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.

1. Срок службы приводного устройства

ч;

срок службы привода, лет;

продолжительность смены, ч;

– число смен;

2. Кинематический и силовой расчет привода

2.1 КПД редуктора

– потери в муфте;

– потери в подшипниках на трение;

– КПД открытой передачи;

– КПД закрытой передачи.

2.2 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 .

2.3 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

2.4 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

3.1 Материалы червяка и червячного колеса

электромеханический привод лебедка червячный

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

N_не1=60•n_б•t₀•_н

N_не2=60•n_т•t₀•_н

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

_н – параметр режима нагрузки по контактным напряжениям, который для тяжелого режима равен _н =0,5.

N_не1 = 60 • 471,6 •9836,75 • 0,5 = 139170339 циклов;

N_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 []_Н1 и колеса []_Н2:

[]_Н01 = у?_нр1 К_HL1 =890 0,97 = 863,3;

[]_Н02 = у?_нр2 К_HL2 = 840 1,07 = 898,8;

Принимаем _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:

По условию неподрезания и незаострения зубьев колеса значение х допускается до

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

Ї делительный и совпадающий с ним начальный диаметр, мм

где z₂ Ї 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:

Тип ремня выбирается в зависимости от вращающего момента на валу двигателя , который вычисляют по формуле:

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

5.1 Предварительный расчет и конструирование валов

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

8.1 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 .

8.2 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

?-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.

Вращающиеся части привода в местах соединения выходных участков валов, а также открытая клиноременная передача имеют ограждения.

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.

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