Рассчет приводного вала

Задание

Рассчитать приводную станцию, исходя из следующих данных:

- мощность приводного элемента -
;

- частота вращения вала электродвигателя -
;

- частота вращения вала приводного элемента -
.

Схема приводной станции представлена на рисунке 1.

1 – электродвигатель;

2 – клиноременная передача;

3 – цилиндрический редуктор;

4 – муфта;

5 – приводной барабан.

I
– вал электродвигателя;

II
– входной (быстроходный) вал редуктора;

III
– выходной (тихоходный) вал редуктора;

IV
– приводной вал.

Рисунок 1 – Схема приводной станции

1 Расчёт приводной станции

1.1 Выбор электродвигателя

Электродвигатель для приводной станции выбирается по мощности и частоте вращения вала. Мощность электродвигателя рассчитывается по следующей формуле

, (1)

где 1.25 – коэффициент перегрузки;

– мощность на приводном элементе, кВт;

– КПД приводной станции (в расчётах принимается 0.75 – 0.80).

Используя формулу (1) рассчитывается мощность электродвигателя

По справочнику [1] выбирается электродвигатель. Для этого выполняется следующее условие

:

- типоразмер – 4А112М243;

- мощность электродвигателя -
;

- частота вращения вала электродвигателя -
.

Схема электродвигателя представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 – Схема электродвигателя

1.2 Определение передаточного отношения приводной станции

Передаточное отношение приводной станции рассчитывается по следующей формуле

, (2)

где
- частота вращения вала электродвигателя,
;

- частота вращения приводного вала,
.

Используя формулу (2) рассчитывается передаточное отношение приводной станции

1.3 Разбивка передаточного отношения приводной станции по ступеням

Приводная станция конвейера состоит из следующих механических передач: клиноремённой передачи и циоиндрического редуктора. Тогда передаточное отношение приводной станции можно записать в следующем виде

, (3)

где
- передаточное отношение клиноремённой передачи;

- передаточное отношение цилиндрического редуктора.

Принимается минимальное передаточное отношение клиноремённой передачи

, тогда максимальное передаточное отношение цилиндрического редуктора определяется по формуле (3)

Принимается максимальное передаточное отношение клиноремённой передачи

, тогда максимальное передаточное отношение цилиндрического редуктора определяется по формуле (3)

По справочнику [1] выбирается цилиндрический редуктор по передаточному числу и по мощности (по крутящему моменту): ;
; ;

- типоразмер – Ц2У-160 ;

- крутящий момент на тихоходном валу - ;

- передаточное число -
.

Схема червячного редуктора представлена на рисунке 3.

Рисунок 3 – Схема червячного редуктора

Уточняется передаточное отношение клиноремённой передачи по формуле (3)

В результате чего выполнена разбивка передаточного отношения по степеням.

1.4 Определение кинематических и силовых характеристик на валах приводной станции

На валах приводной станции (рисунок 1) определяются следующие характеристики:

-
- частота вращения вала, об/мин;

-
- угловая скорость вала, рад/с;

-
– мощность на валу, кВт;

-
- крутящий момент на валу, Н*м;

-
- номер вала.

1.4.1 Характеристики на первом валу

Характеристики на первом валу имеют следующие значения

1.4.2 Характеристики на втором валу

Характеристики на втором валу имеют следующие значения

об/мин)

1.4.3 Характеристики на третьем валу

Характеристики на третьем валу имеют следующие значения

об/мин)

1.4.4 Характеристики на четвертом валу

Характеристики на четвертом валу имеют следующие значения

об/мин)

2 Расчет клиноременной передачи

Исходя из передаваемой мощности Рэ.д
=7,5 кВт и предполагаемой скорости движения ремня
υ
=(5-10) м/с рекомендуемые сечения ремней Б и В [2]

Схема клиноременной передачи представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 – схема клиноременной передачи

Расчет приводной станции для обоих сечений и результаты сводятся в таблицу 1.

Таблица 1 – Расчет клиноременной передачи

Определяемый параметр, расчетная формула, подстановка, единица измерения	Результат расчета
	Б	В
1	2	3
1) Расчетный диаметр ведущего шкива D 1 , мм	125	200
2) Передаточное отношение передачи, U рем	2.2	2.2
3) Расчетный диаметр ведомого шкива D 2 = D 1 * U рем (1-ε ) ,мм Б: D 2 =125*2.2(1-0.02)=269.5(мм) В: D 2 =200*2.2(1-0.02)=431.2(мм) Принимаем ближайший стандартный диаметр шкива D 2 , мм	269.5 280	431. 2 450
4) Предварительное межосевое расстояние а ≥0.55( D 2 + D 1 )+ h , мм где h – высота ремня, мм Б: а ≥0.55(280+125)+10,5=233.25(мм) В: а ≥0.55(450+200)+13.5=371(мм)	10.5 233	13.5 371
5) Расчетная длина ремня L = , мм

1	2	3
Б: L = (мм) B : L = (мм) Принимается большая на 3-4 ступени стандартная длина ремня L станд , мм	1127.63 1320	1804.62 2120
6) Окончательное межосевое расстояние aw =0.25[( L ст - w )+ + ( L ст - w )2 – 8* y ], мм w = (( D 2 + D 1 )/2)* π , y = (( D 2 + D 1 )/2)2 , Б: w = ((280+125)/2)*3.14, В: w = ((450+200)/2)*3.14; Б: y = ((280+125)/2)2 , В: y = ((450+200)/2)2 ; Б: aw =0.25[(1320 – 635.85) + (1320 - 635.85)2 – 8*41006.25 ] В: aw =0.25[(2120 – 1020.5) + (2120 – 1020.5)2 – 8*105625 ]	635.85 41006.25 265	1020.5 105625 426
7) Угол обхвата на малом шкиве α1 = 180˚ - ( D 2 - D 1 )/ aw *60˚ ≥ α min = 120˚ Б: α1 = 180˚ - ( 280 - 125)/ 265*60˚ В: α1 = 180˚ - ( 450 - 200)/ 426*60˚	145	147
8) Скорость движения ремня υ 1 = ω 1 * D 1 /2 Б: υ 1 = 314*0.125/2 В: υ 1 = 314*0.2/2 υ >10 м/с рекомендуется сечение Б	19.6	31.4
9) Число ремней передачи Z = P / Po * kα (1) * kυ (2) , шт где P – мощность электродвигателя, Po – мощность передаваемая одним ремнем, kα (1) – коэффициент учитывающий угол обхвата на малом шкиве, kυ (2) – коэффициент учитывающий динамическое движение второй смены Б: Z = 7.5/ 2.94*0.89*0.87 В: Z = 7.5/ 5.9*0.92*0.87	3	2
10) Число пробегов ремня в секунду U = υ 1 / L ст ≤ [ U ]=10 c -1 Б: U = 19600/1320 В: U = 31400/2120	15	15
11) Сила давления на валы и опоры от натяжения ремней R = 2*So *Z*sin( α 1 /2), Н So = σo *A где So – начальное натяжение ремня, σo – допускаемое напряжение материала ремня, МПа А – площадь, мм Б: So =1.5* В: So =1.5* Б: R = В: R =	1.5	1.5

Окончательно выбирается клиноременная передача с ремнями сечения Б, так как наиболее компактная.

Осевое сечение ведущего шкива представлено на рисунке 5.

Рисунок 5 – Осевое сечение ведущего шкива

Заключение

1.
Выбрали электродвигатель типоразмера 4А112М243 с мощностью = 7,5 кВт и частотой вращающегося вала =3000 об/мин;

2.
Определили передаточное отношение приводной станции = 54.55;

3.
Разбили передаточное отношение приводной станции по ступеням и выбрали двухступенчатый редуктор типоразмера
Ц2У-160, с крутящим моментом на тихоходном валу =1000 Нм и передаточным числом =2.2
;

4.
Определили кинематические и силовые характеристики на валах приводной станции

n
1
=3000 об/мин, ω1
=314 рад/сек, Р1
=7.5 кВт, Тк1
=23.88 Нм;

n
2
=1364 об/мин, ω2
=143 рад/сек, Р2
=7.2 кВт, Тк2
=50.43 Нм;

n
3
=54.56 об/мин, ω3
=5.71 рад/сек, Р3
=6.7 кВт, Тк3
=1175 Нм;

n
4
=54.56 об/мин, ω4
=5.71 рад/сек, Р4
=6.37 кВт, Тк4
=1115.6 Нм;

5.
Рассчитали клиноременную передачу по двум видам сечения Б и В. Б:
D
1
=125 мм,
D
2
=280 мм и
L
ст
=1320 мм;

В:
D
1
=200 мм,
D
2
=450 мм и
L
ст
=2120 мм.

Список использованных источников

1)
Анурьев И.В. Справочник конструктора-машиностроителя. В 3-х т. Т.3. – 8-е изд., перераб. и доп. под ред. И.Н.Шестякова – М.: Машиностроение, 1999. – 484 с., ил.

2)
Анурьев И.В. Справочник конструктора-машиностроителя . В 3-х т. Т.2. – 5-е изд., перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1980. – 559 с., ил.