Библиографический список……………………………………………………….….166
Приложение А. Справочные данные………………………………………………..168
Приложение Б. Примеры выполнения чертежей……..……………………………284
Приложение В. Виды и система условных обозначений
подшипников качения……………………………………………...319
Введение
Привод машины – система передачи энергии от источника к исполнительному органу, состоящая из двигателя и связанных с ним устройств.
В учебном пособии рассматриваются вопросы расчета механических компонентов электропривода машин.
Технический уровень любого агрегата определяется качеством составляющих его узлов, которые могут быть изготовлены или на специализированных производствах серийно, или индивидуально с использованием нормативных рекомендаций.
Правильное компонование привода позволяет получить оптимальные эксплуатационные характеристики проектируемой машины, к которым относятся долговечность и надежность, безопасность обслуживания и экономичность в изготовлении.
Критерий долговечности обеспечивается рядом свойств, среди которых важнейшие – прочность, износоустойчивость, твердость, технологичность.
Машины разнообразны по назначению, и разными могут быть условия их эксплуатации. Тем не менее, существует определенная типичная архитектура их приводов, которая позволяет унифицировать их расчеты и провести рациональный композиционный синтез. В данной работе приведена методика расчета и проектирования механических компонентов электропривода грузоподъемной машины. Для других типов машин расчет механических компонентов электропривода проводится аналогично. Однако в каждом конкретном случае он будет индивидуальным и включать в себя необходимые разделы. Поэтому материал пособия состоит из отдельных тематических глав и представлен в табличной форме.
В данном учебном пособии рассмотрены вопросы подбора и расчета механических компонентов электропривода машины, приведены необходимые справочные и пояснительные материалы, а также примеры выполнения технической документации.
В первом разделе представлено описание состава привода, его элементов. Во втором разделе рассматриваются параметры эксплуатации привода: режимы работы машины, типовые режимы нагружения, а также некоторые теоретические аспекты, которые могут быть полезны перед переходом к расчетной части. Рекомендации, изложенные в третьем разделе, позволяют скомпоновать привод в целом. В четвертом разделе представлены расчеты разных типов передач, их опор и других механических элементов конструкций электропривода. Основные рекомендации по эксплуатации привода изложены в пятом разделе.
В приложениях приведены справочные данные и примеры выполнения технической документации
1. Привод машины, характеристика его элементов и параметры эксплуатации
1.1. Состав привода машины и характеристика его элементов
Привод машины состоит из узлов, которые условно можно разделить на категории по характеру их использования:
сообщающие движения;
преобразующие движение;
узлы соединительные (муфты и т.п) и поддерживающие (валы и их опоры);
терминалы или исполнительные органы.
Примеры приводов машин представлены на рисунке 1.1
Рисунок 1.1 – Схемы типовых приводов машин:
а) привод конвейера, б) привод грузовой лебедки
1 – электродвигатель; 2 – передача клиновидным ремнем; 3 – редуктор;
4 – передача цепью; 5 – муфта эластичная; 6 – тормоз; 7 – муфта зубчатая;
8 – барабан; 9 – гибкий орган; 10 – крюковая подвеска
В качестве источника энергии для привода чаще всего используются электродвигатели. Для приводов машин преимущественно применяют трехфазные электродвигатели переменного тока: асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором серии МТКF, МТКН и АИР и электродвигатели с фазным ротором серии МТF и МТН, а также электродвигатели переменного тока серии МАП (машины асинхронные повышенного скольжения).
Применяются также и двигатели постоянного тока серии ДПМ (двигатели постоянного тока морского исполнения).
На рисунке 1.2 представлен электродвигатель серии МАП.
Рисунок 1.2 – Электродвигатель серии МАП
Исполнительная часть механизма может включать в себя либо барабан, гибкий орган и грузозахват, как в механизме подъема груза (рисунок 1.1,б), либо цепную часть конвейера (рисунок 1.1,а), либо другие типы исполнительных механизмов.
В качестве гибких органов применяют стальные, проволочные канаты различных типов. Канаты различают по диаметру, по маркировочной группе (для подъемно – транспортных машин 1372, 1470, 1668, 1666, 1764, 1862, 1960, 2156, 2254, 2352 МПа), по количеству проволок в прядях и количеству прядей в канате, по материалу сердечника (пеньковый, асбестовый, стальной и т.п.) и другим специальным признакам. Подбор каната производят по расчетному разрывному усилию по нормам Госгортехнадзора в зависимости от режима работы механизма.
В грузоподъемных машинах общего назначения для захватывания груза служат крюки. При двух и более несущих ветвях применяют крюковые подвески
(рисунок 1.3).
Рисунок 1.3 – Подвеска крюковая:
1– крюк; 2 – ось блок канатный; 3 – ось блока; 4– подшипник блока;
5– подшипник крюка
Для изменения направления движения и поддержания каната служат блоки. Они бывают подвижные и неподвижные. Подвижные блоки, кроме изменения направления каната, обеспечивают получение выигрыша в силе.
Система подвижных и неподвижных блоков, огибаемых канатом, образует полиспаст (рисунок 1.4). Характеристикой полиспаста является его кратность. Полиспасты бывают одинарные и спаренные. Кратность одинарного полиспаста равна числу ветвей каната, воспринимающих нагрузку.
Рисунок 1.4 – Схемы полиспастов с различной кратностью:
1 – барабан; 2 – неподвижный блок; 3 – подвижный блок
Для преобразования вращательного движения привода механизма в поступательное движение подъема или опускания груза служат канатные барабаны (Рисунок 1.5).
Рисунок 1.5 – Барабан для однослойной навивки каната:
1 – корпус; 2 – вал; 3 – канат; 4 – планка прижимная; 5 – опора
В приводах производственных машин частота вращения элементов исполнительного органа, как правило, не равна частоте вращения выходного вала двигателя. Для согласования энерго – кинематических параметров «входа – выхода» привода применяют узлы, преобразующие движение, композиция которых определяется передаточной функцией привода. В случае, когда эта функция направлена на понижение частоты вращения узел называется редуктором (от лат. reductor – отводящий назад, понижающий). Если выходные энерго – кинематические параметры привода не могут быть обеспечены одной передачей, используют необходимое количество сочетаемых передач, которые образуют двух- трех- или многоступенчатые редукторы. В приводах машин используют, как стандартные редукторы, так и разработанные индивидуально. В таблицах А.10 – А.14 Приложения А представлены типы и некоторые параметры распространенных редукторов.
В редукторах применяют различные типы передач: цилиндрические (прямозубые, с наклонным зубом, шевронные), конические, червячные, планетарные и волновые, а также передачи с гибкой связью (ременные и цепные).
Цилиндрическая зубчатая передача (рисунок 1.6) осуществляет движение между
параллельными осями. Колеса, образующие ее, имеют начальные и делительные поверхности в виде цилиндров.
Рисунок 1.6 – Передача цилиндрическая: 1– колесо ведущее; 2 – колесо ведомое
Коническая зубчатая передача (рисунок 1.7) осуществляет передачу движения между пересекающимися осями. У зубчатых колес конической передачи начальные и делительные поверхности – конические.
Рисунок 1.7 – Передача коническая: 1 – колесо ведущее; 2 – колесо ведомое
Планетарная зубчатая передача (рисунок 1.8) служит для передачи и преобразования вращательного движения и содержит центральные колеса (a, b) и колеса с перемещающимися осями вращения, которые называют сателлитами (g). Звено, на котором установлены опоры сателлитов, называется водилом (h). Число сателлитов обозначается nw. Наибольшее распространение получили передачи с nw =3. Ось вращения водила называется основной осью. В планетарных передачах сочетаются внешнее (a–g) и внутреннее (g–b) зацепление. Звенья, вращающиеся вокруг основной оси называются основными звеньями. Неподвижным может быть любое из основных звеньев.
Рисунок 1.8 – Передача планетарная: а, b – колеса центральные; h – водило;
g1, g2, g3 – колеса с перемещающимися осями вращения (сателлиты)
Волновая зубчатая передача (Рисунок 1.9) является конструктивной разновидностью планетарной передачи с одним центральным жестким колесом b и сателли-том g, выполненным в виде тонкостенного гибкого цилиндра с зубчатым венцом, деформируемым в процесее работы водилом h (генератором волн).
Рисунок 1.9 – Схема образования волновой передачи: а) – передача планетарная с одним сателлитом; б) – передача волновая с одной зоной зацепления; в) – передача волновая с двумя зонами зацепления (b – колесо центральное; g – сателлит – колесо гибкое зубчатое; h – водило)
Движение между валами со скрещивающимися осями осуществляется червячной передачей, которая состоит из червяка и червячного колеса (рисунок 1.10).
Рисунок 1.10 – Передача червячная: 1 – червяк; 2 – колесо червячное
Зацепление червячного колеса подобно зацеплению цилиндрического колеса с рейкой. Для нормальной работы червячного зацепления необходимо соблюдение равенства шагов (расстояний между одноименными точками соседних зубцов) на делительном диаметре в осевой плоскости червяка и делительном диаметре колеса. Червячные передачи дают возможность получения большого передаточного отношения в одноступенчатой передаче, плавность и бесшумность работы, возможность самоторможения. Различают передачи с цилиндрическими (делительная поверхность червяка – цилиндрическая) и глобоидными (делительная поверхность червяка является частью вогнутой поверхности тора) червяками.
При передаче движения червячное колесо вступает в зацепление с витками червяка, расположенными на его поверхности вращения. Угол наклона зуба червячного колеса равен углу подъема линии витка червяка.
В приводах также используют передачи с гибкой промежуточной связью: ременную (рисунок 1.11) и цепную (рисунок 1.12) В качестве гибкой связи выступает ремень или цепь.
Рисунок 1.11 – Передача ременная: 1 – шкив ведущий;
2 – шкив ведомый; 3 – ремень
Рисунок 1.12 – Передача цепная:
1 – звездочка ведущая; 2 – звездочка ведомая; 3 – цепь
Передающие движение элементы (колеса, звездочки, шкивы) устанавливаются на валах с определенной посадкой с использованием дополнительных связей в виде шпонок и других элементов.
Опоры валов (рисунок 1.13) служат для их поддержания и обеспечения стабильной работы передачи. Подшипник – часть опоры вала, который обеспечивает перемещение вала в опоре.
Рисунок 1.13 – Вал с опорами: 1 – вал шестерни; 2 – колесо; 3 – шпонка;
4 – подшипник; 5 – крышка подшипника
Узлы, комплектующие машину, соединяются между собой с помощью специальных устройств (муфт и т.п.).
Приводные муфты передают вращательное движение и крутящий момент с одного вала на другой, расположенный соосно, или с вала на установленную на нем деталь. С помощью муфт решается кинематическая и силовая задача, а также ряд монтажных и эксплуатационных аспектов. Муфты бывают глухие, компенсирующие предельные и управляемые.
На рисунке 1.14 изображена компенсирующая упругая втулочно – пальцевая муфта (МУВП), на которую может устанавливаться тормоз (размеры ВТ и DT соответствуют внутренним размерам тормозных колодок). Она, как правило, устанавливается в приводе между электродвигателем и редуктором и демпфирует динамические нагрузки. Полумуфта под тормоз располагается со стороны редуктора.
Рисунок 1.14 – Муфта упругая втулочно - пальцевая
На рисунке 1.15 изображена зубчатая муфта, которая устанавливается между редуктором и барабаном и компенсируют угловые отклонения валов под нагрузкой. При необходимости установки на ней тормоза, полумуфта, расположенная со стороны исполнительного органа выполняется по размерам тормозного шкива.
Рисунок 1.15 – Муфта зубчатая
Для остановки и пуска механизма служат тормоза ( см. приложение А, табли-
цы А.21, А.22). В машинах часто применяют тормоза, пристроенные к двигателю. В приводе возможна установка двух тормозов.
В приводах используются тормоза колодочные (рисунок 1.16), ленточные, дисковые, конические. По направлению действия усилий нажатия на тормозной элемент они бывают с радиальным и осевым замыканием, по источнику замыкающей силы – ручные, пружинные, грузовые и гидравлические, а по характеру действия приводного усилия – закрытого типа (постоянно замкнуты внешней силой и размыкаются во время работы механизма), открытого типа (замыкаются для остановки механизма) и комбинированные (в нормальных условиях работают как открытого типа, в аварийных – закрытого). Тормоза бывают автоматические и управляемые.
Рисунок 1.18 – Схема колодочного тормоза: 1, 2 – тормозные колодки;
3, 4 – рычаги; 5 – пружина
Правила эксплуатации машин и механизмов определяются требованиями Госгортехнадзора. Они обязательны для предприятий всех министерств и ведомств. В Правилах даны указания по вопросам, относящимся к технической эксплуатации и ремонту механизмов: организация надзора и обслуживания, порядок регистрации; разрешение на пуск в работу; технические освидетельствования; разрешение на изготовление и ремонт; материалы и сварка. Технические освидетельствования, предусматриваемые Правилами, делятся на полные (включающие дефектоскопию, статические и динамические испытания) и частичные, проводимые без испытаний.
Полному техническому освидетельствованию подвергают вновь установленные механизмы, находящиеся в эксплуатации (не реже одного раза в 3 года), а также механизмы после переноса их на новое место работы, реконструкции и некоторых ремонтных работ. Частичное освидетельствование предусматривается не реже одного раза в 12 месяцев.
Правила вкдючают в себя три вида освидетельствований: первоначальное, периодические и внеочередные.
Первоначальное освидетельствование сопровождается испытанием и полным освидетельствованием механизмов.
Периодические испытания проводят не реже чем один раз в пять лет.
Внеочередные освидетельствования и испытания производят после замены, пе-
реоборудования или ремонта механизмов или их деталей, а также после аварий.
Механизм сначала испытывают пробной нагрузкой при статическом режиме. Затем производят испытания пробной нагрузкой при работе механизмов с полными
скоростями и предусмотренным совмещением движений. Одновременно проверяют действие тормозов и концевых выключателей.
Статические испытания механизмов проводят нагрузкой, превышающей ее номинальное значение на 25 %. Динамические испытания механизмов производят нагрузкой, превышающей на 10 % номинальное значение.
Нагрузку, воспринимаемую механическими компонентами привода в процессе эксплуатации машины, называют рабочей.
Номинальной считают рабочую нагрузку, наиболее характерную для рассматриваемого механизма и его элементов. Номинальную нагрузку принимают в качестве исходной для определения расчетной нагрузки.
Расчетная нагрузка зависит от рабочей нагрузки и критериев работоспособности конкретных механизмов, с учетом условий их нагружений.
Состояние механизма, при котором он способен выполнить заданные функции сохраняя значения параметров в пределах, установленных нормативной регламентацией, зависит от ряда критериев к числу которых нужно отнести прочность, жесткость, износостойкость, теплостойкость, виброустойчивость и т.д.
В зависимости от условий работы те или иные критерии получают приоритет по отношению к остальным.