Протокол №9 от 9 марта 2003 1 страница

К курсовому и дипломному проектированию

Учебное пособие

РАСЧЕТЫ МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧ

для студентов механических специальностей

Утверждено на заседании

кафедры ОКММ

Краматорск 2003

УДК 621.81 (07)

Расчеты механических передач: Учебное пособие к курсовому и дипломному проектированию для студентов механических специальностей / Сост. С.Г.Карнаух. - Краматорск: ДГМА, 2003. – 292 с.

Данное учебное пособие предназначено для помощи студентам заочного отделения при выполнении контрольной работы. Приведена методика кинематического расчета привода и выбора электродвигателя к нему. Содержатся справочные данные по асинхронным короткозамкнутым электродвигателям серии 4А, необходимые данные для кинематического расчета и выбора салазок для электродвигателей. Собраны воедино все справочные данные, необходимые для расчета зубчатых передач в закрытом редукторном исполнении, червячных передач, а также ременных и цепных передач. Все расчеты иллюстрируются примерами.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение. 6

1 Выбор электродвигателя. Кинематический расчет привода 7

1.1 Общие сведения. 7

1.2 Сравнительная оценка механических передач приводов машин 8

1.3 Общая характеристика двигателей. 11

1.4 Выбор электродвигателя. 26

1.5 Кинематический расчет привода. 28

1.5.1 Определение общего передаточного числа. 28

1.5.2 Разбивка общего передаточного числа по ступеням.. 29

1.5.3 Расчет кинематической погрешности. 34

1.6 Расчеты частот, мощностей и вращающих моментов отдельных элементов привода 35

1.6.1 Расчет частот вращения. 35

1.6.2 Расчет мощностей. 36

1.6.3 Расчет вращающих моментов. 37

1.7 Примеры расчетов. 39

1.8 Выбор салазок для электродвигателя. 64

2 Зубчатые передачи в закрытом исполнении. 65

2.1 Теоретические предпосылки к расчетам.. 65

2.2 Рекомендуемый порядок расчета передач в закрытом исполнении 82

2.2.1 Передачи цилиндрическими зубчатыми колесами. 82

2.2.1.1 Исходные данные. 82

2.2.1.2 Проектировочный расчет. 83

2.2.1.3 Проверочный расчет. 102

2.2.2 Конические зубчатые передачи. 113

2.2.2.1 Исходные данные. 113

2.2.2.2 Проектировочный расчет. 113

2.2.2.3 Проверочный расчет. 118

2.3 Примеры расчетов. 121

2.3.1 Расчет шевронной передачи 1-2. 121

2.3.2 Расчет косозубой цилиндрической передачи 3-4. 130

2.3.3 Расчет конической передачи 1-2. 141

2.3.4 Расчет цилиндрических прямозубых передач 3-4 и 5-6 151

2.3.4.1 Расчет пары 3-4. 151

2.3.4.2 Расчет пары 5-6. 161

2.3.5 Расчет прямозубой цилиндрической передачи 1-2 цилиндро-червячного редуктора 164

3 Расчет червячных цилиндрических передач в редукторном исполнении 173

3 1 Исходные предпосылки к расчёту. 173

3.2 Материалы и допускаемые напряжения. 176

3.3 Расчет на контактную выносливость. 181

3.3.1 Расчет проектировочный (предварительный) 181

3.3.2 Расчет проверочный. 182

3.3.2.1 Проверка контактной выносливости зубьев колеса 182

3.3.2.2 Проверка изгибной выносливости зубьев колеса. 183

3.3.2.3 Проверка статической изгибной прочности зубьев колеса 185

3.3.2.4 Проверка передачи на теплостойкость. 186

3.4 Рекомендуемый порядок расчета передачи. 189

3.4.1 Расчет передачи проектировочный. 189

3.4.2 Расчет передачи проверочный. 198

3.5 Пример расчёта. 200

4 Цепные передачи. 207

4.1 Общие сведения. 207

4.2 Конструкция приводных роликовых цепей. 208

4.3 Звездочки приводных роликовых цепей. 210

4.4 Геометрические параметры цепной передачи. 211

4.4.1 Числа зубьев звездочек. 211

4.4.2 Шаг цепи. 212

4.4.3 Межосевое расстояние передачи. 215

4.4.4 Число звеньев цепи. 216

4.4.5 Уточнение межосевого расстояния передачи. 216

4.5 Расчет передачи приводной роликовой цепью.. 217

4.5.1 Основные критерии работоспособности. 217

4.5.2 Расчет износостойкости шарниров цепи. 217

4.5.3 Расчет усталостной прочности деталей цепи. 219

4.5.4 Проверка статической прочности цепи. 220

4.6 Последовательность расчета передачи приводной роликовой цепью 222

4.6.1 Исходные данные. 222

4.6.2 Предварительный расчет передачи. 223

4.6.3 Проверочные расчеты передачи. 227

4.7 Пример расчета. 231

5 Ременные передачи. 241

5.1 Плоскоременная передача. 243

5.1.1 Краткие сведения о передаче и ее элементах. 243

5.1.2 Рекомендуемый порядок расчета передачи. 247

5.2 Передача клиновыми и поликлиновыми ремнями. 261

5.2.1 Краткие сведения о передаче и ее элементах. 261

5.2.2 Рекомендуемый порядок расчета передачи клиновыми ремнями 263

5.2.3 Рекомендуемый порядок расчета передач поликлиновыми ремнями 274

5.3 Примеры расчетов. 281

Список рекомендованной литературы.. 294

Введение

В настоящем учебном пособии приведены основные сведения, необходимые для обоснованного выбора электродвигателя серии 4А при заданной кинематической схеме привода и нагрузке на выходном валу привода. Приведена методика кинематического расчета привода, включающего открытые передачи гибкой связью (ременные и цепные) и закрытые зубчатые и червячные передачи (редукторы и коробки скоростей). Справочный материал позволяет осуществлять выбор электродвигателя и салазок для его крепления, а также выполнять практические расчеты. Примеры расчетов иллюстрируют правильность использования предложенной методики.

Собраны воедино справочные данные, необходимые для расчета зубчатых передач в закрытом редукторном исполнении. Расчет на прочность прямозубых и косозубых передач цилиндрическими зубчатыми колесами стандартизован ГОСТ 21354-87. В учебном курсовом проектировании студенты сталкиваются с расчетами закрытых передач небольшой мощности, без особых ограничений габаритов и выбора чисел зубьев, поэтому расчеты этих передач излагаются с незначительными упрощениями, по сравнению со стандартными, и рассматриваются, в основном, передачи, зубчатые колеса которых нарезаются без смещения режущего инструмента. Извлечения из стандартов включают данные, реально необходимые для расчетов. Графики для выбора численных значений некоторых коэффициентов заменены таблицами.

1 Выбор электродвигателя. Кинематический расчет привода

1.1 Общие сведения

Для приведения в движение исполнительных механизмов большинства машин используются приводы, состоящие из двигателей, систем механических передач и муфт, соединяющих отдельные валы. Таким образом, под приводом следует понимать устройство для приведения в действие рабочего органа машины. Наибольшее распространение, благодаря простоте конструкции, достаточной надежности, относительной дешевизне и высокому КПД, получили механические приводы.

Приводы большей части машин допускают использование стандартных двигателей, муфт и механических передач. Механические приводы общего назначения классифицируют по числу и типу двигателя, а также по типу использующихся передач.

По числу двигателей приводы делятся на групповые, oдно- и многодвигателевые.

Групповой привод служит для приведения в движение нескольких отдельных рабочих органов машины. Привод этого типа используется в некоторых металлообрабатывающих станках, в различных строительных и погрузочно-разгрузочных машинах. Групповой привод имеет большие габаритные размеры, сложную конструкцию и низкий КПД.

Однодвигателевый привод распространен наиболее широко, особенно в машинах с одним рабочим органом, приводимым в движение от одного двигателя (в большинстве случаев электродвигателя).

Многодвигателевый привод используется в сложных машинах, имеющих несколько рабочих органов или один рабочий орган, потребляющий большое количество энергии (например, конвейер большой длины). Такие приводы используются в подъемно-транспортных машинах, сложных металлообрабатывающих станках и т.п.

По типу двигателей различаются приводы: с электродвигателями, с двигателями внутреннего сгорания, с паровыми и газовыми двигателями, гидро- и пневмодвигателями.

В состав механических приводов могут входить такие типы передач: зубчатые (цилиндрические и конические), червячные, передачи с промежуточной гибкой связью (ременные, цепные), передачи «винт-гайка». Передачи в приводе могут быть как однотипными, так и комбинированными.

1.2 Сравнительная оценка механических передач приводов машин

Одной из важнейших инженерных задач при проектировании машин является выбор привода. В некоторых приводах можно вообще обойтись без механических передач (вал электродвигателя напрямую посредством муфты соединяется с валом исполнительного механизма). В других приводах используются две механических передачи и более, одного или разных типов. Кинематическим параметром, который определяет потребность использования механической передачи в приводе, является ее передаточное число. Общее передаточное число привода определяется отношением частоты (угловой скорости) вала двигателя к частоте (угловой скорости) приводного вала исполнительного механизма или рабочего органа машины:

.

Поскольку частота вращения вала большинства электродвигателей высокая и постоянная или изменяется в незначительных пределах, а частота вращения приводного вала исполнительного механизма обычно достаточно низкая, то передаточное число привода . Если , а изменение направления вращения приводного вала исполнительного механизма можно осуществить за счет реверса двигателя, то приводной вал рабочего органа можно соединять с валом электродвигателя непосредственно с помощью муфты. Во всех остальных случаях составной частью привода являются механические передачи.

Возможность использования в приводе машины той или иной механический передачи определяется рядом факторов: особенностями отдельных передач, общим передаточным числом привода, передаваемой мощностью и частотой вращения валов, расстоянием между валами и их взаимным расположением, наличием необходимых условий технического обслуживания, ресурсом привода и др. Для возможности общей ориентации при проектировании приводов в табл. 1 приведены основные сравнительные характеристики основных типов механических передач, которые чаще всего используются в серийных приводах энергетических, технологических и транспортных машин. Показатели относительных габаритных размеров, массы и стоимости передач приведены в сравнении с зубчатой цилиндрической передачей.

Таблица 1 - Сравнительные характеристики основных типов механических передач

Тип передач	Максимальная мощность, кВт	Максимальная окружная скорость, м/с	Средний КПД	Передаточное число, не более	Относительный габаритный размер	Отно-сите-льная масса	Относительная стоимость
Зубчатая цилиндрическая			0,98
Зубчатая коническая			0,97		1,8	1,2
Червячная			0,6…0,8		1,5	1,1	1,6
Цепная			0,96		1,6	0,8	0,4
Клиноременная			0,93			0,5	0,3
Плоскоре-менная			0,95			0,4	0,2
Фрикционная			0,94			1,5	0,8

Наиболее рациональным является использование механических передач в виде отдельных механизмов - зубчатых и червячных редукторов, коробок скоростей, вариаторов. Редукторы обладают высокой нагрузочной способностью, малыми габаритными размерами, могут обеспечивать достаточно высокие передаточные числа, просты в эксплуатации. Коробки скоростей применяются в случае необходимости ступенчатого регулирования частоты вращения приводного вала исполнительного механизма или изменения направления его вращения при постоянном направлении вращения вала электродвигателя. Вариаторы обеспечивают возможность плавного бесступенчатого регулирования передаточного числа привода и его реверса. Они позволяют выбирать наиболее выгодные режимы работы машины. Однако вариаторы имеют сложную конструкцию и низкую нагрузочную способность.

Использование в приводах отдельных открытых передач (цепных, ременных) чаще обусловлено компоновкой машины, а также некоторыми их особенностями и преимуществами в сравнении с другими передачами.

1.3 Общая характеристика двигателей

Для приводов могут использоваться двигатели следующих типов: электродвигатели, двигатели внутреннего сгорания, гидро- и пневмодвигатели. Тип двигателя выбирается с учетом факторов: назначение машины, для которой проектируется привод, наличие того или иного источника энергии; потребляемая мощность; ограничения по массе, габаритам и условиям работы; режим работы привода и соответствие его механических характеристик условиям работы.

Гидро- и пневмодвигатели используются преимущественно в многодвигателевых приводах машин. Энергоносителем таких двигателей служит сжатая жидкость или воздух. Для использования гидро- и пневмодвигателей в приводах отдельных агрегатов машины необходимо иметь соответствующие централизованные системы подачи энергоносителя.

Двигатели внутреннего сгорания наибольшее применение находят в транспорте и приводах энергетических машин - электрогенераторов и компрессоров. Они незаменимы для приводов машин, работающих в отдаленных районах, где отсутствуют линии электропередач. Главный недостаток двигателей внутреннего сгорания – загрязнение окружающей среды продуктами отработанных выхлопных газов.

Электродвигатели наиболее широко используются в приводах энергетических, технологических и транспортных машин. Они стандартизованы и выпускаются промышленностью разных типоразмеров в диапазоне мощностей от 10 Вт до 400 кВт и более. Электродвигатели могут применяться в различных климатических условиях, на открытом воздухе, в запыленных помещениях, во влажных и химически активных средах. Электродвигатели делятся на двигатели постоянного и переменного тока. Двигатели постоянного тока обеспечивают плавное регулирование скоростей в широких пределах, имеют соответствующие механические характеристики, дают возможность добиться достаточной точности движения. Эти двигатели используются в приводах электрических транспортных средств, некоторых подъемных кранов и технологических машин. Двигатели переменного тока бывают однофазные асинхронные (имеют небольшую мощность и используются преимущественно в приводах бытовых машин и устройств), трехфазные синхронные (их частота вращения не зависит от нагрузки, применяют в приводах большой мощности) и трехфазные асинхронные. Последние имеют наибольшее распространение в разных отраслях хозяйства. Их преимущества по сравнению с другими типами двигателей: простота конструкции, меньшая стоимость, более высокая эксплуатационная надежность. К основным типам современных электродвигателей относятся трехфазные асинхронные электродвигатели серий 4A, 4АС, 4АР, МTKF, MTF, МТН. Трехфазные асинхронные двигатели единой серии 4А с короткозамкнутым ротором выпускаются мощностью 0,06…400 кВт и высотой оси вращения ротора 50 … 355 мм. Такие двигатели используются в приводах машин, к которым не предъявляются особые требования в отношении пусковых характеристик. У асинхронных двигателей различают: - синхронную частоту вращения ротора (при отсутствии нагрузки) и - фактическую частоту вращения ротора (или номинальную). Синхронная частота вращения, т.е. частота вращения магнитного поля, зависит от частоты тока и числа пар полюсов :

.

Синхронная угловая скорость

.

У нагруженного двигателя частота вращения ротора всегда меньше синхронной:

,

где s - скольжение: .

При , при .

Трехфазные асинхронные электродвигатели изготовляют с числом пар полюсов p от 1 до 6. При частоте тока синхронная частота вращения зависит от :

.

Ряд синхронных частот вращения: 3000;1500;1000;750;600;500 мин^-1.

Тихоходные электродвигатели имеют значительные габариты и дороже быстроходных. Поэтому применять электродвигатели с частотой вращения 750 мин^-1 и менее следует только в технически обоснованных случаях.

Технические данные электродвигателей серии 4А указаны в ГОСТ 19523-81; их маркировка означает: 4АН - электродвигатели с короткозамкнутым ротором, защищенные от попадания частиц и капель и имеющие предохранение от прикосновения к вращающимся частям, находящимся под током; 4А - электродвигатели с короткозамкнутым ротором, закрытые, обдуваемые (табл. 2), их применяют для привода машин, к которым не предъявляются особые требования.

Таблица 2 — Двигатели трехфазные асинхронные короткозамкнутые серии 4А, закрытые, обдуваемые, с высотой оси вращения 50…250 мм (по ГОСТ 19523-81)

Мощность, кВт	Типоразмер двигателя	Скольжение, %	Номинальная частота, мин^-1
Синхронная частота вращения
0,09	4АА50А2УЗ	8,6		2,2
0,12	4АА50В2УЗ	9,7		2,2
0,18	4АА56А2У3	8,0		2,2
0,25	4АА56В2УЗ	8,0		2,2
0,37	4А63А2УЗ	8,3		2,2
0,55	4А63В2УЗ	8,5		2,2
0,75	4А71А2У3	5,9		2,2
1,1	4А71В2УЗ	6,3		2,2
1,5	4А80А2УЗ	4,2		2,2
2,2	4А80В2УЗ	4,3		2,2
	4A90L2У3	4,3		2,2
	4А100S2УЗ	3,3		2,2
5,5	4А100L2УЗ	3,4		2,2
7,5	4А112М2УЗ	2,5		2,2
	4А132М2УЗ	2,3		2,2	1,6
	4А160S2УЗ	2,1		2,2	1,4
18,5	4А160М2УЗ	2,1		2,2	1,4
	4A180S2Y3	2,0		2,2	1,4
	4А180М2УЗ	1,9		2,2	1,4
	4А200М2УЗ	1,9		2,2	1,4
	4А200L2УЗ	1,8		2,2	1,4
	4А225М2УЗ	1,8		2,2	1,2
	4А250S2УЗ	1,4		2,2	1,2

Продолжение таблицы 2

Синхронная частота вращения
0,06	4АА50А4УЗ	8,1		2,2
0,09	4AA50B4У3	8,6		2,2
0,12	4АА56А4УЗ	8,0		2,2
0,18	4А56В4УЗ	8,7		2,2
0,25	4АА63А4УЗ	8,0		2,2
0,37	4АА63В4УЗ	9,0		2,0
0,55	4А71А4УЗ	7,3		2,0
0,75	4А71В4УЗ	7,5		2,0
1,5	4А80В4УЗ	5,8		2,2
2,2	4А90L4УЗ	4,3		2,2
	4A100S4У3	4,4		2,2
	4А100L4УЗ	4,7		2,2
5,5	4А112M4УЗ	3,7		2,2
7,5	4А132S4УЗ	3,0		2,2
	4А132М4УЗ	2,8		2,2
	4А160S4УЗ	2,3		2,2	1,4
18,5	4А160М4УЗ	2,2		2,2	1,4
	4A180S4Y3	2,0		2,2	1,4
	4А180М4УЗ	1,9		2,2	1,4
	4А200М4УЗ	1,7		2,2	1,4
	4А200L4УЗ	1,6		2,2	1,2
	4А225М4УЗ	1,4		2,2	1,2
	4А250S4УЗ	1,2		2,2	1,2
	4А250М4УЗ	1,3		2,2	1,2

Продолжение таблицы 2

Синхронная частота вращения
0,18	4АА63А6УЗ	11,5		2,2
0,25	4АА63В6УЗ	10,8		2,2
0,37	4А71А6У3	9,2		2,2
0,55	4А71В6УЗ			2,2
0,75	4А80А6УЗ	8,4		2,2
1,1	4А80В6УЗ	8,0		2,2
1,5	4А90L6УЗ	6,4		2,2
2,2	4A100L6У3	5,1		2,2
3,0	4А112МА6УЗ	4,7		2,2
4,0	4А112МВ6УЗ	5,1		2,2
5,5	4А132S6УЗ	3,3		2,2
7,5	4А132М6У3	3,2		2,2
	4А160S6У3	2,7		2,0	1,2
	4А160М6УЗ	2,6		2,0	1,2
18,5	4А180М6УЗ	2,7		2,0	1,2
22,5	4А200М6УЗ	2,3		2,0	1,2
	4А200L6УЗ	2,1		2,0	1,2
	4А225М6УЗ	1,8		2,0	1,2
	4А250S6УЗ	1,4		2,0	1,2
	4А250М6УЗ	1,3		2,0	1,2

Продолжение таблицы 2

Синхронная частота вращения
0,25	4А71В8УЗ	12,7		1,7	1,3
0,37	4А80А8УЗ	8,9		1,7	1,6
0,55	4А80В8УЗ	9,0		1,7	1,6
0,75	4А90LА8УЗ	6,0		1,7	1,6
1,1	4A90LB8У3	7,0		1,7	1,6
1,5	4А100L8УЗ	7,0		2,2	1,8
2,2	4А112МА8УЗ	6,8		2,2	1,8
3,0	4А112МВ8УЗ	5,8		2,2	1,8
4,0	4A132S8У3	4,1		2,2	1,8
5,5	4А132М8УЗ	4,1		2,2	1,8
7,5	4А160S8УЗ	2,5		2,2	1,4
	4А160М8УЗ	2,5		2,2	1,2
	4А180М8УЗ	2,6		2,2	1,2
18,5	4А200М8УЗ	2,3		2,2	1,2
22,5	4А200L8У3	2,7		2,0	1,2
	4А225М8УЗ	1,8		2,0	1,2
	4А25058УЗ	1,6		2,0	1,2
	4А250М8УЗ	1,4		2,0	1,2

Примечания:

Дата добавления: 2015-04-24