Введение (стр. 1 )

ВВЕДЕНИЕ

Создание машин, отвечающих требованиям рынка, должно предусматривать их высокие технико-экономические и эксплуатационные показатели. Основные требования, предъявляемые к создаваемой машине: высокая производительность, надёжность, технологичность, ремонтопригодность, минимальные габариты и масса, удобство эксплуатации, экономичность, техническая эстетика. Все эти требования необходимо учитывать в процессе проектирования и конструирования машин.

Основной задачей проектирования и конструирования машин является разработка конструкторской документации, необходимой для изготовления опытного образца, монтажа, испытания и эксплуатации проектируемого изделия.

Проектирование - это процесс разработки общей конструкции изделия. Конструирование - это дальнейшая детальная разработка всех вопросов, решение которых необходимо для воплощения принципиальной схемы в реальное изделие. Проект - это документация, получаемая в результате проектирования и конструирования.

Правила проектирования и оформления конструкторской документации стандартизованы. ГОСТ 2.103-68 устанавливает стадии разработки конструкторской документации на изделия всех отраслей промышленности и этапы выполнения работ: техническое задание, техническое предложение (при курсовом проектировании не разрабатывается), эскизный проект, рабочая документация. В условиях учебного процесса стадии проектирования несколько упрощаются. В курсовом проекте по прикладной механике изучение основ конструирования студенты начинают с проектирования простейших элементов машин общего назначения. При его выполнении разрабатывают графические и текстовые конструкторские документы. Объём проекта зависит от специализации студента. Знания и опыт, полученные студентом при выполнении данного курсового проекта, являются базой для выполнения курсовых работ по специальным дисциплинам и дипломного проекта.

Цель курсового проектирования:

·  систематизировать, расширить и закрепить теоретические знания, а также развить расчётно-графические навыки у студентов;

·  ознакомить с конструкциями типовых деталей и узлов;

привить навыки самостоятельного решения инженерно-технических задач и умения рассчитать и сконструировать механизмы и детали общего назначения на основе полученных знаний;

·  помочь овладеть техникой разработки конструкторских документов на различных стадиях проектирования и конструирования;

·  научить проектантов защищать принятое техническое решение.

В процессе проектирования студенты выполняют следующее:

·  дают анализ назначения и условий, в которых находится проектируемое изделие, и наиболее рациональное конструктивное решение с учётом технологических, монтажных, эксплуатационных и экономических требований;

·  производят кинематические расчёты;

·  определяют нагрузки, действующие на звенья механизма;

·  производят расчёты конструкции по критериям работоспособности;

·  решают вопросы, связанные с выбором материала и наиболее технологичных форм деталей;

·  продумывают процесс сборки и разборки узлов и механизма в целом.

При этом они работают с действующими стандартами, справочной литературой и приобретают навыки пользования ими при выборе конструкции и размеров детали.

Рабочая документация проекта разрабатывается на основе конструктивных решений, принятых в техническом проекте, и предусмотрена техническим заданием проекта.

Сборочный чертёж редуктора или узла выходного вала, выполненный на основании конструктивной компоновки, даёт представление о последовательности и порядке сборки, а также устанавливает контроль габаритных, установочных, присоединительных и посадочных (сопряжённых) размеров.

В рабочей документации разрабатывают спецификацию, определяющую состав редуктора или узла, выполняют необходимые расчёты и рабочие чертежи двух сопряжённых деталей. В заключение приводятся сведения о правилах и порядке оформления и комплектации конструкторской документации курсового проекта в соответствии с нормами и требованиями ЕСКД и СТП УГАТУ 002-98.

"

1. РАСЧЕТ СИЛОВЫХ И КИНЕМАТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПРИВОДА

Курсовой проект по прикладной (технической) механике для студентов всех специальностей включает в себя расчёт и проектирование приводов машин, работающих при длительной постоянной или переменной нагрузке (транспортёров, вентиляторов, насосов, компрессоров и др.). Проектируемый привод состоит из электродвигателя и одноступенчатого зубчатого редуктора, ведущий вал которого соединяется с валом электродвигателя посредством муфты (обычно упругой компенсирующей), а ведомый несёт на себе консольно расположенную шестерню открытой передачи (цилиндрической или конической) или находится под воздействием радиальной нагрузки FM.

Исходными данными к проектированию привода являются:

- кинематическая схема редуктора;

- мощность на ведомом валу редуктора Рр в кВт или вращающий момент Твых в Н·м;

- частота вращения ведомого вала п2 в об/мин;

- число зубьев шестерни открытой передачи на ведомом валу Z3 (если передача коническая, необходимо задать также передаточное отношение) или значение радиальной нагрузки FM = 125 ;

- время работы передачи (ресурс) Lh, в часах;

- типовой режим работы привода.

По этим данным прежде всего подбирают требуемый электродвигатель. Выбор электродвигателя предусматривает определение его мощности, типа, частоты вращения вала и основных размеров.

1.1. Определение требуемой мощности двигателя

Требуемую мощность электродвигателя определяют на основании исходных данных. Если указана мощность Рр на ведомом валу, то необходимая мощность электродвигателя

Р=Рр/η,

где η - коэффициент полезного действия (КПД) привода, в общем случае равный произведению частных КПД ступеней редуктора η1, η2, η3,..., ηk:

η=η1·η2·η3·...ηk ·ηM

Здесь ηM - КПД упругой компенсирующей муфты, ηM=0,98...0,99. Потери на трение в подшипниках оцениваются множителем ηП= 0,99...0,995 на обе опоры каждого вала.

Значения КПД различных передач приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Средние значения КПД механических передач

Типы передач	КПД
закрытая зубчатая цилиндрическая коническая	0.97–0.98 0
открытая зубчатая:	0
закрытая червячная при числе заходов червяка: Z1=l Z1=2 Z1=4	0 0 0

Примечание: В приводах с параллельными передачами, например, с раздвоенными колесами, значения КПД из таблицы 1.1 учитывают только один раз.

Если заданы вращающий момент ТВЫХ (Н·м) и частота вращения ведомого вала п2 (мин-1), то требуемая мощность (в киловаттах)

Рр=Твых·n2/(9550·η)

1.2. Определение частоты вращения вала электродвигателя

Требуемая частота вращения вала электродвигателя определяется по формуле

где i - передаточное отношение привода.

В дальнейших расчетах вместо передаточного отношения i=nэд/n2·применяют передаточное число и = Z2 /Z1, где Z2 - число зубьев колеса, а Z1 - число зубьев шестерни (Z2Z1).

Применение и вместо i связано только с принятой формой расчетных зависимостей для контактных напряжений, значения которых не зависят от того, какое из зубчатых колес является ведущим.

Руководствуясь рекомендациями по выбору значений передаточных чисел в соответствии с заданным типом передачи в редукторе (см. табл. 1.2), определяют возможный диапазон частот вращения вала электродвигателя

nэд=n2(umin...umax)

По рассчитанной мощности Рр и диапазону nэд из табл. 1.3 выбирают электродвигатель таким образом, чтобы его номинальная мощность РномРр, а номинальная частота nном вращения вала была самой близкой (из возможных вариантов) к большему значению диапазона nэд. В этом случае размеры и стоимость электродвигателя будут наименьшими.

По выбранному электродвигателю определяют расчетное передаточное число зубчатой передачи редуктора

u=nном/n2

Таблица 1.2

Рекомендуемые значения передаточных чисел одноступенчатого редуктора

Тип передачи	и	иmax	Допускаемые отклонения
зубчатая цилиндрическая	2...5	6.3	при и<4.5 ±2.5% при и>4.5 ±4.0%
зубчатая коническая	1...4	6.3	±3%
червячная	8...63	80	±5%

1.3. Основные характеристики асинхронных электродвигателей общего применения

На рис. 1.1 представлена характеристика асинхронного электродвигателя, выражающая зависимость частоты вращения двигателя от величин вращающего момента.

Здесь Тном - номинальный вращающий момент;

Тнач (или Тпуск) - момент, развиваемый при пуске двигателя;

Тmах - максимальный момент (кратковременный);

nном - номинальная частота вращения двигателя;

nкр - критическая частота вращения двигателя;

nс - синхронная частота вращения двигателя (при отсутствии нагрузки), то есть частота вращения магнитного поля, она зависит от частоты тока f и числа пар полюсов р: nс=60·f/p.

Асинхронная угловая скорость, рад/сек ωс=2·π·f/p

При стандартной частоте f= 50 1/с и числе пар полюсов р от 1 до 4 синхронная частота вращения двигателя пс = 3000, 1500, 1000, 750 об/мин.

Частота вращения nном указываемая в каталогах электродвигателей, относится к номинальному режиму, её и принимают во внимание при определении общего передаточного числа привода.

Под действием нагрузки частота вращения вала электродвигателя п уменьшается по сравнению с пс, возникает скольжение s, определяемое по формуле s=(пс–nэд)/пс. Следовательно, nэд = nс·(l - s).

К основным типам асинхронных электродвигателей трёхфазного тока, предназначенных для приводов общего применения, относят двигатели единой серии марок:

4АН - электродвигатели, защищенные от попадания капель и твёрдых частиц и от прикосновения к вращающимся и токоведущим частям;

4А - электродвигатели закрытые обдуваемые по ГОСТ (рис. 1.2). Формы исполнения: Ml00 - электродвигатели горизонтальные, станина на лапах (см. рис. 1.2, а); М200 - то же и дополнительно с фланцем на щите (см. рис 1.2, б);

АО2 - электродвигатели закрытые обдуваемые по ГОСТ и их модификации.

Технические данные электродвигателей содержатся в каталогах [2,3,4], в табл. 1.3,1.4 приведены краткие выдержки из них.

а)

б)

Рис.1.2

Таблица 1.3

Двигатели асинхронные короткозамкнутые трёхфазные серии 4А

общепромышленного применения; закрытые обдуваемые. Технические данные.

Номи­нальная мощность Рном, кВт	Синхронная частота вращения, об/мин
3000	1500	1000	750
Тип двигателя	nном, об/мин	Тип двигателя	nном, об/мин	Тип двигателя	nном, об/мин	Тип двигателя	nном, об/мин
1,1	4АМ71В2УЗ	2 810	4АМ80А4УЗ	1420	4АМ80В6УЗ	920	4АМ90LВ8УЗ	700
1,5	4АМ80А2УЗ	2 850	4АМ80В4УЗ	1415	4АМ90Ь6УЗ	935	4АМ100L8УЗ	700
2,2	4АМ80В2УЗ	2 850	4АМ90L4УЗ	1425	4АМ100Ь6УЗ	950	4АМ112МА8УЗ	700
3,0	4AM90L2У3	2 840	4АМ100S4УЗ	1435	4АМ112МА8УЗ	955	4АМ112МВ8УЗ	700
4,0	4АМ100S2УЗ	2 880	4АМ100L4УЗ	1 430	4АМ112МА6УЗ	950	4АМ132S8УЗ	720
5,5	4АМ100К2УЗ	2 880	4АМ112М4УЗ	1445	4АМ13286УЗ	965	4АМ132М8УЗ	720
7,5	4АМ112М2УЗ	2 900	4АМ132S4УЗ	1455	4АМ132М6УЗ	970	4АМ160S8УЗ	730

Примечание: Структура обозначения типоразмера двигателя (расшифровывается слева направо): 4 - порядковый номер серии; А - вид двигателя - асинхронный; А - станина и щиты двигателя алюминиевые (отсутствие знака означает, что станина и щиты чугунные или стальные); М - модернизированный; двух - или трёхзначное число - высота оси вращения ротора; А, В - длина сердечника статора; L, S, М - установочный размер по длине станины; 2, 4, 6, 8 - число полюсов; УЗ - климатическое исполнение и категория размещения (для работы в зонах с умеренным климатом) по ГОСТ

Таблица 1.4

Двигатели. Основные размеры, мм

Тип двигателя	Число полюсов	Исполнение
1М1081	1М1081,1М2081,1М3081	1М1081 и 1М2081	1М2081 и 1М3081
d30	l1	l30	d1	b1	h1	l30	l31	d10	b10	h	h10	h31	l20	l21	d20	d22	d24	d25
71А, В		170	40	285	19	6	6	90	45	7	112	71	9	201	3,5	10	165	12	200	130
80А	186		300	22	100	50	10	125	80	10	218
80Б	320
90L	208		350	24			125	56	140	90	11	243		12
100S	2,4,6,8	235	60	362	28	8	7	112	63		160	100		263	4	14	215	15	250	180
100L				392									12
112М		260	80	452	32	10	8	140	70	12	190	112		310	5	16	256		300	230
132S	302	480	38	89	216	132	13	350	18
132М	530	178
160S	2	358	110	624	42	12	8
	4,6,8	48	14	9								300		350
160М	2	667	42	12	8	210	108	15	254	160	18	430	15				250
	4,6,8	48	14	9									19

После выбора электродвигателя и определения передаточного отношения редуктора выполняют расчеты зубчатых передач.