Кинематическая схема и ее анализ. Исходные данные

Кинематическая схема привода выбирается в зависимости от назначения, условий эксплуатации, источника энергии, общей компоновки установки с приводом.

В соответствии с заданием на курсовое проектирование предусмотрен проект электромеханического привода с одноступенчатым редуктором применительно к приборам и механизмам наведения САУ, БМ РСЗО.

Рекомендуемые кинематические схемы привода представлены на рисунках 1.1, 1.2, 1.3, 1.4.

Исходными данными для расчета подобных ЭМП, как правило, являются: мощность на выходном валу Р_вых; частота вращения выходного вала n_вых; характер нагрузки и ресурс работы в часах t.

Рис.1.1 Кинематическая схема электромеханического привода с

одноступенчатым цилиндрическим прямозубым редуктором

Рис. 1.2 Кинематическая схема электромеханического привода с

одноступенчатым цилиндрическим косозубым редуктором

Рис. 1.3 Кинематическая схема электромеханического привода

с одноступенчатым коническим редуктором

Рис.1.4 Кинематическая схема электромеханического привода

с червячным редуктором

Привод включает (рис. 1.1, рис. 1.2, рис. 1.3, рис. 1.4) электродвигатель М и соответствующий редуктор закрытого типа, которые соединены муфтой Х1. Входной вал В1 и выходной вал В2 вращаются в подшипниках качения (две пары). Выходной вал муфтой Х2 соединяется с исполнительным механизмом А (рабочим органом), в качестве которого могут быть, например, подъемный или поворотный механизм артиллерийского орудия (БМ РСЗО), барабан лебедки крана и т.п.

Поскольку электромеханический привод (ЭМП) является составной частью САУ или БМ РСЗ0 и планируется к эксплуатации в полевых условиях, которые характеризуются температурным диапазоном от –50° до +50° С, повышенной, свыше 80% влажностью, наличием пыли и грязи, высокой ремонтопригодностью, то эти условия определяют, что ЭМП должен включать как надежные стандартные, широко распространенные составные узлы и детали, так и специальные, иметь корпус закрытого типа.

1.2 Выбор электродвигателя

Наибольшее применение в приводах общего назначения находят электродвигатели переменного тока, асинхронные, закрытые, обдуваемые, различного исполнения (ГОСТ 19523-74) с синхронной частотой вращения ротора 3000, 1500, 1000 и 750 мин^-1 (об/мин) различной мощности, характеристики которых приведены в таблицах 9, 10 [Р. 10].

Так как базовым источником электроэнергии приводов механизмов наведения САУ и БМ РСЗО является генератор (или АКБ) постоянного тока напряжением не выше 27 В, то выбираемый электродвигатель должен быть постоянного тока, а полевые условия эксплуатации накладывают дополнительные ограничения – он должен быть закрытого типа с принудительной вентиляцией, а наличие требований к переменной и реверсивной нагрузке обуславливает также применение электродвигателя со смешанным возбуждением.

Характеристики рекомендуемых электродвигателей приведены в таблицах 11, 12, 13 [Р. 10].

Установка ЭМП на подвижном основании (базовой части автомобиля, станины артиллерийского орудия) подразумевает наличие угловых и линейных несоосностей осей соединяемых вала электродвигателя и входного вала редуктора, что, в свою очередь, предусматривает соединение их с помощью компенсирующих муфт.

Выбор электродвигателя производится по требуемой мощности на выходном валу электродвигателя Р_э.тр. и по требуемой частоте вращения вала электродвигателя n_э.тр, которая зависит от частоты вращения выходного вала редуктора n_вых и схемы привода, определяющей передаточное отношение ί.

При выборе электродвигателя следует иметь ввиду, что при примерно одинаковых размерах, массе и стоимости электродвигателей с уменьшением n_э, уменьшаются передаточное число привода u и размеры передач.

Для редукторов передаточное отношение численно равно передаточному числу, т.е. ί = u.

Требуемую мощность электродвигателя определяют по формуле

Р_э.тр. = Р_вых / η , (1.1)

где η – КПД передачи, ориентировочные значения которых с учетом потерь в подшипниках находятся по таблице 14 [Р. 10].

Требуемую частоту вращения вала электродвигателя определяют по формуле

n_э.тр = n_вых u, (1.2)

где u – передаточное число передачи, определяемое по таблице 14 [Р. 10].

Учитывая условия выбора:

Р_э ≥ Р_э.тр и n_{э.тр min} ≤ n_э.тр ≤ n_{э.тр max}, по таблицам 11, 12, 13 [Р. 10] выбирается тип электродвигателя и его характеристики.

1.3 Кинематический расчет привода

Кинематический расчет привода включает:

определение передаточного числа привода (редуктора);

расчет угловых скоростей и частоты вращения валов.

Передаточное число привода определяют по формуле

u = n_э/n_вых. (1.3)

Частота вращения валов В1 и В2:

n₁ = n_э ; n₂ = n_э/u = n_вых. (1.4)

Угловые скорости вращения валов:

ω₁ = ; ω₂ = . (1.5)

1.4 Силовой расчет привода

Силовой расчет привода заключается в определении вращающих моментов на валах по формулам:

на выходном валу Т_вых = Т₂ = Р₂/ω₂, где Р₂ = Р_вых; (1.6)

на входном валу Т₁ = Т₂/(u· η).

Примеры общего расчета привода

Пример 1. Общий расчет электромеханического привода с одноступенчатым цилиндрическим прямозубым и косозубым редуктором (рис. 1.1, 1.2)

В качестве примера рассмотрим общий расчет электромеханического привода с одноступенчатым цилиндрическим прямозубым (косозубым) редуктором (рис.1.1, 1.2) для исполнительного механизма штатной техники с исходными данными:

мощность на выходном валу редуктора Р_вых = 1,8 кВт;

частота вращения выходного вала n_вых = 150 об/мин;

нагрузка спокойная, переменная, реверсивная; ресурс работы t не менее 30000 часов.

Выбор электродвигателя:

требуемую мощность электродвигателя определяем по формуле

Р_э.тр. = Р_вых / η ,

где η – КПД цилиндрической передачи, ориентировочные значения которого с учетом потерь в подшипниках качения находится в пределах η = 0,96…0,98 (таблица 14 [Р. 10]). С учётом этого

Р_э.тр = 1,8/(0,96…0,98) = (1,87…1,84) кВт.

Требуемую частоту вращения вала электродвигателя определяем по формуле

n_э.тр = n_вых u,

где u = 2,0…6,3 – передаточное число цилиндрической передачи (таблица 14 [Р. 10]).

Тогда n_этр. = 150 (2,0…6,3) = (300…945) об/мин.

Учитывая условия выбора электродвигателя:

Р_э ≥ Р_э.тр и n_{э.тр min} ≤ n_э.тр ≤ n_{э.тр max}, по таблице 11 [Р. 10] выбираем электродвигатель 2ПН132 LУХЛ4 с мощностью Р_э = 1,9 кВт и частотой вращения n_э = 750об/мин. Электродвигатель постоянного тока серии 2ПН общепромышленного применения, напряжением 27 В, закрытого типа с принудительной вентиляцией, 4-х полюсный, высота оси вала от опорной поверхности лапок двигателя 132 мм, для умерено – холодного климата.

Диаметр вала электродвигателя d_э = 38 мм (таблица 9 [Р. 10]).

Кинематический расчет привода:

передаточное число привода:

u = n_эд/n_вых.; u = 750 / 150 = 5;

частота вращения валов В1 и В2:

n₁ = n_э ; n₁ = 750 об/мин;

n₂ = n_э/u = n_вых; n₂ =750/5= 150 об/мин;

угловые скорости вращения валов:

ω₁ = ; ω₁ = (3,14·750) / 30 = 78,5 рад/с;

ω₂ = ; ω₂ = (3,14· 150) / 30 = 15,7 рад/с.

Силовой расчет привода:

вращающий момент на выходном валу

Т₂ = Р₂/ω₂; Т₂ = (1,8·10³) / 15,7 = 114,6 Н·м.

вращающий момент на входном валу определяем по формуле

Т₁ = Т₂/(u· η); Т₁ = 114,6 / (5 (0,96…0,98)) = (23,9…23,4) Н·м.

Принимаем Т₁ = 23,9 Н·м.

Результаты общего расчета привода приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Результаты общего расчета привода с одноступенчатым цилиндрическим прямозубым (косозубым) редуктором