Методическое пособие 619
.pdfВыполнение кинематического расчета по программе «KINR» иллюстрируют рисунки 1.4…1.7.
Рис. 1.4. Ввод исходных данных
Рис. 1.5. Выбор двигателя
9
Рис. 1.6. Выбор типа редуктора
Рис. 1.7. Результаты вариантного кинематического расчета
10
Таблица 1.4 Результаты вариантного кинематического расчета
Результаты кинематического расчета
Частота вращения двигателя |
мин-1 |
2480 |
1435 |
|
955 |
700 |
Крутящий момент двигателя |
Нм |
18,24 |
36,35 |
|
54,43 |
72,95 |
Частота вращен. быстр. вала |
мин-1 |
2215 |
1112 |
|
742,3 |
576,9 |
Крут. момент на быстр. валу |
Нм |
20,86 |
41,58 |
|
62,27 |
80,12 |
Частота промеж. быстр. вала |
мин-1 |
351,6 |
313,1 |
|
265,1 |
288,5 |
Крут. момент на пром. валу |
Нм |
123,7 |
139 |
|
164,1 |
150,8 |
Частота вращ. тихоход. вала |
мин-1 |
70,33 |
69,58 |
|
66,28 |
72,12 |
Крутящ. момент на тих. валу |
Нм |
603,2 |
609,7 |
|
640,1 |
588,4 |
Передаточное число редук- |
- |
8 |
11,2 |
|
16 |
31,5 |
тора стандартное |
|
|
|
|
|
|
Передат. число ремен. перед. |
- |
|
|
1,3 |
|
|
Масса электродвигателя |
кг |
42 |
56 |
|
93 |
93 |
Диаметр вала двигателя |
мм |
28 |
32 |
|
38 |
38 |
Длина двигателя |
мм |
392 |
452 |
|
530 |
530 |
Ширина двигателя |
мм |
160 |
190 |
|
216 |
216 |
Расчетная мощность двига- |
кВт |
|
|
4,4 |
|
|
теля |
|
|
|
|
|
|
Мощность стандартного дви- |
кВт |
|
|
5,5 |
|
|
гателя |
|
|
|
|
|
|
1.4. Укрупненные параметры привода
Следующим этапом вариантного кинематического расчета является расчет на прочность всех зубчатых передач, который выполняют по программе «MADESHAR».
В соответствии с полученными результатами силового расчета вводят исходные данные в программу «ReducerCalc» (табл. 1.5).
11
Таблица 1.5 Результаты вариантов прочностного расчета редуктора
|
|
|
|
|
|
|
Параметры |
|
Величины |
|
|
|
Частота вращения двигателя |
2480 |
1435 |
955 |
700 |
|
Межосевое расстояние, мм |
125 |
112 |
112 |
100 |
|
Нормальный модуль, мм |
1.75 |
1.75 |
1.75 |
1.5 |
|
Число зубьев шестерни |
15 |
23 |
36 |
47 |
|
Число зубьев колеса |
123 |
101 |
88 |
82 |
|
Уточненное передаточное число ре- |
8.2 |
4.39 |
2.44 |
1.74 |
|
дуктора |
|
|
|
|
|
Контактные напряжения, МПа |
661.7 |
522.3 |
642.6 |
565.8 |
|
Недогрузка (-) или перегрузка (+), % |
+7.6 |
-10.2 |
+4.5 |
-8.0 |
|
Диаметр шестерни, мм |
22.2 |
41.5 |
65.0 |
72.7 |
|
Диаметр колеса, мм |
222.8 |
182.4 |
158.9 |
127.2 |
|
Ширина шестерни, мм |
55 |
50 |
50 |
45 |
|
Ширина колеса, мм |
50 |
45 |
45 |
40 |
|
Окружное усилие, кН |
1.62 |
1.89 |
1.91 |
2.16 |
|
Радиальное усилие, кН |
0.61 |
0.71 |
0.72 |
0.81 |
|
Осевое усилие, кН |
0.43 |
0.48 |
0.48 |
0.56 |
|
|
|
|
|
|
Заключительный этап расчет сводится к анализу укрупненных параметров редукторов (табл. 1.6), которые являются конечным результатом работы программы «ReducerCalc»:
1.Масса редуктора и суммарная масса привода, кг.
2.Цена редуктора (при серийности выпуска 10000 шт/год).
3.Стоимость электродвигателя, электроэнергии и всего привода, руб.
4.Технический уровень редуктора ( ), кг/Нм.
12
Таблица 1.6
Укрупненные параметры редукторов по результатам вариантного кинематического расчета
|
|
|
|
|
|
|
|
Параметры |
|
|
Величины |
|
|
|
Частота вращения двигателя |
2480 |
1435 |
|
955 |
700 |
|
Масса редуктора, кг |
17.86 |
16.83 |
|
17.02 |
16.68 |
|
Суммарная масса привода, кг |
38.2 |
45.6 |
|
59.2 |
72.6 |
|
Масса электродвигателя, кг |
20.4 |
28.7 |
|
42.0 |
56.0 |
|
Цена редуктора (условная), руб. |
209 |
217 |
|
231 |
243 |
|
Технический уровень редуктора, |
0.138 |
0.131 |
|
0.139 |
0.129 |
|
кг/Нм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Для большей наглядности полученные результаты целесообразно представить в графической форме (рис. 1.4).
0 |
750 1000 1500 |
3000 nэл , мин-1 |
Рис. 1.4. Укрупненные параметры редукторов и привода
1.5. Исследование привода по критериям
Полученные результаты позволяют проводить исследования привода по следующим критериям:
1) привод минимальной массы;
13
2)редуктор минимальной массы;
3)минимальная стоимость привода;
4)наиболее высокий технический уровень редуктора;
5)малая масса привода и высокий технический уровень
редуктора ( ).
В заключение исследования привода рекомендуется для сравнения выполнить укрупненную компоновку привода с помощью библиотек редукторов и электродвигателей, входящих в расчетно-графический комплекс «Компас».
Контрольные вопросы
1.С какими целями необходимо выполнять кинематический расчет привода?
2.Какие процедуры включает вариантный кинематический расчет?
3.С какой целью необходимо выполнять прочностной расчет механических передач, входящих в привод?
4.По каким критериям можно анализировать результаты вариантного кинематического расчета?
5.Какие главные задачи позволяет реализовать вариантный кинематический расчет привода?
14
ЗАНЯТИЕ 2
2.Расчет вала на выносливость на ЭВМ
2.1.Общие сведения
Валы служат для передачи крутящего момента и установки на них различных деталей (колеса зубчатые, муфты, подшипники, рабочие органы и др. детали). Валы являются весьма ответственными и дорогими деталями и при проектировании проходят три этапа расчета: ориентировочный расчет, расчет диаметра вала в опасном сечении и расчет на выносливость.
Расчет вала на выносливость является проверочным и при его выполнении учитывают вид нагружения (реверсивное или нереверсивное), силовые факторы (крутящий момент, вид и величина действующих в исследуемом сечении переменных напряжений), материал и термическую обработку вала, виды и расположение концентраторов напряжений, шероховатость поверхностей.
Расчет выполняют в форме проверки коэффициента запаса прочности S, который должен удовлетворять неравенство:
S |
|
S |
S |
|
S , |
(2.1) |
|
|
|
|
|||
S2 |
S2 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
где Sσ – коэффициент запаса по нормальным напряжениям из-
гиба; S - коэффициент запаса прочности по касательным напряжениям кручения; [S] – допустимый коэффициент запаса усталостной прочности, выбирается в пределах 1,5…2,5 для отрасли машиностроения.
Коэффициент запаса по нормальным напряжениям изгиба:
15
S |
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
(2.2) |
|||
K |
D |
|
a |
|
|
|
m |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
S |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
, |
(2.3) |
|
K |
|
|
|
m |
|
|
|||||||
|
|
|
D a |
|
|
|
|
|
где σ-1 и τ-1 – пределы выносливости материала вала, ориентировочно предел выносливости для конструкционных сталей равен:
σ-1= (0,4…0,45) σв; τ-1=0,25 σв; |
(2.4) |
КσD и КτD – суммарные коэффициенты, учитывающие влияние всех факторов на сопротивление усталости соответственно при изгибе и кручении:
|
K |
|
|
|
, |
(2.5) |
|||
K D |
|
|
KF 1 |
KV |
|
||||
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
K |
|
|
|
K ; |
(2.6) |
||
K |
|
|
|
|
K |
F |
1 |
||
|
|
||||||||
D |
|
|
|
V |
|
Кσ и Кτ – эффективные коэффициенты концентрации напряжений (отношение предела усталости, полученного в результате испытаний гладких образцов, к пределу усталости, полученному на образцах с концентраторами напряжений) соответственно при изгибе и кручении; ε – коэффициент влияния абсолютных размеров поперечного сечения – масштабный фактор (отношение предела усталости образцов и деталей реальных размеров к пределу усталости, полученному при испытаниях стандартных образцов малых диаметров); КF – коэффициент влияния шероховатости поверхности; КV – коэффициент влияния упрочнения, вводимый для валов и осей с поверхност-
16
ным упрочнением (закалка ТВЧ – цементация, азотирование и т.п.); σa и σm – амплитудные и средние напряжения при изгибе; τa и τm – амплитудные и средние напряжения при кручении; ψσ и ψτ – коэффициенты чувствительности материала к асимметрии цикла напряжений соответственно при изгибе и кручении.
Для достоверной оценки выносливости вала в целом необходимо выполнить проверку коэффициента запаса прочности для нескольких характерных участков вала (например, в опасном сечении, в месте установки полумуфты или шкива ременной передачи, в местах нарезания шпоночных пазов и т.п.). Только при выполнении во всех этих сечениях условия (2.1) можно говорить об удовлетворении усталостной прочности всего вала.
В современных условиях подобные расчеты и исследования целесообразно выполнять на ЭВМ.
2.2. Последовательность исследований
Исследование вала на выносливость на ЭВМ выполняют по программе АРМ WinMachine в следующей последовательности. Для ускорения процесса расчета студентам настоятельно рекомендуется самостоятельно познакомиться с примером расчета, изложенным в работе [3].
Исходные данные для исследования.
1.Крутящий момент на ведомом валу и его частота вращения.
2.Материал и ресурс вала.
2.1.1. Загрузить в программе АРМ WinMachine инженерный анализ и раздел АРМ Drive (проектирование привода) и
17
вычертить в произвольной форме (без размеров) конфигурацию привода, состоящую из одной или двух зубчатых передач.
2.1.2. Ввести исходные данные и выполнить расчет привода (валов, подшипников и зубчатых передач) (рис. 2.1, 2.2).
Рис. 2.1. Ввод исходных |
Рис. 2.2. Результаты |
данных |
кинематического расчета |
2.1.3.Выделить стрелкой ведомый вал и получить его эскиз (рис. 2.3). При необходимости можно проверить величину крутящего момента и найти усилия, действующие в передаче.
2.1.4.Выбрать из базы данных материал вала, отметить галочкой переменное нагружение вала, проверить ресурс и частоту вращения вала (их в дальнейшем можно изменить) и открыть окно «результаты расчета» и нажать клавишу «усталостная прочность» (Рисунок 2.4).
2.1.5.Проанализировать график усталостной прочности, совмещенный с эскизом вала. Обратить внимание на участки, где усталостная прочность резко изменяет свою величину.
18