачи с выбором различных шагов, рядности, межосевого расстояния и др., а затем выбрать лучшее решение и его обосновать.

3.5.2 Расчет ременных передач

В приводных устройствах, в зависимости от формы поперечного сечения ремня, наибольшее распространение имеют передачи: плоскоременные, клиноременные и поликлиновым ремнем.

В качестве основного расчета ременных передач принят расчет по тяговой способности, который хорошо рассмотрен в литературе /2; 7/.

Для получения оптимальных размеров передачи и уменьшения ее стоимости рекомендуется выполнять параллельно (лучше всего в табличной форме) два-три варианта расчета для различных типов, профилей ремня и межосевых расстояний, а затем выбрать лучшее решение и его обосновать.

3.5.3 Расчет открытых зубчатых (цилиндрических и конических) передач

При расчете открытых зубчатых передач необходимо:

а) выбрать материал и способ его термообработки;

б) определить допускаемые напряжения изгиба;

в) выполнить проектировочный расчет на выносливость зубьев при изгибе, определив при этом, начиная с модуля зацепления, все геометрические и силовые параметры передачи;

г) выполнить проверочный расчет на выносливость зубьев при изгибе.

Формулы для расчета открытых зубчатых передач можно найти в литературе /2; 5/ или получить информацию по расчетам у преподавателя, выдавшего курсовой проект.

3.5.4 Расчет шпоночных соединений

Основным критерием работоспособности шпоночных соединений при передаче крутящего момента является прочность. Например, призматические и сегментные шпонки необходимо проверить по условию прочности на смятие и срез, клиновые – на смятие и т. д.

3.5.5 Расчет шлицевых соединений

Расчет шлицевых соединений должен производиться на смятие и износ в соответствии с основными предельными состояниями шлицевых соединений – смятие и износ. Если шлицевое соединение нагружено только крутящим моментом без осевых перемещений, то на износ его не рассчитывают.

3.5.6 Расчет валов и подшипников качения

Для расчета валов и подшипников качения предварительно необходимо определить направления сил и различного рода нагрузок, действующих на вал.

Расчет следует начинать с ориентировочного (проектного) расчета вала на кручение при пониженных допускаемых напряжениях. После выполнения, таким образом, оценки диаметра вала в месте посадки зубчатых колес, шкивов, звездочек, муфт и т. д. необходимо разработать его конструкцию, определив диаметр посадочных мест подшипников. Сделать эскиз разработанной конструкции вала. Произвести проверочный расчет выбранной конструкции по одному- двум наиболее опасным сечениям.

Расчет на выносливость выполнить по номинальной нагрузке. Цикл напряжений принять симметричным для напряжений изгиба и пульсационным для напряжений кручения. По диаметру вала в месте установки подшипников по каталогу подобрать подшипники качения и проверить их на динамическую грузоподъемность.

4 рекомендации для работы над компоновкой привода

Эскизная компоновка выполняется с целью уточнения объемно - пространственного расположения основных частей привода. Перед разработкой эскизной компоновки должен быть выполнен раздел 3 методических рекомендаций. Компоновка выполняется на листе миллиметровой бумаги формата А2 или А3. Контур технологической машины показывают в тонких линиях.

Эскизная компоновка привода выполняется в следующей последовательности:

1) выбирают основной вид привода (дающий наиболее полное представление о взаимном расположении составляющих его элементов);

2) схематично в масштабе вычерчивают электродвигатель, ориентируясь на его габаритные, присоединительные размеры, диаметр и длину рабочей части выходного вала;

3) если в соответствии с заданной кинематической схемой за электродвигателем следует редуктор, то концы валов соединяют при помощи муфты (см. пункт 3.4). Длина рабочей части полумуфты должна быть равной или несколько большей, чем длина вала электродвигателя. При несоблюдении данного условия между ступицей полумуфты и упорным буртиком вала электродвигателя размещают распорную втулку; обе выбранные полумуфты для возможности соединения между собой должны быть одной размерной группы. Если такой возможности нет, то подбирают стандартную полумуфту на вал с большим диаметром, а вторую проектируют самостоятельно, делая соответствующую запись в графе "Детали" спецификации;

4) на эскизе вычерчивают редуктор и проставляют присоединительные размеры крепления его к раме. Если по кинематической схеме за редуктором следует непосредственно приводной вал машины, то их соединяют при помощи муфты (см. пункт 3.4); в соответствии с межцентровыми расстояниями на эскизе вычерчивают передачи гибкой связью или зацеплением;

5) тонкими линиями намечают контур рамы; конструктивно прорабатывается сварной вариант рамы. Рама должна быть по возможности простой, жесткой и иметь минимальные габариты. Это достигается применением в ее конструкции стандартного прокатного профиля, в основном швеллеров, двутавров и уголков. В случае, когда расстояния от осей валов электродвигателя и редуктора, соединяемых муфтой, до плоскости рамы различны, то проектируется подставка под электродвигатель или редуктор с использованием проката. Выбираемый номер профиля назначают исходя из диаметров болтов, применяемых при креплении электродвигателя или редуктора к раме, смотри с. 391-392 /1, т.1/. Расстояние между осью болта и поверхностью стенки проката должно быть достаточным для завинчивания гайки. Между гайкой и полкой проката, в случае уклона последней, необходимо разместить косую шайбу. При необходимости конструкция рамы должна предусматривать возможность изменения межосевого расстояния ременной или цепной передачи;

6) заключительным этапом разработки компоновки привода является нанесение габаритных, установочных и присоединительных размеров.

5 рекомендации для работы над графической частью проекта

Графическая часть состоит из двух листов: формата А1 и формата А2.

Сборочный чертеж привода выполняется в 2-х или 3-х проекциях (если две проекции не дают полного представления о конструкции привода). Он должен содержать: техническую характеристику и технические требования. На чертеже указываются габаритные, присоединительные, сопрягаемые и установочные размеры. К сборочному чертежу составляется спецификация.

Техническую характеристику и технические требования пишут на свободном поле только главного (первого) листа чертежа, в независимости на скольких листах выполнен данный чертеж. Заголовки ''Техническая характеристика'' и ''Технические требования'' не подчеркивают. Пункты технической характеристики и технических требований имеют сквозную нумерацию.

Технические требования располагают над основной надписью в виде колонки, ширина которой должна быть не больше основной надписи (185 мм). Между техническими требованиями и основной надписью не должно быть изображений или таблиц.

Сборочный чертеж привода выполняется в соответствии с заданной кинематической схемой привода технологической машины. В состав привода могут входить электродвигатель, муфты, редуктор, передачи зацеплением или гибкой связью, рама, защитные кожухи, ограждения и пр.

Такие основные элементы привода, как электродвигатель, муфта и редуктор, являются стандартными изделиями, которые необходимо подобрать по справочной литературе (номинальные параметры данных изделий должны быть больше либо равны расчетным параметрам).

Защитный кожух и ограждение являются, в зависимости от конструкции привода, деталями или сборочными единицами, предназначенные для ограждения вращающихся элементов привода.

Рама является одной из основных сборочных единиц привода. Она служит для размещения всех элементов привода, входящих в его состав.

Соединения всех элементов привода между собой должны быть показаны на чертеже в разрезе. Разрезы выполняются в увеличенном масштабе 1:1 или 2:1.

Сварную раму изготавливают из элементов сортового проката: швеллеров, двутавров, уголков, полос, листов и т. д. Конфигурация и размеры рамы зависят от типа и размеров размещенных на ней элементов привода (редуктора, электродвигателя и т.д.). В местах установки электродвигателя и редуктора на раме размещают платики в виде узких полос или отдельных прямоугольников. Ширина и длина их принимается несколько больше, чем ширина и длина опорных поверхностей электродвигателя и редуктора, а высота платиков для рам средних размеров (в учебных целях) принимается 5…6 мм.

После разработки конструкции рамы определяют ее длину L и ширину. Затем определяют высоту рамы Н=(0,08…0,1)L, по которой подбирают ближайший больший размер швеллера (двутавра и т.д.). Размер швеллера (двутавра и т.д.) также необходимо согласовать с размерами отверстий, которые могут быть расположены в них. Максимально допустимый диаметр отверстий и их расположение оговорено в ГОСТ 8509-72, ГОСТ 8510-72, ГОСТ 8239-72, ГОСТ 8240-72.

Диаметр болтов для крепления электродвигателя и редуктора берут из справочной литературы согласно выбранным типоразмерам.

Диаметр и число фундаментных болтов можно принять согласно следующей рекомендации:

– длина рамы L, мм	до 700	св. 700 до 1000	св. 1000 до 1500
– диаметр болтов, мм	16…18	20…22	24
– минимальное число болтов	4	6	8

При проектировании рамы необходимо помнить, что от конструкции и композиции (возможного сопряжения) свариваемых элементов в значительной мере зависит технологичность и стоимость сварных изделий. Общие рекомендации по этому вопросу см. в главе IV § 4 /4/.