Детали машин и основы конструирования

электродвигателем и первой передачей привода муфты расчетное значение мощности первого вала привода

Р1 = Рдврасч. .ηмηп.п ,

где ηм – КПД соединительной муфты; ηп.п. – КПД пары подшипников первого вала. При отсутствии соединительной муфты

Рдврасч. . = Р1 .

Мощность на втором валу привода определяется

Р2 = Р1η1−2 ,

где η1-2 – КПД от первого вала ко второму.

η1− 2 = η1 ηп.п. ,

где η1 – КПД первой передачи привода, ηп.п. – КПД подшипни-

ков.

Мощность на третьем валу привода

Р3 = Р1 η1−2 η2−3 ,

где η2-3 – КПД от второго вала к третьему,

η2-3= η2·ηп.п..,

где η2 – КПД второй передачи.

Аналогично определяется мощность на всех валах привода.

2.2. Кинематический расчет привода

Определяем ориентировочное значение общего передаточного числа привода по формуле

U ор.	= U oр. U oр. U oр.....U oр. ,		(2.2)
общ.	1 2 3	n

где U1oр., U2oр. и т.д. – средние значения передаточных чисел пе-

редач привода, принимаемые по табл. 2.2.

Определяем ориентировочное значение угловой скорости вала электродвигателя ωордв , с-1,по формуле

ωордв = ωвыхU общор .

Ориентировочное значение частоты вращения вала электродвигателя

	ор.
nор. =	30ωдв.	(мин –1).
дв.	π

В табл. 2.3 с учетом ранее найденного значения расчетной мощности Рдврасч. . и nдвор.. принимаем стандартный электродвигатель (по

мощности – в сторону увеличения, по частоте вращения – ближайшее стандартное асинхронное значение).

Таблица 2.2

Рекомендуемые значения передаточных чисел механических передач

Передаточное число

Тип передачи

Рекомендуемое

Наибольшее

значение

значение

Зубчатая передача:

а) цилиндрическими прямозу-

3−6

10

быми колесами

б) цилиндрическими косозубыми

3−5

10

колесами

в) коническими прямозубыми

2−3

6

колесами

Червячная передача

10−40

80

Ременная передача:

а) плоскоременная

2−5

6

б) плоскоременная с натяжным

4−6

8

роликом

в) клиноременная

2−5

7

Цепная передача

2–5

8

Фрикционная передача цилиндри-

2–4

10

ческими колесами

Угловая скорость вала электродвигателя и первого вала привода

равны между собой

πn

табл.

ωдв.

= ω1

=

дв.

,

30

где

n двтабл.

. –

асинхронная

частота вращения

выбранного по

табл. 2.3 стандартного электродвигателя, мин-1.

Определяем фактическое общее передаточное число привода

U

=

ω1

.

(2.3)

общ.

ωвых.

Таблица 2.3

Технические данные асинхронных электродвигателей

Марка	Р, кВт	n,	Марка	Р, кВт	n,	Марка	Р, кВт	n,	Марка	Р, кВт	n,
		мин-1			мин-1			мин-1			мин-1
Синхронная частота			Синхронная частота			Синхронная частота			Синхронная частота
вращения 3000 мин -1			вращения 1500 мин -1			вращения 1000 мин -1			вращения 750 мин -1
4А71А2	0,75	2840	4А71В4	0,75	1390	4А71А6	0,37	910	4А71В8	0,25	680
4А71В2	1,1	2810	4А80А4	1,1	1420	4А71В6	0,55	900	4А80А8	0,37	675
4А80А2	1,5	2850	4А80В4	1,5	1415	4А80А6	0,75	915	4А80В8	0,55	700
4А80В2	2,2	2850	4А90L4	2,2	1425	4А80В6	1,1	920	4А90LА8	0,75	700
4А90L2	3,0	2840	4А100S4	3,0	1435	4А90L6	1,5	935	4А90LВ8	1,1	700
4А100S2	4,0	2880	4А100L4	4,0	1430	4А100L6	2,2	950	4А100L8	1,5	700
4А100L2	5,5	2880	4А112М4	5,5	1445	4А112МА6	3,0	955	4А112МА8	2,2	700
4А112М2	7,5	2900	4А132S4	7,5	1455	4А112МВ6	4,0	950	4А112МВ8	3,0	700
4А132М2	11,0	2900	4А132М4	11,0	1460	4А132S6	5,5	965	4А132S8	4,0	720
4А160S2	15,0	2940	4А160S4	15,0	1465	4А132М6	7,5	970	4А132М8	5,5	720
4А160М2	18,5	2940	4А160М4	18,5	1465	4А160S6	11,0	975	4А160S8	7,5	730
4А180S2	22,0	2945	4А180S4	22,0	1470	4А160М6	15,0	975	4А160М8	11,0	730
4А180М2 33,0		2945	4А180М4	30,0	1470	4А180М6	18,5	975	4А180М8	15,0	730
4А200М2	37,0	2945	4А200М4	37,0	1470
4А200L2	45,0	2945	4А200L4	45,0	1470
4А225М2	55	2945	4А225М4	55,0	1470

Примечание. Обозначение типов электродвигателей расшифровывается следующим образом: 4 − порядковый номер серии; цифры после этой буквы − высота оси вращения; S, L, М − установочные размеры по длине корпуса; 2, 4, 6, 8, 10, 12 − число полюсов. Например, 4А80А2 − электродвигатель серии 4, асинхронный, закрытого исполнения, с высотой оси вращения 80 мм, станина и подшипниковые щиты из алюминия, двухполюсный.

Таблица 2.4

Технические данные крановых электродвигателей

		ПВ 15%		ПВ 25%		ПВ 40%		ПВ 60%		ПВ 100%			Часовой ре-
	Тип электродви-												жим
	гателя	P,	N,	P,	n,	P,	n,	P,	N,	P,		n,	P,	n,
		кВт	мин-1	кВт	мин-1	кВт	мин-1	кВт	мин-1	кВт		мин-1	кВт	мин-1
	МТ-11-6	2,7	855	2,2	885	1,8	910	1,5	925	1,1		945	1,8	910
	МТ-12-6	4,2	885	3,5	910	2,5	940	2,0	955	1,7		960	2,5	940
	МТ-21-6	6,5	922	5,0	940	4,2	950	3,4	960	2,3		972	4,2	950
	МТ-22-6	9,5	928	7,5	945	6,3	957	5,0	966	3,6		978	6,3	957
	МТ-31-6	13,2	944	11,0	953	8,8	962	7,0	970	5,0		980	8,8	962
	МТ-31-8	9,3	688	7,5	702	6,3	712	5,0	720	3,6		728	6,3	712
	МТ-41-8	13,2	708	11	715	8,8	722	7,0	728	5,0		735	8,8	722
	МТ-42-8	18,0	713	16	718	13,0	724	10,5	729	7,0		735	13,0	724
	МТ-51-8	26,5	716	22	723	17,5	728	14,5	732	10,0		738	17,5	728
	МТ-52-8	36,0	720	30	725	23,5	730	19,0	734	14,0		738	23,5	730
	МТВ-611-10	55,0	568	45	575	36,0	581	28,0	586	24		588	45,0	575
	МТВ-612-10	75,0	572	60	578	48,0	582	35,0	588	30		590	60,0	578
	МТВ-613-10	100	574	80	580	65,0	584	43,0	590	36		592	80,0	580
	МТВ-711-10	125	580	100	585	80,0	588	52,0	592				100	584
	МТВ-712-10	155	582	125	587	100	590	65,0	593		*		125	587
	МТВ-713-10	200	582	160	587	125	500	86,0	593				160	587

Примечание. * Не изготовляются. Следует применять электродвигатели МТВ с независимой вентиляцией (продуваемые).

Таблица 2.5

Технические данные крановых электродвигателей

		ПВ 15%		ПВ 25%		ПВ 40%		ПВ 60%		ПВ 100%		Часовой ре-
												жим
	Тип электродви-
			n,
	гателя	P,		P,	n, -1	P,	n, -1	P,	n, -1	P,	n, -1	P,	n, -1
			мин-
		кВт	1	кВт	мин	кВт	мин	кВт	мин	кВт	мин	кВт	мин
	МТК-11-6	2,7	837	2,2	883	1,8	910	1,5	926	1,1	947	1,8	910
	МТК-12-6	4,0	852	3,5	875	2,8	907	2,3	923	1,8	940	2,8	907
	МТК-21-6	6,2	880	5,0	910	4,2	925	3,5	938	2,5	955	4,2	925
	МТК-22-6	9,0	880	7,5	905	6,3	922	5,0	938	3,6	955	6,3	922
	МТК-31-6	13,5	896	11,0	920	9,5	930	7,5	945	6,0	955	9,5	930
	МТК-31-8	9,3	657	7,5	682	6,5	693	5,3	705	3,7	720	6,0	968
	МТК-41-8	13,5	665	11,0	685	9,5	695	8,0	705	5,3	722	9,2	967
	МТК-42-8	19,5	667	16,0	685	13,0	700	10,5	710	7,0	723	13,0	700
	МТК-51-8	26,5	675	22,0	692	17,5	705	14,5	713	10,0	726	17,5	705
	МТК-52-8	33,5	681	28,0	695	22,0	708	19,0	715	14,0	725	24,0	704

Производится разбивка Uобщ по отдельным ступеням с определением фактических передаточных чисел всех передач с учетом следующих рекомендаций:

•передаточное число передачи принимается близкое к среднему значению, но не должно быть меньше рекомендуемого в табл. 2.2;

•передаточные числа зубчатых передач должны иметь дробные значения (для лучшей приработки зубьев);

•в приводах, имеющих несколько зубчатых передач, тихоходные передачи должны иметь передаточное число на 20–40 % меньше быстроходной (для получения более компактного привода);

•передаточное число червячной передачи принимается исходя из

того, что число зубьев червячного колеса Z2 должно быть больше 26, а заходность червяка Z1 = 1, 2, 4;

•передаточное число конической передачи принимать не более

Uкон=3,15.
Uобщ. = U1 U2 ...Uп .	(2.4)

Полученное по формуле (2.4) значение Uобщ не должно отличаться от полученного значения по формуле (2.3) больше чем на 5%.

Определяем угловые скорости на валах

ω

=

ω1

;

ω

=

ω1

;

ω

=

ω1

и т.д.

2

3

4

U1

U1U2

U1U 2U3

2.3.Определение крутящих моментов на валах

иих проверочный расчет

Крутящий момент на валах определяется по формуле

Т

=

Р1

; Т

=

Р2

; Т

=

Р3

и т.д.

1

2

3

ω1

ω2

ω3

где Т – крутящий момент на валу, Н·м; Р – мощность на валу, Вт; ω – угловая скорость, с-1.

Полученные значения крутящих моментов необходимо проверить по формуле

Т2 = Т1U1η1−2 ; Т3 = Т1U1U 2η1− 2η2−3 и т.д.

Отклонение не должно превышать 2–3%. Результаты расчетов свести в табл. 2.6.

Таблица 2.6

Сводная таблица результатов расчетов

		Мощность	Угловая	Частота	Крутящий
	Номер вала		скорость ω,	вращения n,	момент Т,
		Р, кВт
			с-1	мин-1	Н·м
	1
	2
	3
	и т. д.

3. РАСЧЕТ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ

Исходные данные: кинематическая схема передачи; крутящий момент на шестерне Т1 и колесе Т2, Н·м; угловая скорость шестерни ω1 и колеса ω2, с-1; U – передаточное число передачи.

Расчет цилиндрических прямозубых, косозубых, шевронных передач производится в соответствии с ГОСТ 21354. Основными видами являются расчет на контактную выносливость активных поверхностей зубьев и расчет зубьев на выносливость при изгибе. Так как основной причиной выхода из строя зубьев закрытых передач, работающих при хорошей смазке, является усталостное контактное выкрашивание, то проектный расчет закрытых передач выполняют на контактную выносливость с последующей проверкой зубьев на контактную выносливость и выносливость при изгибе. Открытые зубчатые передачи рассчитывают на выносливость по напряжениям изгиба.

В предлагаемой методике расчета зубьев на контактную выносливость и выносливость при изгибе принят постоянный режим нагрузки, для которого при длительной работе эквивалентное число циклов перемены напряжения NH больше базового числа циклов NHO (NH > NHO). В этом случае коэффициент долговечности КHL, учитывающий влияние срока службы и режима нагрузки, принимается равным КHL = 1.

3.1. Выбор материала и определение допускаемых напряжений

Зубчатые колеса редукторов в большинстве случаев изготавливают из углеродистой или легированной конструкционных стали. При выборе марок стали учитывают передаваемый крутящий момент, назначение и тип передачи, требования к габаритам и массе, технологию изготовления, экономическую целесообразность. Некоторые стали, рекомендуемые для зубчатых колес, виды их термообработки и механические свойства приведены в табл. 3.1. В зависимости от твердости, определяемой технологией изготовления, стальные колеса разделяются на две группы:

1. Зубчатые колеса с твердость НВ≤350, при термообработке улучшение и нормализация. Применяются в мало- и средненагруженных передачах при отсутствии жестких требований к массогабаритным

характеристикам и в изделиях индивидуального и мелкосерийного производства.

2. Зубчатые колеса с твердостью НВ > 350 (объемная и поверхностная закалка, цементация, нитроцементация, цианирование, азотирование, борирование) применяются в высоконагруженных, склонных к заеданию зубьев передач при одновременном требовании к снижению габаритов и массы, а также в изделиях крупносерийного и массового производства.

С целью лучшей приработки зубьев и повышения КПД необходимо назначать для шестерни твердость на 20-50 единиц НВ выше, чем для колеса.

Так как в учебных заведениях в основном предусматривается проектирование мало- и средненагруженных передач для условий индивидуального и мелкосерийного производства, то более целесообразно ориентироваться на материалы первой группы. При этом рекомендуется принимать для шестерни и колеса материал одной марки, а необходимую твердость обеспечивать различной термообработкой.

Допускаемые контактные напряжения для каждого из зубчатых колес [σН1]и [σН2] определяются по формуле

[σ		]=	σнlim	Ζ	Ζ K		K		,	(3.1)
	нi					L		XH
			SН		R V
где: SH – коэффициент запаса прочности (табл. 3.1).
Z R		– коэффициент, учитывающий шероховатость поверхности

зубьев;

ZV – коэффициент, учитывающий окружную скорость;

KL – коэффициент, учитывающий влияние смазки;

KXH – коэффициент, учитывающий размер зубчатого колеса.

При проектировочных расчетах по ГОСТ 21354 принимают

Z R ZV K L K XH = 0,9 ;

σ H lim – предел контактной выносливости поверхности зубьев, МПа.

σ Н lim = σ H limb KHL ,

где K HL – коэффициент долговечности, принимаемый равным

KHL = 1;

σH lim b – предел контактной выносливости поверхности, соот-

ветствующей базовому числу циклов перемены напряжений, МПа (зависит от твердости материала зубьев, табл.3.2).

Таблица 3.1

Механические характеристики сталей для изготовления зубчатых колес

		Механические свойства
Марка						Термическая
	Твердость		Предел		Предел те-		SH	Sf΄
стали			прочности,		кучести, σт,	обработка
	НВ	НRС
			σв, МПа		МПа
1	2	3	4		5	6	7	8
		Заготовка (поковка, штамповка Sf"=1, прокат Sf"=1,15)
40	192–228	–	687		392	Улучшение	1,1	1,75
45	179–207	–	600		320	Нормализация	1,1	1,75
45	235–262	–	780		540	Улучшение	1,1	1,75
45	269–302	–	890		650	Улучшение	1,1	1,75
50	179–228	–	628		343	Нормализация	1,1	1,75
50	228–255	–	687–785		520	Улучшение	1,1	1,75
40Х	235–262	–	790		640	Улучшение	1,1	1,75
40Х	269–302	–	1000		800	Улучшение	1,1	1,75
40Х	–	45–50	1000		800	Улучшение + ТВЧ	1,2	1,55
35ХМ	235–262	–	800		670	Улучшение	1,1	1,75
35ХМ	269–302	–	950		850	Улучшение	1,1	1,75
35ХМ	–	48–53	950		850	Улучшение + ТВЧ	1,2	1,55
50ХН	235–262	–	850		700	Улучшение	1,1	1,75