Выбор электродвигателя и кинематический расчет

2.  Выбор электродвигателя и кинематический расчет.

Расчет ведем по [1].

Потребляемая мощность привода:

Р_вых = F₄ · V₄ = 40 · 10³ · 0,05 = 2 кВт.

Требуемая мощность двигателя:

Р_{э потр} = Р_вых/ η_общ , где:

η_общ = η_{р п} · η_ред · η_м · η_п - общий КПД привода.

η_ред – КПД редуктора.

η_ред = η_цп² · η_п³

По таблице 1.1 из [1]:

η_цп = 0,96…0,98; принимаем η_цп = 0,97 – КПД закрытой цилиндрической передачи;

η_п = 0,99 – КПД пары подшипников качения.

η_м = 0,98 – КПД муфты.

η_{р п} = 0,94…0,96 – ременная передача; принимаем η_{р п} = 0,95.

η_ред = 0,97² · 0,99³ = 0,91

η_общ = 0,95 · 0,91 · 0,98 · 0,99 = 0,84

Р_{э потр} = 2 / 0,84 = 2,38 кВт.

Частота вращения вала электродвигателя:

n_э = n_вых · U_{р п} · U₁ · U₂ , где:

U_{р п} – передаточное число ременной передачи;

U₁ – передаточное число цилиндрической передачи (1 ступень);

U₂ – передаточное число цилиндрической передачи (2 ступень).

По таблице 1.2 из [1] примем рекомендуемые значения передаточных чисел:

U_{р п} = 3

U₁ = 4;

U₂ = 3.

n_вых = 60v / (πD_зв) = 60 · 0,05 / (3,14 · 0, 204) = 4,68 об/мин

D_зв = zt_зв / (π · 10³) = 8 · 80 / (3,14 · 10³) = 0,204 м

n_э = 4,68 · 3 · 4 · 3 = 168,5 об/мин

По таблице 24.8 [1] выбираем электродвигатель серии 4А: 112МВ8: Р = 3 кВт; n = 700 об/мин.

Общее передаточное число привода:

U_общ = U_{р п} · U₁ · U₂ = n/ n_вых = 700/4,68 = 149,6

Возьмем U_{р п} = 6, тогда:

U_ред = U_общ / U_{р п} = 149,6 / 6 = 24,93

По таблице 1.3 [1]:

U₁ = U_ред / U₂ = 24,93 / 4,39 = 5,68

U₂ = 0,88 = 0,88 = 4,39

Частота вращения валов:

n_дв = n = 700 об/мин;

n₁ = n_дв / U_{р п} = 700 / 6 = 116,7 об/мин;

n₂ = n₁ / U₁ = 116,7 / 5,68 = 20,55 об/мин;

n₃ = n_вых = 4,68 об/мин.

Угловые скорости валов:

ω₁ = πn₁ / 30 = 3,14 · 116,7 / 30 = 12,2 рад/с;

ω₂ = πn₂ / 30 = 3,14 · 20,55 / 30 = 2,2 рад/с;

ω₃= ω_вых =  πn₃ / 30 = 3,14 · 4,68 / 30 = 0,49 рад/с.

Вращающие моменты на валах:

Т_вых = Т₃ = F₄ D_зв / 2 = 40 · 10³ · 0,204 / 2 = 4080 Н·м;

Т₂ = Т₃ / (η_цп · U₂) = 4080 / (0,97 · 4,39) = 958,1 Н·м;

Т₁ = Т₂ / (η_цп · U₁) = 958,1 / (0,97 · 5,68) = 173,9 Н·м.

Мощности на валах:

Р₁ = Р · η_{р п} · η_п = 3 · 0,95 · 0,99 = 2,82 кВт;

Р₂ = Р₁ · η_цп · η_п = 2,82 · 0,97 · 0,99 = 2,71 кВт;

Р₃ = Р₂ · η_цп · η_п = 2,71 · 0,97 · 0,99 = 2,6 кВт;

Р_вых = Р₃ · η_м · η_п = 2,6 · 0,98 · 0,99 = 2,52 кВт.

3. Выбор материалов шестерен и колес и определение допускаемых напряжений

По таблице 2.1 [1] выбираем материалы колеса и шестерни.

Материал колес – сталь 40Х; термообработка – улучшение: 235…262 НВ₂;

248,5 НВ_СР2; σ_в = 780 МПа; σ_т = 640 МПа; τ = 335 МПа.

Материал шестерен – сталь 40Х; термообработка – улучшение: 269…302 НВ₁; 285,5 НВ_СР1; σ_в = 890 МПа; σ_т = 750 МПа; τ = 380 МПа.

Допускаемые контактные напряжения и напряжения изгиба для шестерни и колеса принимаем по таблице 2.2 [1]:

[σ]_F1 = 1,03HB_CP1 = 285,5 · 1,03 = 294 МПа

[σ]_F2 = 1,03HB_CP2 = 248,5 · 1,03 = 256 МПа

[σ]_H1max = 2,8 σ_т = 2,8 · 750 = 2100 МПа

[σ]_H2max = 2,8 σ_т = 2,8 · 640 = 1792 МПа

[σ]_F1max = 2,74 HB_CP1 = 2,74 · 285,5 = 782,3 МПа

[σ]_F2max = 2,74 HB_CP2 = 2,74 · 248,5 = 680,9 МПа

Предел контакта на выносливость:

σ_H01 = 2HB_CP1 + 70 = 285,5 · 2 + 70 = 641 МПа

σ_H02 = 2HB_CP2 + 70 = 248,5 · 2 + 70 = 567 МПа

S_H = 1,2 – коэффициент безопасности [2]

Коэффициент долговечности:

К_НL1 = ; К_НL2 = ;

Базовое число циклов:

N_H01 = 19,9 · 10⁶; N_H02 = 16,6 · 10⁶ [2]

Эквивалентное число циклов:

N_HЕ1 = 60n₁ct_ΣK_HE = 60 · 116,7 · 1 · 6408 · 0,13 = 5,8 · 10⁶

N_HЕ2 = 60n₂ct_ΣK_HE = 60 · 20,55 · 1 · 6408 · 0,13 = 1,03 · 10⁶

c – число зубьев, находящихся в зацеплении за один оборот.

Коэффициент эквивалентного числа циклов:

K_HE = 0,13 – легкий режим работы [3].

Суммарный срок службы передачи:

t_Σ = 356LК_Г24К_С = 356 · 10 · 0,3 · 24 · 0,25 = 6408 ч

L = 10 – срок службы передачи при легком режиме работы [3].

К_Г = 0,3 – коэффициент использования передачи в году [3].

К_С = 0,25 - коэффициент использования передачи в сутки [3].

К_НL1 =  = 1,23; К_НL2 =  = 1,6

Допускаемые контактные напряжения:

[σ]_H1 = =  = 657 МПа

[σ]_H2 =  =  = 756 МПа

Для дальнейших расчетов принимаем: [σ]_H = [σ]_H1 = 657 МПа.