Задание. По заданию 9 и варианту 4 /1, с

По заданию 9 и варианту 4 /1, с. 17/ для схемы привода, изображенной на рисунке 1, решить следующие задачи:

- выбрать асинхронный электродвигатель;

- вычислить скорость вращения, мощность и крутящий момент для каждого из валов привода;

- рассчитать клиноременную передачу;

- рассчитать червячную быстроходную передачу редуктора;

- рассчитать цепную передачу.

1, 2, 3, 4, 5 – соответственно валы электродвигателя, быстроходный, промежуточный и тихоходный редуктора и выходной вал привода; 6 – электродвигатель; 7 – клиноременная передача; 8, 9 – быстроходная и тихоходная червячные передачи; 10 – цепная передача.

Рисунок 1.1 – Схема привода.

Срок службы привода 36000 часов.

Кратковременные перегрузки соответствуют максимальному пусковому моменту электродвигателя.

Мощность на ведомой звёздочке барабана конвейера Р₅ = 1,2 кВт.

Частота вращения вала барабана n₅ = 4 об/мин.

2 Кинематический и силовой расчет привода

2.1 Выбор электродвигателя

2.1.1 Требуемая мощность электродвигателя

Р_тр = Р₅ / η, (2.1)

где	Р5	–	мощность на ведомой звездочке (на выходе привода), кВт;
	Η	–	КПД привода.

, (2.2)
где η_р, η_чб, η_чт, η_ц, η_п – соответственно КПД ременной, червячной, цепной передач и пары подшипников качения.

Руководствуясь рекомендациями /2, с.4/, принимаем η_р= 0.97, η_чб= 0.93, η_чт= 0.87, η_ц= 0.95, η_п = 0.99.

После подстановки численных значений параметров в формулы (2.1) и (2.2) получим КПД привода

η =0,97∙0,93∙0,87∙0,95∙0,99³=0,723

и требуемую мощность электродвигателя

Р_тр =1,2/0,723=1,66 кВт

2.1.2 С учётом требуемой мощности Р_тр =1,66 кВт рассмотрим возможность выбора асинхронных двигателей серии 4А с номинальными мощностями Р_н =1,5 кВт и Р_н =2,2 кВт /2, с. 390/. Для первого перегрузка составляет (1,66-1,5)∙100%/1,5=10,7% при допускаемой перегрузке 5%, следовательно, выбираем второй с недогрузкой 24,5%. В дальнейшем расчёт будет вестись на номинальную, а не на требуемую мощность двигателя.

Для двигателей с мощностью 2,2 кВт рассчитаны следующие номинальные частоты вращения n_H: 705, 949, 1424, 2871 об/мин.

Для ориентировки в выборе двигателя по частоте вращения оценим передаточное отношение привода i_cp, вычисленное по, примерно, средним значениям рекомендуемых передаточных отношений отдельных передач. Возьмём эти значения для ременной, червячных и цепной передачи соответственно i_{cp р} =2, i_{cp чб} =12,5, i_{cp чт} =10, i_{cp р} =3 /2, с.7/. После перемножения получим в результате i_cp =2∙12∙10∙3=750.

При таком передаточном отношении привода и частоте вращения его ведомой звёздочки n₅ =4 об/мин потребуется двигатель с частотой вращения n = i_cp ∙ n₅ =750∙4=3000 об/мин.

2.1.3 Окончательно выбираем /2, с. 390/ ближайший по частоте асинхронный электродвигатель марки 4А80В2УЗ со следующими параметрами:

- номинальная мощность Р_Н =2.2 кВт;

- номинальная частота вращения n_H =2871 об/мин;

- отношение пускового момента к номинальному Т_п / Т_Н =2.

2.2 Передаточные отношения привода и отдельных его передач

Общее передаточное отношение привода при частоте вращения входного вала привода n₁ = n_H

i_общ = n₁ / n₅ = n_Н / n₅ (2.3)

Расчёт по формуле (2.3) даёт i_общ =2871/4=718.

Примем /2, с. 6/ передаточные отношения

- для ременной передачи – i_p =2;

- для червячной быстроходной ступени редуктора – i_чб =12,5;

- для червячной тихоходной ступени редуктора – i_чт =8.

Тогда на долю цепной передачи остаётся передаточное отношение i_ц = i_общ /(i_р ∙ i_чб ∙ i_чт)=718/(2∙12,5∙8)=3,59.

Проверка i_общ =2∙12,5∙8∙3,59=718 убеждает в правильности вычислений.

2.3 Частоты вращения, угловые скорости, мощности и моменты на валах привода

2.3.1 Частоты вращения валов:

n₁ = n_Н =2871 об/мин;

n₂ = n₁ / i_р =2871/2=1436 об/мин;

n₃ = n₂ / i_чб =1436/12,5=115 об/мин;

n₄ = n₃ / i_чт =115/8=14,4 об/мин;

n₅ = n₄ / i_ц =14,4/3,59=4,01 об/мин.

Примечание. Здесь и далее параметры, относящиеся к валам привода, обозначаются числовыми индексами, соответствующими нумерации валов на рисунке 1.1.

2.3.2 Угловые скорости валов:

ω₁ = π ∙ n₁ /30=3,14∙2871/30=300 рад/с;

ω₂ = ω₁ / i_р =300/2=150 рад/с;

ω₃ = ω₂ / i_зб =150/12,5=12,0 рад/с;

ω₄ = ω₃ / i_зт =12/8=1,50 рад/с;

ω₅ = ω₄ / i_ц =1,5/3,59=0,418 рад/с.

2.3.3 Мощности на валах привода:

Р₁ = Р_Н =2,2 кВт;

Р₂ = Р₁ ∙ η_р ∙ η_п =2,2∙0,97∙0,99=2,11 кВт;

Р₃ = Р₂ ∙ η_чб =2,11∙0,93=1,96 кВт;

Р₄ = Р₃ ∙ η_чт ∙ η_п =1,96∙0,87∙0,99=1,69 кВт;

Р₅ = Р₄ ∙ η_ц ∙ η_п =1,69∙0,95∙0,99=1,59 кВт.

2.3.4 Моменты на валах привода:

Т₁ = Р₁ / ω₁ =2,2∙10³/300=7,33 Н∙м;

Т₂ = Р₂ / ω₂ =2,11∙10³/150=14,0 Н∙м;

Т₃ = Р₃ / ω₃ =1,96∙10³/12=163 Н∙м;

Т₄ = Р₄ / ω₄ =1,69∙10³/1,5=1127 Н∙м;

Т₅ = Р₅ / ω₅ =1,59∙10³/0,418=3804 Н∙м.

2.3.5 Максимальный момент при перегрузке на первом валу /на валу двигателя/ Т_1мах=Т_п= 2 Т_Н /см. пункт 2.1.3/

Номинальной мощности двигателя Р_Н =2,2 кВт соответствует номинальный момент Т_Н = Р_Н / ω₁ = Т₁ =7,33 Н∙м. Отсюда Т_1мах= 2 Т_Н =2∙7,33=14,7 Н∙м.

Очевидно, при кратковременных нагрузках максимальные моменты на всех остальных валах будут превышать моменты, рассчитанные при передаче номинальной мощности /см. пункт 2.3.4/, в 2 раза.

Исходя из этого соображения, получаем:

Т_1мах= 2 Т₁ =2∙7,33=14,66 Н∙м;

Т_2мах= 2 Т₂ =2∙14,0=28,0 Н∙м;

Т_3мах= 2 Т₃ =2∙163=326 Н∙м;

Т_4мах= 2 Т₄ =2∙1127=2254 Н∙м;

Т_5мах= 2 Т_Н =2∙3803=7606 Н∙м.

2.3.6 Результаты расчётов, выполненных в подразделе 2.3, сведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Частоты вращения, угловые скорости, мощности и моменты на валах привода

№ вала по рис. 1.1	n, об/мин	ω, рад/с	Р, кВт	Т, Н∙м	Т мах, Н∙м
			2,2	7,33	14,66
			2,11	14,0	28,0
		12,0	1,96
	14,4	1,50	1,69
	4,01	0,418	1,59