Привод электрической лебедки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Техническое задание 10 (вариант 3)

Привод электрической лебедки



1 - червячный редуктор, 2 - муфта упругая с торообразной оболочкой,

3 - клиноременная передача, 4 - электродвигатель, 5 - барабан

Исходные данные:

Грузоподъемность F, кН 1,8

Скорость подъема м/с 0,25

Диаметр барабана D, мм 250

Угол наклона ременной передачи 30°

Допускаемое отклонение

скорости грузовой цепи д, % 4

Срок службы привода Lг, лет 5

червячный машинный клиноременный

1. Кинематическая схема машинного агрегата

Условия эксплуатации машинного агрегата.

Проектируемый машинный агрегат служит приводом электрической лебедки и может использоваться на предприятиях различного направления. Привод состоит из электродвигателя, вал которого через клиноременную передачу соединен с ведущим валом червячного редуктора, ведомый вал червячного редуктора через упругую муфту с торообразной оболочкой соединяется со барабаном лебедки. Проектируемый привод работает в 2 смены в реверсивном режиме. Характер нагрузки - с малыми колебаниями.

Срок службы приводного устройства

Срок службы привода определяется по формуле

Lh = 365LГКГtcLcKc

где LГ = 5 лет - срок службы привода;

КГ - коэффициент годового использования;

КГ = 300/365 = 0,82

где 300 - число рабочих дней в году;

tc = 8 часов - продолжительность смены

Lc = 2 - число смен

Кс = 1 - коэффициент сменного использования.

Lh = 365·5·0,82·8·2·1 = 23944 часа

С учетом времени затрачиваемого на ремонт, профилактику и т.п. принимаем ресурс привода 20 ·103 часов.

Таблица 1.1 Эксплуатационные характеристики машинного агрегата

Место установки	Lг	Lс	tс	Lh	Характер нагрузки	Режим работы
Заводской цех	7	2	8	20000	С малыми колебаниями	Реверсивный

2. Выбор двигателя, кинематический расчет привода

2.1 Определение мощности и частоты вращения двигателя

Требуемая мощность рабочей машины

Ррм = Fv = 1,8·0,25 = 0,17 кВт

Частота вращения звездочки

nрм = 6·104v/рD = 6·104·0,45/р·250 = 34.4 об/мин

Общий коэффициент полезного действия

з = зрпзчпзпк2змзпс

где зм = 0,98 - КПД муфты [1c.40],

зчп = 0,80 - КПД закрытой червячной передачи,

зpп = 0,97 - КПД открытой ременной передачи,

зпк = 0,995 - КПД пары подшипников качения,

зпс = 0,99 - КПД

з = 0,97·0,80·0,9952·0,98·0,99 = 0,745.

Требуемая мощность двигателя

Ртр = Ррм/з = 0,45/0,745 = 0,61 кВт.

Для проектируемых машинных агрегатов рекомендуются трехфазные асинхронные короткозамкнутые двигатели серии 4А. Эти двигатели наиболее универсальны. Закрытое и обдуваемое исполнение позволяет применить эти двигатели для работы в загрязненных условиях, в открытых помещениях и т. п.

Ближайшая большая номинальная мощность двигателя 0,75 кВт

Определение передаточного числа привода и его ступеней

Двигатели серии 4А выпускаются с синхронной частотой вращения 750, 1000, 1500 и 3000 об/мин.

Таблица 2.1 Выбор типа электродвигателя

Вариант	Двигатель	Мощность	Синхронная частота вращения, об/мин	Номинальная частота вращения
1	4АM71A2Y3	0,75	3000	2840
2	4AM71B4Y3	0,75	1500	1390
3	4AM80A6Y3	0,25	1000	915
4	4AМ90LA8Y3	0,25	750	700

Определение передаточного числа привода и его ступеней

Рекомендуемые значения передаточных чисел [1c.43]:

- для червячной передачи 10ч35,5

- для открытой ременной 2ч4.

Принимаем для червячной передачи u1 = 20, тогда для открытой передачи

u2 = u/u1 = u/20

Таблица 2.2 Передаточное число

Передаточное число	Варианты
	1	2	3	4
Привода	82.5	40	26.6	20
Редуктора	20	20	20	20
Открытой передачи	4.13	2	1.3	1

Анализируя полученные значения передаточных чисел и учитывая то, что двигатели с частотой 3000 и 750 об/мин нежелательно применять без особой необходимости, делаем выбор в пользу варианта 2, так как только в этом случае передаточное число ременной передачи попадает в рекомендуемые границы (2ч4). Таким образом выбираем электродвигатель 4AM71B4Y3.

2.3 Определение силовых и кинематических параметров привода

Числа оборотов валов и угловые скорости:

n1 = nдв = 915 об/мин 1 = 915р/30 = 96 рад/с

n2 = n1/u1 = 915/2=457.5 об/мин 2=457.5р/30 = 48 рад/с

n3 = n2/u2 =457.5/20 = 23 об/мин 3= 23р/30 = 2.4 рад/с

Фактическое значение скорости вращения колонны

v = рDn3/6·104 = р·250·23/6·104 = 0,3 м/с

Отклонение фактического значения от заданного

д = 0 < 5%

Мощности передаваемые валами:

P1 = Pтр = 610 Вт

P2 = P1зрпзпк = 610·0,97·0,995 = 589 Вт

P3 = P2зчпзпк = 589·0,80·0,995 = 469 Вт

Крутящие моменты:

Т1 = P1/1 = 610/96 = 6.4 Н·м

Т2 = 589/48 = 12.3 Н·м

Т3 = 469/2.4 = 195.4 Н·м

Результаты расчетов сводим в таблицу

Вал	Число оборотов об/мин	Угловая скорость рад/сек	Мощность кВт	Крутящий момент Н·м
Вал электродвигателя	915	96	0.61	6.4
Ведущий вал редуктора	457.5	48	0.589	12.3
Ведомый вал редуктора	23	2.4	0.469	195.4

3. Выбор материалов червячной передач и определение допускаемых напряжений

Принимаем, согласно рекомендациям [1c.53], для червяка сталь 45 с закалкой до твердости >HRC45.

Ориентировочное значение скорости скольжения:

vs = 4,2u310-3M21/3 = 4,220,02.410-3195.41/3 = 1.1 м/с,

при vs <2 м/с рекомендуется [1 c54] чугун СЧ15, способ отливки - в землю: в = 315 МПа.

Допускаемые контактные напряжения:

[]H = 200 - 35vs = 200 - 351.1 = 161.5 МПа.

Допускаемые напряжения изгиба при реверсивной передаче:

[]F = 0,075вKFL,

где КFL - коэффициент долговечности.

KFL = (106/NэН)1/9,

где NэН - число циклов перемены напряжений.

NэН = 5733Lh = 5732.420000 = 2.7107.

KFL = (106/2.7107)1/9 = 0,7; []F = 0,0753150,7 = 16.5 МПа.

Таблица 3.1 Механические характеристики материалов червячной передачи

Элемент Передачи	Марка стали	Термоо-бработка	ув	у-1	[у]Н	[у]F
			Н/мм2
Червяк	45	Закалка >HRC45	780	335
Колесо	СЧ15		315		161.5	16.5

4 Расчет закрытой червячной передачи

Межосевое расстояние

= 61(195,4·103/161.52)1/3 = 119.4 мм

принимаем аw = 125 мм

Основные геометрические параметры передачи

Модуль зацепления:

m = (1,51,7)aw/z2,

где z2 - число зубьев колеса.

При передаточном числе 20,0 число заходов червяка z1 = 2, тогда число зубьев колеса:

z2 = z1u = 220,0 = 40

m = (1,51,7)125/40 = 4,75,3 мм,

принимаем m = 5,0 мм.

Коэффициент диаметра червяка:

q = (0,2120,25)z2 = (0,2120,25)40 = 8,510

принимаем q = 10

Коэффициент смещения

x = a/m - 0,5(q+z2) = 125/5,0 - 0,5(10+40) = 0

Фактическое значение межосевого расстояния:

aw = 0,5m(q+z2+2x) = 0,55,0(10+40 - 20) = 125 мм

Делительный диаметр червяка:

d1 = qm =105,0 = 50 мм

Начальный диаметр червяка

dw1 = m(q+2x) = 5,0(10-2·0) = 50.0 мм

Диаметр вершин витков червяка:

da1 = d1+2m = 50+25,0 = 60 мм.

Диаметр впадин витков червяка:

df1 = d1 - 2,4m = 50 - 2,45,0 = 38 мм.

Длина нарезной части червяка:

b1 = (10+5,5|x|+z1)m + C = (10+5,50+2)5,0+0 = 60 мм.

при х < 0 С = 0.

Делительный угол подъема линии витка:

= arctg(z1/q) = arctg(2/10) = 11,31

Делительный диаметр колеса:

d2 = mz2 = 5,040 = 200 мм.

Диаметр выступов зубьев колеса:

da2 = d2+2m(1+x) = 200+25,0(1+0) = 210 мм.

Диаметр впадин зубьев колеса:

df2 = d2 - 2m(1,2 - x) = 200 - 25,0(1,2 - 0) = 188 мм.

Наибольший диаметр зубьев колеса:

dam2 = da2+6m/(z1+2) = 210+65,0/(2+2) = 218 мм.

Ширина венца колеса:

b2 = 0,355aw = 0,355125 = 44 мм.

Фактическое значение скорости скольжения

vs = u2d1/(2000cos) = 202.4500/(2000cos11,31°) = 1.2 м/с

Коэффициент полезного действия червячной передачи

= (0,950,96)tg/tg(+)

где = 3 - приведенный угол трения [1c.74].

= (0,950,96)tg11,31°/tg(11,31°+3) = 0,75.

Силы действующие в зацеплении

Окружная на колесе и осевая на червяке:

Ft2 = Fa1 = 2Т3/d2 = 2195,4103/200 = 1954 H.

Радиальная на червяке и колесе:

Fr1 = Fr2 = Ft2tg = 1954tg20 = 711 H.

Окружная на червяке и осевая на колесе:

Ft1 = Fa2 = 2Т2/d1 = 212.3103/50 = 492 H.

Расчетное контактное напряжение

Н = 340(Ft2K/d1d2)0,5,

где К - коэффициент нагрузки.

Окружная скорость колеса

v2 = 3d2/2000 = 2.4200/2000 = 0,24 м/с

при v2 < 3 м/с К = 1,0

Н = 340(19541,0/50200)0,5 = 150 МПа,

недогрузка (161.5 - 150)100/161.5 =7.1% < 15%.

Расчетное напряжение изгиба для зубьев колеса

F = 0,7YF2Ft2K/(b2m),

где YF2 - коэффициент формы зуба колеса.

Эквивалентное число зубьев колеса:

zv2 = z2/(cos)3 = 40/(cos11,31°)3 = 42,4 YF2 = 1,52.

F = 0,71,5219541,0/(445,0) = 9,4 МПа.

Условие F < []F = 16.5 МПа выполняется.

Так как условия 0,85<H < 1,05[H] и F < [F] выполняются, то можно утверждать, что устойчивая работа червячной закрытой передачи обеспечена в течении всего срока службы привода.

5. Расчет и проектирование клиноременной передачи открытого типа

Выбор ремня. По номограмме [1c83] выбираем ремень сечения О

Диаметры шкивов

Минимальный диаметр малого шкива d1min =63 мм [1c84]

Принимаем диаметр малого шкива на 1…2 размера больше d1 = 80 мм

Диаметр большого шкива

d2 = d1u(1-е) = 80•2(1-0,01) = 158.4 мм

где е = 0,01 - коэффициент проскальзывания

принимаем d2 = 160 мм

Межосевое расстояние

a > 0,55(d1+d2) + h = 0,55(160+ 80) + 6,0 = 138 мм

h = 6,0 мм - высота ремня сечением О

принимаем а = 300 мм

Длина ремня

L = 2a + w +y/4a

w = 0,5р(d1+d2) = 0,5р(80+160) = 377

y = (d2 - d1)2 = (160 - 80)2 =6400

L = 2•300 + 377 +6400/4•300 = 982 мм

принимаем L = 1060 мм

Уточняем межосевое расстояние

a = 0,25{(L - w) + [(L - w)2 - 2y]0,5} =

= 0,25{(1060 - 377) +[(1060 - 377)2 - 2•6400]0,5} = 339 мм

Угол обхвата малого шкива

б1 = 180 - 57(d2 - d1)/a = 180 - 57(160- 80)/339 = 167є

Скорость ремня

v = рd1n1/60000 = р80•915/60000 = 3,8 м/с

Окружная сила

Ft = Р/v = 0,61•103/3,8 = 161 H

Допускаемая мощность передаваемая одним ремнем

Коэффициенты

Cp = 1,0 - спокойная нагрузка

Cб = 0,96 - при б1 = 167є

Cl = 1,0 - коэффициент влияния длины ремня

Сz = 0,95 - при ожидаемом числе ремней 2ч3

[Р] = Р0CpCбСlCz

P0 = 0,40 кВт - номинальная мощность передаваемая одним ремнем

[Р] = 0,40•1,0•0,96·0,95 = 0,36 кВт

Число ремней

Z = Р/[Р] = 0,61/0,36 = 1.7

принимаем Z = 2

Натяжение ветви ремня

F0 = 850Р /ZVCpCб = 850•0,61/1•3,8•0,96•1,0 = 74 H

Сила действующая на вал

Fв = 2FZsin(б1/2) = 2•74•2sin(167/2) = 294 H

Прочность ремня по максимальным напряжениям в сечении ведущей ветви ремня

уmax = у1 + уи+ уv < [у]p = 10 Н/мм2

у1 - напряжение растяжения

у1 = F0/A + Ft/2zA = 74/47 + 161/2•2•47 = 2.4 Н/мм2

А = 47 мм2- площадь сечения ремня

уи - напряжение изгиба

уи = Eиh/d1 = 80•6,0/80 = 6,0 Н/мм2

Eи = 80 Н/мм2 - модуль упругости

уv = сv210-6 = 1300•3,82•10-6 = 0,02 Н/мм2

с = 1300 кг/м3 - плотность ремня

уmax = 2.4+6,0+0,02 = 8.42 Н/мм2

условие уmax < [у]p выполняется

Размещено на Allbest.ru