Проектирование электромеханического привода

Проектирование электромеханического привода

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Национальный исследовательский технологический университет

«МИСиС»

Новотроицкий филиал Факультет металлургических технологий

Кафедра ОМП

Тема курсового проекта

Проектирование электромеханического привода

Студент группы М-10-32 специальность МЧМ

Егорова Анастасия

Руководитель курсового проекта:

ст. преп. Гавриш П.В.

Введение

Целью данного курсового проекта является проектирование привода электрической лебедки на основании комплексного технического задания. Привод включает в себя электродвигатель, соединенный при помощи открытой клиноременной передачи с червячным одноступенчатым редуктором, который, в свою очередь, при помощи муфты соединен с валом барабана. Редуктор, электродвигатель и исполнительный механизм установлены на сварной раме.

В рамках данного курсового проекта проводится расчет и выбор требуемого электродвигателя, проектный расчет редуктора, выбор муфт, определение размеров основных элементов сварной рамы привода.

Электродвигатель, применяемый в приводе, является 3-х фазным асинхронным.

Лебёдки - грузоподъемный механизм, который передаёт тяговое усилие через канат, цепи или трос. Лебёдки применяются при производстве погрузочно-разгрузочных, строительных, монтажных, ремонтных, складских работ и т.д. Бывают ручные лебедки и электрические лебедки.

Лебедка, по нашему заданию, рассчитана на грузоподъёмность 350 кг, со скоростью подъема 0,23 м/с.

Эта лебедка с электрическим приводом от электродвигателя через клиноременную передачу на червячный вал червячного редуктора.

Тихоходный вал червячного колеса, по средствам упругой муфты с торообразной оболочкой, соединен с валом барабана лебедки, на которую наматывается трос при подъеме и сматывается при опускании.

Барабан устанавливается на подшипники скольжения.

Электродвигатель, редуктор, опора барабана, согласно заданию, должны быть смонтированы на одном основании.

Угол наклонна ременной передачи должен составлять 45◦.

Такие подъемные механизмы предназначены для подъёма и опускания грузов в диапазоне от 50 до 350 кг.

.       
Срок службы приводного устройства

 ч;

 срок службы привода, лет;

 продолжительность смены, ч;

 - число смен;

2. Кинематический и силовой расчет привода

.1 КПД редуктора

 - потери в муфте;

 - потери в подшипниках на трение;

 - КПД открытой передачи;

 - КПД закрытой передачи.

.2 Выбор электродвигателя

Требуемая мощность электродвигателя:

где  - заданная мощность лебедки

кВт;

- КПД привода.

В качестве двигателя возьмем асинхронный электродвигатель, единой серии общего назначения 4А по ГОСТ 7.1-76, с ближайшей номинальной мощностью , которой соответствуют четыре типа электродвигателей с асинхронными частотами вращения 750,1000,1500 и 3000 об/мин. Выбираем электродвигатель типа 4АМ80В4У3 с асинхронной частотой вращения .

.3 Передаточные числа элементов привода

Общее передаточное число привода:

где - заданная частота вращения барабана лебедки

об/мин;

- асинхронная частота вращения вала электродвигателя.

Передаточное число редуктора определяется по формуле

где  - передаточное число открытой передачи, принимаем , получим

Принимаем стандартное

.4 Крутящие моменты на валах

Частоты вращения быстроходного  и тихоходного валов редуктора равны соответственно:

Мощность на тех же валах:

Крутящие моменты на быстроходном  и тихоходном  валах редуктора:

3. Проектировочный расчет червячной передачи

.1 Материалы червяка и червячного колеса

По величине крутящего момента на тихоходном валу редуктора выбираем материалы шестерни (индекс I) и колеса (индекс 2). Механические характеристики представлены в табл.1.

Таблица 1 - Механические характеристики

Эквивалентные числа циклов контактных напряжений зубьев шестерни N_не1 и колеса N_не2

_не1=60∙n_б∙t₀∙c_н

N_не2=60∙n_т∙t₀∙c_н

где t₀ = 9836,75 ч - расчетный срок службы привода,

c_н - параметр режима нагрузки по контактным напряжениям, который для тяжелого режима равен c_н =0,5.

_не1 = 60 ∙ 471,6 ∙9836,75 ∙ 0,5 = 139170339 циклов;_не2 = 60 ∙ 15,31 ∙9836,75 ∙ 0,5 =451801927 циклов.

Коэффициенты долговечности при расчете на контактную выносливость

Для шестерни:

Для колеса:

,

К_HL1=0,97;

К_HL2=1,07;

Допускаемые контактные напряжения для шестерни [s]_Н1 и колеса [s]_Н2:

[s]_Н01 = σ˚_нр1  К_HL1 =890  0,97 = 863,3;

[s]_Н02 = σ˚_нр2  К_HL2 = 840  1,07 = 898,8;

Принимаем s_НР = 863,3 МПа

3.2 Расчет закрытой червячной передачи редуктора

Определяем главный параметр - межосевое расстояние:

;

Полученное значение межосевого расстояния для нестандартных передач округляем до ближайшего стандартного числа и принимаем  мм;

Выбираем число витков червяка:

Выбор числа витков червяка зависит от передаточного числа редуктора. Для  принимаем ;

Определяем число зубьев червячного колеса:

Определяем модуль зацепления:

 мм.

Применяем m=4;

Из условия жесткости определяем коэффициент диаметра червяка:

Чтобы червяк не был слишком тонким, q следует увеличивать с уменьшением модуля: тонкие червяки получают большие прогибы, что нарушает правильность зацепления.

Определяем коэффициент смещения инструмента х:

Определяем фактическое передаточное число :

;

Определяем фактическое значение межосевого расстояния:

мм

Определяем основные геометрические параметры передачи:

Параметры червяка

- делительный диаметр, мм

- начальный диаметр, мм

где x - коэффициент смещения инструмента.

- диаметр вершин, мм

- диаметр впадин, мм

- делительный угол подъема линии витка

где z₁ - число заходов червяка

Длину нарезанной части червяка b₁ вычисляют по формуле:

при ; при ,

.

Параметры червячного колеса

― делительный и совпадающий с ним начальный диаметр, мм

где z₂ ― число зубьев червячного колеса

- диаметр вершин, мм

- диаметр впадин, мм

 - наибольший диаметр, мм

 при z₁=1…2 - ширина венца, мм

 и  - радиусы закругления зубьев, мм

 - условный угол обхвата червяка венцом колеса,

.

Таблица 2- Параметры червячной передачи

4. Проектировочный расчет открытой ременной передачи

Выбор сечения ремня:

где  - мощность электродвигателя, кВт

 - асинхронная частота вращения вала электродвигателя, об/мин

.

Согласно [3,стр 133] принимается клиновой ремень нормального сечения О, число ремней - 1,  - диаметр ведущего шкива.

Определяем диаметр ведомого шкива ,

5. Проектирование валов закрытой зубчатой передачи

.1 Предварительный расчет и конструирование валов

В качестве материалов валов выберем конструкционную сталь 35 по ГОСТ 1050-74 [5, с. 74] со следующими механическими характеристиками:      Ψ_τ = 0.

Диаметры выходных участков тихоходного d_ТВ и быстроходного d_БВ валов и посадочный диаметр промежуточного вала под колесом d_ПК определяем из расчета только на кручение [3, с. 24]:

Принимаем стандартные по ГОСТ6636-69 [3, с. 372] значения:    Длины выходных участков принимаем по ГОСТ 12080-66 [5, с. 79]:  и  Диаметры и длины остальных участков валов выбираем из конструктивных соображений (рис. 10).

Подшипники для всех валов редуктора выбираем по величине посадочного диаметра и предварительно назначаем шарикоподшипники радиальные однорядные легкой серии по ГОСТ 23360-78 (рис. 11), параметры которых сведены в табл. 3 [7, с. 530].

По величине посадочных диаметров (рис. 10) выбираем размеры призматических шпонок (рис. 12) по ГОСТ 23360-78 [7, с. 302], находим моменты сопротивления сечения валов (рис. 11), ослабленных шпоночным пазом [2, с. 98], и основные данные заносим в табл. 4.

6. Выбор муфты

Тип муфты выбирается исходя из диаметра выходного участка тихоходного вала d_ТВ, который рассчитывается по формуле:

Принимаем стандартное значение d_TB =42мм и выбираем муфту упругую с торообразной оболочкой МУ 80-1-30-1-У2 (ГОСТ20884-93).

7. Выбор подшипников

Подшипники для всех валов редуктора выбираем по величине посадочного диаметра и предварительно назначаем шарикоподшипники радиальные однорядные легкой серии по ГОСТ 8338-75 на быстроходном валу и подшипники роликовые конические однорядные легкой серии по ГОСТ27365-87 на тихоходном валу:

Таблица 3- Основные параметры подшипников качения быстроходного (Б), и тихоходного (Т) валов редуктора

8. Определение размеров основных элементов корпуса редуктора и сварной рамы привода

.1 Корпус редуктора

Корпус редуктора выполнен литым из серого чугуна марки СЧ18, ГОСТ 1412-79. Размеры основных элементов корпуса в области нижнего фланца, фланца по разъему и подшипникового узла определены в зависимости от межосевого расстояния .

.2 Рама привода

Несущим элементом сварной рамы привода является швеллер, типоразмер которого, а также размеры косой шайбы и платика определены в зависимости от наибольшего диаметра болта крепления редуктора к раме - М16, которому соответствует швеллер № 14, ГОСТ 8240-72.

Кожух ограждения открытой передачи, установленный на раме привода, выполнен из листовой стали Ст 3 по ГОСТ 380-71.

9. Тепловой расчет червячного редуктора

Цель теплового расчета - проверка температуры масла  в редукторе, которая не должна превышать допускаемой =80…95. Температура воздуха вне корпуса редуктора обычно =20. Температура масла  в корпусе червячной передачи при непрерывной работе без искусственного охлаждения определяется по формуле:

=,

Где - мощность на быстроходном валу редуктора, Вт

ŋ-коэфицент полезного действия редуктора

=9…17 - коэфицент теплопередачи

А - площадь теплоотдающей поверхности корпуса редуктора,

=84

10. Охрана труда и техническая эстетика

С целью обеспечения безопасности монтажа и удобства технического обслуживания оборудования предусмотрены следующие мероприятия.

В конструкции корпуса редуктора имеется проушины и приливы, обеспечивающие надежное крепление чалочного троса, аналогичную функцию выполняет рым-болт на корпусе электродвигателя.

Электродвигатель и другие токопроводящие части привода заземлены.

Для заливки масла в корпус редуктора и визуального контроля рабочих поверхностей червячной передачи предусмотрен люк с ручкой-отдушиной. Контроль уровня и замены отработанного масла в плановые сроки (через 400...600 часов эксплуатации) осуществляются с помощью маслоуказателя и сливной пробки соответственно.

С целью герметизации корпуса редуктора его поверхности разъема покрываются при сборке жидким стеклом, места соединения люка и сливной пробки с корпусом редуктора имеют резиновые уплотнения.

Для облегчения демонтажа крышки корпуса редуктора предусмотрен отжимной винт. Демонтаж манжетных уплотнений осуществляется при помощи отверстий в крышках подшипников.

После монтажа и заливки масла редуктор подвергается обкатке в течение 4 часов без нагрузки.

Внутренние поверхности корпуса редуктора, а также муфты 80-1-30-1-У2 покрашены в красный цвет, остальные элементы привода в серый.

В соответствии с требованиями технической эстетики корпус редуктора имеет плавные скругленные формы, без заусенцев и острых кромок.

Заключение

В соответствии с техническим заданием на курсовой проект по теме "Привод электрической лебедки" выполнен следующий объем расчетно-графических работ.

По результатам кинематического и силового расчета обоснованы выбор электродвигателя привода, разбивка его передаточного числа по ступеням, определены их кинематические и силовые параметры. Подобрана стандартная приводная муфта.

Определены размеры основных элементов корпуса редуктора и сварной рамы привода. Сформулированы мероприятия по охране труда.

По результатам проведенных расчетов выполнены: чертеж общего привода, сборочный чертеж редуктора, спецификации привода электрической лебедки и редуктора, таблица допусков и посадок.

Критерий технического уровня спроектированного редуктора:

где  - масса редуктора, кг;  - вращающий момент на тихоходном валу редуктора, Н·м. Принимая , получим

Данный редуктор имеет высокий технический уровень, соответствует современным мировым образцам.

Список использованных источников

1.   Гавриш П.В.Учебное пособие по курсовому проектированию по дисциплине «Детали машин».- НФ МИСиС, 2010, -68с.

2.       Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин. - Калининград: Янтар. сказ, 2005. - 456 с.

.        Свистунов Е.А., Чиченев Н.А. Расчет деталей и узлов металлургических машин: Справочник. - М.: Металлургия, 1985.- 184 с.