Расчет привода электрической лебедки

Содержание

Введение  …………………………………………………………………………..4

1 Кинематический расчет привода ……………………………………………...5                                                                                                           

1.1 Выбор электродвигателя. Определение силовых и кинематических характеристик привода …………………………………………………………..5                                                                                                          

1.2 Определение мощностей, частот вращения и вращающих моментов на валах ………………………………………………………………………………7

2 Расчет червячной передачи ……………………………………………………9

2.1 Выбор материала червяка и червячного колеса ……………………………9

2.2 Определение допускаемых контактных напряжений и напряжений

изгиба ……………………………………………………………………………..9                     

2.3 Проектный расчет …………………………………………………………..11

2.4 Проверочный расчет ………………………………………………………..14

3 Эскизное проектирование ……………………………………………………16

3.1 Проектные расчеты валов ………………………………………………….16

3.2 Эскизная компановка редуктора. Выбор типа и схемы установки подшипников ……………………………………………………………………17

3.3 Составление компоновочной схемы ………………………………………17

4 Расчет клиноременной передачи …………………………………………….19

4.1 Проектный расчет клиноременной передачи ……………………………..19

4.2 Проверочный расчет клиноременной передачи …………………………..21

5 Проверочный расчет подшипников качения ………………………………..22

6 Назначение посадки подшипников качения ………………………………...31

7 Выбор соединений …………………………………………………………....32

8 Проверочные расчеты валов ………………………………………………....33

9 Выбор смазочных материалов червячного редуктора……………………...44

10 Тепловой расчет червячного редуктора …………………………………...45

11 Расчет муфт ………………………………………………………………….46

11.1 Подбор и проверочный расчет упругой муфты …………………………46

Список  использованной литературы ………………………………………….48

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Темой курсового проекта является расчет привода электрической лебедки. Лебедка состоит из электродвигателя, открытой передачи (ременная передача), одноступенчатого червячного редуктора  и муфты. Червячный редуктор выполняет  функцию тихоходной ступени. Одним из главных требований к червячному редуктору - это высокая точность изготовления и сборки.

Червячный редуктор предназначен для передачи вращательного движения с изменением его направления и уменьшения частоты вращения ведомого вала. В червячных редукторов в качестве быстроходного вала является вал-червяк, который и воспринимает крутящий момент от электродвигателя с помощью ременной передачи.

Червячный редуктор имеет следующие преимущества по сравнению с цилиндрическим: дает возможность использовать большие передаточные числа одной червячной парой (до 80), плавность работы при подъеме или опускании без значительных динамических нагрузок (на примере лебедки). Но вместе с преимуществами червячный редуктор имеет следующие недостатки: низкий КПД (до 80%) по сравнению с зубчатой ​​передачей, значительное выделение тепла (нагрев редуктора) в результате трения между червяком и червячным колесом при зацеплении, а при таких условиях необходимо устанавливать дополнительное охлаждение, что усложняет конструкцию. Также недостатком червячного редуктора является то, что при изготовлении необходимо применять антифрикционные материалы (изготавливать червячное колесо разъемным, выполняя венец червячного колеса из бронзы), что в свою очередь увеличивает стоимость изготовления и последующего ремонта.

При выполнении курсового проекта я  выполнил ряд расчетов. А именно: сначала определил основные параметры электродвигателя и выбрал тип электродвигателя, принял необходимые материалы для изготовления червячной пары и определил допустимое напряжение. Затем я рассчитал основные геометрические параметры червячной передачи и вычислил КПД, а также осуществил проектировочные расчеты валов и вычислил типоразмеры подшипников. Следующим этапом стал расчет ременной передачи, окончательный отбор подшипников и их посадки и посадки червячного ко-леса. Определил тип шпоночного соединения и выбрал размеры шпонок. Далее я выполнил проверочный расчет валов, выбрал тип смазки и марку масла, сделал тепловой расчет редуктора и выбрал тип муфты.

Последним этапом курсового проекта является выполнение рабочих чертежей быстроходной и тихоходной валов, червячного колеса, сборочных чертежей привода лебедки, а также червячного редуктора.

 

 

 

 

 

1 Кинематический расчет привода

1.1 Выбор электродвигателя. Определение силовых и кинематических характеристик привода

          Определение потребной мощности рабочей машины [1]:

P_рм = F∙v, Вт,

где F — сила, F =2500Н;

      v — линейная скорость, v=1,1 м/с;

Р_рм = 2500 ∙ 1,1 = 2750 Вт.

         Определение общего коэффициента полезного действия привода [1]:

η = η_м ∙ η_чр ∙ η_пп ∙ η_пк · η_пс ,

где:  η_м – КПД муфты, η_м=0,98;

η_чр – КПД червячного редуктора, η_чр=0,8;

η_рп – КПД клиноременной передачи; η_кп=0,95;

η_пк – КПД пары подшипников качения; η_пк=0,99;

η_пс – КПД пары подшипников скольжения, η_пс=0,98.

η = 0,98 ∙ 0,8 ∙ 0,95 ∙ 0,99 · 098 = 0,72

Определение необходимой мощности двигателя  [1]:

, Вт

3731,34 Вт

Выбираем  тип двигателя по номинальной  мощности и возможной частотой вращения [9].

Каждому значению номинальной мощности Р_ном соответствует в большинстве не одно, а несколько типов двигателей с различными частотами вращения, синхронными 3000, 1500, 1000, 750 мин^-1. Выбранные типы двигателей сводим в таблицу 1.1:

Таблица 1.1 - Выбор типа двигателя

Вариант	Типи двигателя	Номинальная мощность Рном., кВт	Частота вращения при номинальном режиме nном мин-1
1	4АМ71А2У	4	2850
2	4АМ80В4У3	4	1415
3	4АМ90L6У3	4	935
4	4AM100L8У3	4	700

       Определение частоты вращения приводного вала рабочей машины  n мин^-1 [1]:

, мин^-1

где:    D – диаметр барабана; D = 550 мм;

 38,2 мин^-1.

 

Определение передаточных чисел привода [1]:

; ; ; ;

; ; ; .

Определение передаточных чисел ступеней привода:

Для одноступенчатой ​​закрытой червячной передачи с числом витков z₁=1, 2, 4 (ГОСТ 2144-75) принимаем u_чр = 16 [9].

Вычисляем возможные значения передаточных чисел открытой передачи для каждого варианта двигателя из таблицы 1.1:

; ; ; ;

; ; ; .

В зависимости от типа передач, входящих в привод, кинематических характеристик  рабочей машины, определенного передаточного числа привода и его ступеней принимаем электрический двигатель: марка: 4АМ90L6У3:

Р_ном = 4 кВт; n_ном = 935 мин^-1 [таблица 1.1].

Определяем  максимально допустимое отклонение частоты вращения вала рабочей машины [1]:

,

где δ – допустимое отклонение скорости подъема 4%;

.

Определяем  допустимую частоту вращения вала рабочей машины:

Допустимую  частоту вращения вала рабочей машины определяем с учетом отклонений [1]:

[n_рм] = n_рм ±Δn_рм, мин^-1;

[n_рм] = 38,2±1,53 = 36,67−39,7.

Принимаем допустимую частоту вращения вала рабочей машины

  [n_рм] = 38 мин^-1.

Определяем  фактическое передаточное число привода [1]:

 

;   .

Уточняем  передаточное число открытой передачи [1]:

;   .

 

1.2 Определение мощностей, частот вращения и вращающих моментов на валах [1]:

Мощность  на валах:

– двигателя:

Р_ном = 4 кВт;

– быстроходного вала редуктора:

Р₁ = Р_ном · η_пп · η_пк, кВт;       Р₁ = 4 · 0,95 · 0,99 = 3,76 кВт;

– тихоходного вала редуктора:

Р₂ = Р₁ · η_чр · η_пк, кВт;       Р₂ = 3,76 · 0,8 · 0,99 = 2,98 кВт;

– рабочей машины:

Р_рм = Р₂ · η_м · η_пс, кВт;       Р_рм = 2,98 · 0,98 · 0,98 = 2,86 кВт.

Частота вращения валов:

– двигателя:

n_ном = 935 мин^-1;

– быстроходного вала редуктора:

, мин^-1       мин^-1;

– тихоходного вала редуктора:

, мин^-1      мин^-1;

– рабочей машины:

n_рм = n₂, мин^-1          n_рм = 38,18 мин^-1.

Угловая скорость валов:

– двигателя:

, с^-1        с^-1;

– быстроходного вала редуктора:

, с^-1       с^-1;

– тихоходного вала редуктора:

, с^-1       с^-1;

– рабочей машины:

ω_рм = ω₂, с^-1       ω_рм = 4 с^-1.

Крутящие  моменты на валах:

– двигателя:

, Нм;

 Нм;

– быстроходного вала редуктора:

Т₁ = Т_дв · u_опф · η_пп · η_пк, Нм    Т₁ = 40,9 · 1,53 · 0,95 · 0,99 = 58,85 Нм;

– тихоходного вала редуктора:

Т₂ = Т₁ · u_чр · η_чр · η_пк, Нм     Т₂ = 58,85 · 16 · 0,8 · 0,99 = 745,79 Нм;

– рабочей машины:

Т_рм = Т₂ · η_м · η_пс, Нм      Т_рм = 745,79 · 0,98 · 0,98 = 716,26 Нм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Расчет червячной передачи

2.1 Выбор материала червяка и червячного колеса

Материал  для изготовления червяка выбираем из таблицы 2.1. [9]:

Выбираем  Сталь 40ХН с термообработкой - улучшение. Твердость поверхности 269…302 HВ, D_гран = 200 мм,  S_гран = 125 мм.

Механические  характеристики выбранного материала:

σ_в – предел прочности, σ_в = 920 МПа;

σ_т – предел текучести, σ_т = 750 МПа;

σ_-1 – предел пропорциональности, σ_-1 = 420 МПа.

  Определяем скорость скольжения [1]:

, м/с

где:    ω₂ – угловая скорость на тихоходном валу, ω₂=4 с^-1;

 м/с.

Выбираем  материал червячного колеса в зависимости  от скорости скольжения по таблице 2.2 [9]. Выбираем БрА9ЖЗЛ со способом отливку в землю т.к. v_s = 2,49.

Механические  характеристики выбранного материала:

σ_в - предел прочности, σ_в = 425МПа;

σ_т - предел текучести, σ_т = 195 МПа.

 2.2 Определение допускаемых контактных напряжений и напряжений изгиба

Для материала венца червячного колеса определяем допустимые контактные и изгибающие напряжения в зависимости  от группы материала [1]:

Червяк улучшенный 269 ... 302 НВ:

, МПа – для второй группы материалов;

 МПа.

Реверсивная передача:

,

где:    K_FL – коэффициент долговечности на напряжения изгиба [1]:

,