Projektuojant mechaninius įrenginius, svarbus etapas yra pavarų kinematinis ir energetinis skaičiavimas. Šis procesas leidžia nustatyti optimalius pavaros parametrus, užtikrinant jos efektyvumą ir ilgaamžiškumą.
Pavaros mechanizmas paprastai pradedamas skaičiuoti, parenkant elektros variklį. Pradiniai duomenys pas mane yra duoti tokie (lentelė 1):
| PARAMETRAI | Galingumas P, kW | Kampinis greitis W, rad/s |
| 3,0 | 3,8 |
Pagal šiuos duomenis atliekami kiti skaičiavimai variklio parinkimui.
I. Elektros variklio parinkimas
- Pasirenkame perdavimo skaičius. Sliekinei pavarai parenkame u1 = 30; atvirai krumplinei pavarai u2 = 2.
- Tada kampinis greitis (w) velenuose apskaičiuojamas: w = w1 • u; (1.1) mūsų atveju gauname: trečiojo veleno: (duota) w3 = 3,8 rad/s; antrojo veleno: w2 = w3 • u2 = 3,8 ∙ 2 = 7.6 rad/s; pirmojo veleno: w1 = w2 • u1 = 7,6 ∙ 30 = 228 rad/s;
- Suradę kampinį greitį, paskaičiuojame n - apsisukimų skaičių per minutę. 1 aps/min = 2π rad/min, tai w3 = 4 rad/s = 3,8 ∙ 60 = 240 rad/min. w2 = 7,6 rad/s = 7,6 ∙ 60 = 480 rad/min. w1 = 228 rad/s = 228 ∙ 60 = 13680 rad/min. Paskaičiuojame apsisukimų skaičių: n = (1.2) n3 = 240 / 2 ∙ 3,14 = 38,3 aps/min; n2 = 480 / 2 ∙ 3,14 = 76,4 aps/min; n1 = 13680 / 2 ∙ 3,14 = 2840 aps/min.
- Toliau pasiskaičiuojama reikalingą variklio galią: η = ηiš.pav ηred ηm = ( 0,94 • 0,99) • ( 0,70 • 0,994 ) • ( 0,98) = 0,65. Movos - tampri pirštinė mova. Guolių poros naudingumo koeficientas lygus 0,99. Sliekinės pavaros su 1 pradžia η = 0,70 (tepalo vonioje); Krumplinės atviros pavaros η = 0,94. Taigi turime trečio veleno galingumą N3 = 3 kW; Reikalingas variklio galingumas bus N1 = w.
- Pasirenkame variklį, kuris labiausiai atitinka mūsų pavaros reikalavimus. Tai yra bendros paskirties asinchroninis elektros variklis su trumpai sujungtu rotoriumi. Jo techniniai duomenys (lentelė 2):
| Elektros variklio tipas | Nominalinis galingumas Nvar, kW | nvar, aps/min | Mprad/Mnom |
| A 42-2 | 4.5 | 2870 | 1.8 |
Toliau viską skaičiuosime pagal pasirinkto variklio charakteristikas.
Pavaros velenų apsisukimų skaičius per minutę:
- Pirmo veleno n1 = nv = 2870 aps/min;
- Antro veleno n2 = aps/min;
- Trečiojo veleno n3 = 95,6 / 2 = 47,8 aps/min.
Apsiskaičiuojame kiekvienam velenui perduodamą galingumą:
- Pirmam velenui N1 = Nv = 4,5 kW;
- Antram velenui N2 = Nv η1 = 4,5 • 0,65 = 3,58 kW;
- Trečiam velenui N3 = N2 η2 = 3,58 • 0,92 = 3,29 kW;
η1 - pirmo ir antro veleno naudingumo koeficientas; η2 - trečio veleno naudingumo koeficientas; η1 = 0,70 • 0,994• 0,98 • 0,99 = 0,65; η2 = 0,94 • 0,99 = 0,92.
Sukamojo momento (T) skaičiavimas:
T1, T2, T3 - pirmo, antro ir trečio velenų sukimo momentai.
Visus gautus duomenis surašome į 3 lentelę:
| Velenai | Apsisukimų skaičius n (aps/min) | Sukamasis momentas T (Nm) | Galingumas N (kw) | Kampinis greitis w (rad/s) | Perdavimo sk. u |
| 1 | 2840 | 19,7 | 4,5 | 228 | 30 |
| 2 | 76,4 | 471 | 3,58 | 7,6 | |
| 3 | 38,3 | 865,7 | 3,29 | 3,8 | 2 |
II. Atviros cilindrinės krumplinės pavaros skaičiavimas
I. Pavaros skaičiavimas
- Reduktoriaus perdavimo skaičius pagal GOSTą 2185-55 (16P lent.) parenkamas u¬2 = 2.
- Pavaros velenų kampiniai greičiai: Varančiojo aps/min; Varomojo z4 aps/min.
- Atviros krumplinės pavaros tipas: lėtaeigė - tiesiakrumplė.
- Krumplinės medžiagos pasirinkimas. Mažajam krumpliaračiui pasirenkamas plienas 50Г, terminis apdirbimas - pagerinimas, kietumas HB 241. Didžiajam krumpliaračiui - plienas 40, terminis apdirbimas - normalizavimas, kietumas HB 152. Iš lentelių parenkamos metalų mechaninės charakteristikos: mažajam krumpliaračiui (z3) σB= 686 MN/m2, σT= 392 MN/m2 (santykinis ruošinio skersmuo bus iki 200 mm); didžiajam krumpliaračiui (z4) σB= 530 MN/m2, σT= 265 MN/m2 (santykinis ruošinio skersmuo bus iki 300 mm).
- Tai medžiagų patvarumo riba pagal formulę σ-1= 0.43 σB gaunama: mažajam krumpliaračiui σ-1= 0,43 ∙ 686= 294,98 MN/m2; didžiajam krumpliaračiui σ-1= 0,43 ∙ 530= 227,9 MN/m2.
- Leistini įtempimai lenkiant mažojo krumpliaračio z3 krumpliams, paėmus [n] = 1,5, kσ= 1.6 ir krl= 1, [σ0]’l = MN/m2; didžiojo krumpliaračio (z4) krumpliams, paėmus [n] = 1,5, kσ= 1.5, [σ0]”l = MN/m2.
- Mažojo krumpliaračio (z3) leistini kontaktiniai įtempimai, kai rėžimo koeficientas krl= 1 (82 psl.) [σ]k= 2,75HBkrk = 2,75 ∙ 241 = 662,75 MN/m2.
- Reduktoriaus velenų sukimo momentai: varantysis velenas MG= N2/w2 = 3580/7,9 = 453,2 Nm; Varomasis velenas ML= N3/w3 = 3290/4 = 822,5 Nm.
Atviros krumplinės pavaros laipsnio skaičiavimas
- Nustatome tarp ašinį atstumą A, vadovaudamiesi krumplių paviršių kontaktiniu stiprumu. Tarp ašinį atstumą nustatome pagal formulę ; čia u2= 2 - perdavimo skaičius; Msk1 = MGK - Mažojo krumpliaračio skaičiuojamasis momentas; MG - mažojo krumpliaračio nominalinis momentas; K - apkrovimo koeficientas, iš anksto paėmę K= 1.5, gausime Msk1 =453,2 ∙1,5= 679,8 Nm; [σ]k - leistinas kontaktinis įtempimas; ΨA=B/A - pločio koeficientas; imame ΨA= 0,4; kp= 1 - tiesekrumplei pavarai, kontaktinės linijos suminio ilgio padidėjimo sąskaita. Įrašę reikšmes į formulę, gausime m. Pagal GOSTą 2185-55 priimame AL=180 mm (13P lent.).
- Krumpliaračių skaičius (z) ir kabinimo modulis (m). Pagal (3.14) formulę m= (0,01 - 0,02)A = (0,01 - 0,02) ∙ 180 = 1,8 - 3,6 mm; priimame m= 3 (pagal GOSTą 9563-60, 54 psl., 3.2 lent.). Krumpliaračio z3 krumplių skaičius. Krumpliaračio z4 krumplių skaičius z4= u2 ∙ z3 = 2∙40 = 80.
- Krumpliaračių poros pagrindiniai matmenys mm: dd3 = mz3 = 3 ∙ 40= 120 mm; dd4 = mz4 = 3 ∙ 80= 240 mm; B3 = B4 + 5 = 72 +5 = 77 mm; B4 = ψLA = 0.4 ∙ 180 = 72 mm; De3 = dd3 + 2m = 120 + 2 ∙3 =126 mm; De4 = dd4 + 2m = 240 +2 ∙ 3 = 246 mm; Di3 = dd3 - 2.5m = 120 - 2.5 ∙ 3 = 112,5 mm; Di4 = dd4 - 2.5m = 240 - 2.5 ∙ 3 = 232,5. Čia dd3,dd4 - dalijamųjų apskritimo skersmenys (mažojo ir didžiojo krumpliaračių); De3 , De4 - viršūnių apskritimų skersmenys; Di3 , Di4 - pašaknų apskritimų skersmenys; B3 , B3 - krumpliaračių plotis.
- Krumpliaračio z3 apskritiminis greitis v m/s. Kai yra toks greitis ir krumpliaračių medžiagų kietumas mažesnis kaip HB 350, lėtaeigės krumpliaračių poros krumplių gamybai imame 9 tikslumo laipsnį (žr. 3.11 lent.).
- Patiksliname apkrovimo koeficientą K= KkoncKd; Kur čia Kkonc - apkrovimo koncentracijos koeficientas; Kd - dinaminis koeficientas; Kai ir krumpliaračiai išdėstyti nesimetriškai, tai pagal 3.12 lent., turint galvoje (3.56) formulę, K‘konc=1,55, tai Kkonc= ; Be to, kai v2= 0,46 m/s ir pavaros 9 tikslumo laipsnis, Kd= 1,1 (3.8 lent.) K= 1,1 ∙ 1,3= 1,43.
- Patikriname skaičiuojamuosius kontaktinius įtempimus priimtiems pavaros matmenims ir patiksliname apkrovimo koeficientą. , kur A= 0.18 m; Msk3= MT ∙ K = 453,2 ∙ 1,43 = 648 Nm u= u2 = 2 B= B4 = 72 kp= 1. Įstatę skaičius turime N/m2= 659 MN/m2<[σk]. Viršijantys įtempimai sudaro. Neviršijamas kontaktinis įtempimas, tai visiškai priimtina.
- Jėgos veikiančios sukabinime: Apskritiminė jėga N; MT - mažojo krumpliaračio nominalinis momentas; dd3 - mažojo krumpliaračio dalijamasis apskritimo skersmuo; radialinė jėga T2=P2 ∙ tg α = 7553 ∙ tg 20 = 2749 N.
- Patikriname krumplių stiprumą pagal įtempimus lenkiant. Krumplio formos koeficientai pagal 3.4 lent.: krumpliaračiui z3, kai z3= 40, y3 = 0,442; krumpliaračiui z4, kai z4 = 80, y4 = 0,478. Krumpliaračių z3 ir z4 krumplių stiprumo lenkiant palyginamasis įvertinimas: krumpliaračiui z3 y3[σ0]l’= 0,442 ∙ 184.4 = 81,5 MN/m2; krumpliaračiui z4 y4[σ0]l”= 0,478 ∙ 152 = 73 MN/m2; Toliau skaičiuojame pagal krumpliaračio z3 krumplį, kaip ne tokį stiprų. kpl= 1 - tiesiakrumpliams krumpliaračiams, koeficientas, įvertinantis apkraunamojo pajėgumo padidėjimą; Skaičiuojamoji apskritiminė jėga Psk= P2 sk = P2K = 7553 ∙ 1,43 = 10800 N B=B4= 0.072 m; Skaičiuojamasis (darbinis) įtempimas lenkiant krumpliaračio z3 pavojingame krumplio pjūvyje MN/m2< [σ0]l`.
Pagrindinius atviros krumplinės pavaros parametrus suvedame į 3 lentelę.
| Parametrai | Lėtaeigis laipsnis |
| Varančiojo veleno galingumas ………………. | N1 = 4,5 kW |
| Laipsnių perdavimo skaičius …………………. | u2 = 2 |
| Kampinis greitis: varančiojo veleno ………………………………. | nG = n2 = 76,3aps/min |
| varomojo veleno ………………………………… | nL = n3 = 38,3aps/min |
| Pavaros tipas ………………………………………… | tiesiakrumplė |
| Tarpašinis atstumas ……………………………….. | A = 0,18 m |
| Mažojo krumpliaračio krumplių skaičius ….. | z3 = 40 |
| Didžiojo krumpliaračio krumplių skaičius … | z4 = 80 |
| Krumplių įstrižumo kampas ……………………. | 0° |
| Modulis ……………………………………………….. | m = 3 |
| Krumplių pločio koeficientas …………………. | ψA = 0,4 |
| Dalijamųjų apskritimų skaesmuo: mažojo krumpliaračio ……………………….. | dd3 = 120 mm |
| didžiojo krumpliaračio ……………………… | dd4 = 240 mm |
| Krumpliaračių plotis ……………………………… | B3 = 77 mm; B4 = 72 mm |
| Jėgos, veikiančios sukabinime: apskritiminė jėga …………………… | P2 = 7553 N |
| radialinė jėga ………………………… | T2 = 2749 N |
| ašinė jėga ……………………………… | Q2 = 0 |
III. Orientacinis reduktoriaus velenų skaičiavimas
Sukimo momentai:
- varančiojo veleno skerspiūviuose Ms2 = MG = 453,2 Nm;
- varomojo veleno skerspiūviuose Ms3 = ML = 822,5 Nm.
Varantysis velenas
Kadangi varantysis krumpliaratis yra užmautas ant sliekračio veleno, tai nieko papildomai ir neskaičiuosime, tik patikrinsime ar pasirinktas veleno diametras nėra per mažas. Patikriname veleną ar atlaikys apkrovimą. Paėmę [τ]s = 24 MN/m2, nustatome veleno išeinančio galo minimalų skersmenį pagal atsparumo sukimui skaičiavimą: m;
Varomasis velenas
Paėmę [τ]s = 24 MN/m2, gauname: d3 = mm; Priimame veleno skersmenį d3 = 60 mm., ties guoliais dG = 65 mm.
Krumpliaračių konstrukciniai matmenys
Orientuodamasis pagal duomenis pateiktus 256 psl., (11,1 pav.), ir pagal konstrukcinius matmenis, nustatau krumpliaračio z3 ir z4 pagrindinius konstrukcinius matmenis.
Krumpliaračiui z4:
- Stebulės skersmuo dst = 1,6 ∙ d2” = 1,6 ∙ 60 = 96 mm, priimame dst = 100 mm.
- Stebulės ilgis lst = 1,2 ∙ d2” = 1,2 ∙ 60 = 72 mm, priimame lst = 70 mm.
- Ratlankio storis δr = 2,5 ∙ mn = 2,5 ∙ 3 = 7,5 mm, priimame δr = 8 mm.
- Disko storis C = 0,3 ∙ B4 = 0,3 ∙ 72 = 21,6 mm, priimame C = 25 mm.
Krumpliaračiui z3:
- Stebulės skersmuo dst = 1,6 ∙ d2” = 1,6 ∙ 60 = 96 mm, priimame dst = 95 mm.
- Stebulės ilgis lst = 1,2 ∙ d2” = 1,2 ∙ 60 = 72 mm, priimame lst = 80 mm.
Kadangi krumpliaračio skersmuo yra mažas, tai jis neturės ratlankio, bus ištisinis (vienodo storio).
Guolių parinkimas
Greitaeigiam velenui guoliai buvo parinkti skaičiuojant sliekinę pavarą (5,1 punkte). Lėtaeigiam velenui parenkami guoliai rutuliniai radialiniai vienaeiliai guoliai 313 vidutinės serijos, kurių darbingumo koeficientas C = 106000. Jie statomi vienas šalia kito.
Tepimas
Guoliams ir krumpliaračiams parenkamas konsistencinis tepalas, nes krumplinė pavara yra neuždengta. Parenkamas sintetinis solidolas УСc-2 (GOSTas 4366-56). Krumplinė pavara, kas tam tikrą laiką bus sutepama. Guoliai bus sutepami išardžius pavarą.
C. Sliekinės pavaros skaičiavimas
I. Pavaros kontaktinio stiprumo skaičiavimas
- Slieko ir sliekračio vainiko medžiagos parinkimas. Kadangi projektuojamam reduktoriui nekeliami specialūs reikalavimai, tai ekonomijos tikslais sliekračio vainikui imame bealavę bronzą - aliuminio-geležies bronzą БpAЖ9-4Л (atlieta žemėje). Slieko medžiaga - plienas 45, užgrūdintas iki kietumo didesnio kaip HRC 45 ir vėliau šlifuojamas.
- Bealavėms bronzoms režimo koeficientas, skaičiuojant kontaktinį stiprumą, krk=1. Kai reduktoriui tenka dirbti ilgai, sliekračio krumplių apkrovimo ciklų skaičius Nc2>25∙107 ir todėl minimalus režimo koeficientas, skaičiuojant atsparumą lenkimui, krl=0,543 (G.Ickovičiaus knyga 99psl.). Slydimo greitis sukabinime spėjamas vsl=3 m/s; atitinkamai imamas leistinas kontaktinis įtempimas (G.Ickoviciaus knyga 4.8 lent.99 psl.) [σ]k=167 MN/m2; leistinas įtempimas lenkiant (4.7 lent. 98 psl.) [σo]l=[σo]‘l ∙ krl=98,1 ∙ 0,543=53,3 MN/m2.
- Skaičiuojamasis apkrovimas. Iš anksto paimta slieko dalijamojo cilindro skersmens modulių skaičius q=8; kai z1= 1, slieko deformacijos koeficientas (4.5 lent.96 psl.) Θ=72. Kadangi reduktorius bendros paskirties, apkrovimas gali svyruoti nemažose ribose. Dydį x apibudinantį apkrovimo netolygumą, imame x = 0,5. Tuomet apkrovimo koncentracijos koeficientas Pavaros tikslumo laipsnis 7. Šiuo atveju dinaminis koeficientas Kd=1, ir apkrovimo koeficientas K=Kkonc ∙ Kd =1,07 ∙ 1 = 1,07. Skaičiuojamasis sliekračio momentas Msk2=ML∙ K = 453,2 ∙ 1,07 = 485 Nm.
- Tarpašinis atstumas remiantis kontaktiniu stiprumu.
II. Pagrindiniai pavaros matmenys.
- Kabinimo modulis. Artimiausi slieko standartiniai parametrai pagal (4.2 lent.87 psl.) ms = 6 mm ir q = 10. Tuomet tarpašinis atstumas
- Pagrindiniai slieko matmenys: dalijamojo cilindro skersmuo dd1= ms ∙ q = 6 ∙ 10 = 60 mm; viršūnių ir pašaknių cilindrų skersmenys slieko (šlifuoto) įpjautos dalies ilgis L = 105 mm. Vijos kilimo dalijamuoju cilindru kampas pagal (4.3 lent.88 psl.) λ=5°42’38’’.
- Sliekračio vainiko pagrindiniai matmenys: dalijamojo apskritimo skersmuo viduriniame pjuvyje viršūnių ir pašaknų apskritimų skersmenys viduriniame pjūvyje išorinis skersmuo, kai z1 = 1. Sliekračio vainiko plotis, kai z1 = 1.
III. Reduktoriaus naudingumo koeficientas; sukabinimo jėgos
- Slydimo greitis; čia w1-slieko kampinis greitis rad/s. Esant tokiam greičiui, trinties koeficientas, kai panaudota bealavė bronza ir šlifuotas sliekas (4.4 lent. 90psl.) f = 0,018 ir trinties kampas. Reduktoriaus naudingumo koeficientas, įskaitant nuostolius atramose, o taip pat tepalo taškymui ir maišymui,
- Sukabinimo jėgos: sliekračio apskritiminė jėga lygi slieko ašinei jėgai; sliekračio ašinė jėga lygi slieko apskritiminei jėgai, kur slieko veleno (greitaeigio) momentas; sliekračio ir slieko radialinės jėgos.
Pagrindinius duomenis surašome į 4 lentelę.
| Parametrai | Lėtaeigis laipsnis |
| Varančiojo veleno galingumas ………………. | N1 = 5,5 kW |
| Laipsnių perdavimo skaičius …………………. | u1 = 38 |
| Kampinis greitis: varančiojo veleno ………………………………. | nG = n1 =2900 aps/min |
| varomojo veleno ………………………………… | nL = n2 =76,3 aps/min |
| Pavaros tipas ………………………………………… | sliekine |
| Tarpašinis atstumas ……………………………….. | A = 0,144 m |
| Mažojo krumpliaračio krumplių skaičius ….. | z1 = 1 |
| Didžiojo krumpliaračio krumplių skaičius … | z2 = 76 |
| Modulis ……………………………………………….. | m = 6 |
| Dalijamųjų apskritimų skaesmuo: mažojo krumpliaračio ……………………….. | dd1 = 60 mm |
| didžiojo krumpliaračio ……………………… | dd2 = 228 mm |
| Krumpliaračių plotis ……………………………… | L = 105 mm; B2 = 54 mm |
| Jėgos, veikiančios sukabinime: apskritiminė jėga …………………… | P2 = 3975 N |
| radialinė jėga ………………………… | T2 = 1447 N |
| ašinė jėga ……………………………… | Q2 = 463 N |
IV. Patikrinamasis pavaros skaičiavimas
- Skaičiuojamojo apkrovimo patikslinimas. Kai z1=1 ir q = 10, slieko deformacijos koeficientas Θ=72. Tuomet, kai x= 0,5 ir z2=38, apkrovimo koncentracijos koeficientas. Pagal GOSTą 3675-56 tikslumo laipsnis 7 ir slydimo greitis vsl = 9,15 m/s, dinaminis koeficientas Kd = 1,2. Apkrovimo koeficientas K=0,647 ∙ 1,2 = 0,78 ir skaičiuojamasis apkrovimas.
- Pavaros kontaktinio stiprumo patikrinimas. Skaičiuojamieji kontaktiniai įtempimai; Gautajam slydimo greičiui leistini kontaktiniai įtempimai pagal (4.8 lent.99psl.) [σ]k=138MN/m2, vadinasi σk >[σ]k, kas yra leistina.
- Sliekračio krumplio atsparumo lenkimui patikrinimas. Fiktyvus (redukuotas) sliekračio krumplių skaičius. Tuomet krumplio formos koeficientas pagal (3.4 lent.58 psl.) y = 0,423 ir darbiniai (skaičiuojamieji) įtempimai lenkiant sliekračio krumpliuose. Čia...
Sprendimas priimtas: degalų kainas bandys stabdyti – ar tai suveiks?
tags: #masinu #detaliu #kursinis #projektavimas #pavaru #kinematinis