Разработка механического привода электродвигателя редуктора

Московский государственный университет

путей сообщения (МИИТ)

Курсовой проект по дисциплине

Детали машин и основы конструирования

Разработка механического привода электродвигателя редуктора

Студент гр. ТДМ 311

Хряков К.С

2009 г.

Введение

Механический привод разрабатывается в соответствии со схемой, приведенной на рисунке 1.

1 – электродвигатель;

2 – муфта;

3 – редуктор;

4 – муфта;

5 – исполнительный механизм

Рисунок 1 – Схема привода

Механический привод работает по следующей схеме: вращающий момент с электродвигателя 1 через муфту 2 передаётся на быстроходный вал редуктора 3. Редуктор понижает число оборотов и увеличивает вращающий момент, который через муфту 4 передается на исполнительный механизм 5. Редуктор состоит из двух ступеней. Первая ступень выполнена в виде шевронной цилиндрической передачи, а вторая – в виде прямозубой.

Достоинством данной схемы привода являются малые обороты и большой момент на выходном валу редуктора. Привод может использоваться на электромеханических машинах и конвейерах.

Исходные данные для расчёта:

1. Синхронная частота вращения электродвигателя n_сх = 3000 мин^-1 ;

2. Частота вращения на входе n_u = 150 мин^-1 ;

3. Вращающий момент на входе T_u = 400 Нм;

4. Срок службы привода L_г = 6000 ч;

Переменный характер нагружения привода задан гистограммой, изображённой на рисунке 2.

Рисунок 2 –Гистограмма нагружения привода.

Относительная нагрузка: k₁ =1 ; k₂ =0,3 ; k₃ =0,1 .

Относительное время работы: l₁ =0,25 ; l₂ =0,25 ; l₃ =0,5 .

Характер нагрузки: толчки.

1. Кинематический и силовой расчёты привода

1.1 Определяем КПД привода

η_пр = η_М1 · η_ред · η_М2 ,

где η_пр – КПД привода;

η_М1 – КПД упругой муфты;

η_ред – КПД редуктора;

η_М2 – КПД соединительной муфты.

Принимаем: η_М1 = 0,95;

η_М2 = 0,98;[1]

Определяем КПД редуктора:

где η_1ст , η_2ст – КПД первой и второй ступени редуктора.

η_1ст = η_2ст = 0,98 [1]

η_n – КПД пары подшипников; η_n = 0,99 [1]

z = 3 – число пар подшипников.

η_ред = 0,99³ · 0,98 · 0,98 = 0,93.

η_пр = 0,95 · 0,98 · 0,93 = 0,87.

1.2 Находим требуемую мощность электродвигателя.

1.3 Выбор электродвигателя.

n_сх = 3000 мин^-1

Выбираем электродвигатель 4А112М2 ГОСТ 19523-81 [2], мощность которого Р_дв = 7,5 кВт

Величина скольжения

S = 2,5%

n_дв =2925 мин^-1 – частота вращения вала двигателя.

1.4 Вычисляем требуемое передаточное отношение редуктора

1.5 Производим разбивку передаточного отношения по ступеням

Согласно рекомендации книги [1], принимаем

1.6 Вычисляем частоты вращения валов

· Быстроходный вал:

· Промежуточный вал:

· Тихоходный вал:

1.7 Вычисляем вращающие моменты на валах

· Быстроходный вал:

· Промежуточный вал:

· Тихоходный вал:

2. Расчёт зубчатых передач

2.1 Расчёт зубчатой передачи тихоходной ступени редуктора

2.1.1 Выбор материалов

Принимаем для изготовления среднеуглеродистую конструкционную сталь с термообработкой нормализация и улучшение, что позволяет производить чистовое нарезание зубьев с высокой точностью после термообработки.

Такие колеса хорошо прирабатываются и не подвержены хрупкому разрушению при динамических нагрузках. Такой тип колес наиболее приемлем в условиях индивидуального и мелкосерийного производства.

Шестерня – сталь 45, термообработка – улучшение;

(192…240) НВ,НВ_ср =Н₁ =215 ;

Н₁ ≥Н₂ + (10…15)НВ;[3]

Колесо – сталь 45, термообработка – нормализация;

(170…217)НВ,НВ_ср =Н₂ =195.

2.2 Определяем базовое число циклов перемены напряжений

а) по контактным напряжениям:

N_Н0 = 30 · НВ^2,4 ;

для шестерни N₀₁ = ;

для колеса N₀₂ = ;

б) по напряжениям изгиба:

N_{F 0} = 4 · 10⁶ .

2.3 Определяем фактическое число циклов перемены напряжений

а) по контактным напряжениям:

б) по напряжениям изгиба:

где m – показатель степени кривой усталости. При твёрдости меньше 350НВ m = 6.

Тогда,

;

2.4 Вычисляем коэффициент долговечности

а) по контактным напряжениям.

;

Для шестерни:

;

Так как N_НЕ1 > N_Н01 , то принимаем K_{HL 1} =1;

Для колеса:

;

Так как N_НЕ2 > N_Н02 , то принимаем K_{HL 2}