Казань – 2008

Рекомендации для выполнения курсового проекта на тему «Проект электромеханического привода с одноступенчатым червячным редуктором» соответствуют программе обучения курсантов по учебной дисциплине " Прикладная механика" по направлению подготовки «Электротехника, электромеханика и электротехнологии»; по специальности «Электромеханика» и по военной специальности «Применение подразделений артиллерии».

Рекомендации предназначены для оказания помощи курсантам при проектировании электромеханических приводов механизмов штатной техники с одноступенчатым червячным редуктором в ходе выполнения курсовых проектов, выпускных квалификационных и расчетно–графических работ. В рекомендациях приведен пример расчета одноступенчатого червячного редуктора.

Рекомендации являются учебно–наглядным пособием и предназначены для курсантов, обучающихся в высшем артиллерийском командном училище (военном институте).

Рекомендации разработаны кандидатом технических наук, доцентом Здуновым А.Н.

Иллюстраций – 20, таблиц – 8, библиографий – 4 (назв.).

Ответственный за выпуск ЗДУНОВ А.Н.

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Предметом изучения прикладной механики являются механические системы, широко применяемые в технике и вооружении, которые являются продуктом производства машиностроения и приборостроения. Современный офицер артиллерист должен уметь производить инженерные расчеты и знать основы конструирования, чтобы эти знания можно применить в дальнейшем для качественного освоения новых образцов техники и вооружения.

Курсовой проект имеет целью научить курсантов самостоятельно применять полученные теоретические знания для комплексного решения конкретных практических задач; привить навыки проектирования, производства расчетов, самостоятельного проведения научных исследований и обоснования принимаемых решений.

Для выполнения курсового проекта курсанту выдается задание, в котором указывается тема проекта, целевая установка, исходные данные, основные вопросы, подлежащее разработке и рекомендуемая литература.

По исходным данным следует произвести общий расчет электромеханического привода, ряд проектировочных расчетов, сделать проверочные расчеты, выбрать тип подшипников, муфту, проанализировать сборку и особенности эксплуатации редуктора; выполнить сборочный чертеж редуктора, рабочий чертеж детали, кинематическую схему электропривода, оформить пояснительную записку; приведен пример проектирования электромеханического привода механизма артиллерийского орудия с одноступенчатым червячным редуктором.

Во введении необходимо раскрыть тему проекта на примерах машин общего назначения и механизмов штатной техники и определить целевое назначение данного проекта.

В заключении необходимо сформулировать основные результаты проектировочного расчета и конструктивной разработки спроектированного привода, рекомендации по его применению в конструкциях артиллерийского вооружения.

1 ОБЩИЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА

Целью данного этапа расчета является: на основе анализа требований «заказчика» к проектируемому механизму определить:

область технического использования проектируемого изделия на образцах артиллерийского вооружения;

климатический диапазон изменения температур и влажности, пылезащищенность изделия;

зависимость двигателя от базового источника энергии;

обоснованность заданных «заказчиком» технических требований и их соответствие с ГОСТами и т.д.

Правильно проведенный анализ требований «заказчика» позволяет создать обоснованную кинематическую схему проектируемого изделия и приступить к проектировочным расчетам.

1.1 Кинематическая схема и ее анализ. Исходные данные

Для рассматриваемого примера анализ требований заказчика может быть сформулирован в следующем виде:

во-первых, поскольку электромеханический привод (ЭМП) является составной частью САУ и БМ РСЗО и планируется к эксплуатации в полевых условиях, которые характеризуются температурным диапазоном от – 40^О до + 50^ОС, повышенной, свыше 80% влажностью, наличием пыли и грязи, высокой ремонтопригодностью, то эти условия определяют, что ЭМП должен содержать стандартные, широко распространенные составные узлы и детали, иметь корпус закрытого типа;

во-вторых, так как базовым источником электроэнергии является генератор (или АКБ) 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 обусловливает также применение электродвигателя со смешанным возбуждением;

в-третьих, установка ЭМП на подвижном основании (базовой части автомобиля, станины артиллерийского орудия) подразумевает наличие угловых и линейных несоосностей соединяемых валов электродвигателя и входного вала редуктора, что, в свою очередь, предусматривает соединение с помощью компенсирующих муфт;

в-четвертых, требование «заказчика» к выполнению передачи одноступенчатой может быть обоснованно только после выполнения кинематических расчетов.

На основании проводимого анализа кинематическая схема ЭМП должна содержать:

электродвигатель постоянного тока со смешанным возбуждением, напряжением питания 27 В;

червячный редуктор;

компенсирующие муфты.

Кинематическая схема привода приведена на рис.1.

Рис.1 Кинематическая схема электромеханического привода

Например, исходными данными для дальнейших расчетов электромеханического привода являются:

мощность на выходном валу Р_вых = 2, 5 кВт;

частота вращения выходного вала n_вых = 25 об/мин;

ресурс работы – 30000 часов.

Привод включает электродвигатель М и редуктор закрытого типа, которые соединены муфтой Х1. Редуктор одноступенчатый, червячный. Входной В1 и выходной В2 валы вращаются в подшипниках качения (две пары). Выходной вал муфтой Х2 соединен с исполнительным механизмом (рабочим органом).

1.2 Выбор электродвигателя

Целью этого этапа работы является: из обоснованных в п.1.1 требований к электродвигателям, применяемых для механизмов наведения САУ и БМ РСЗО по заданной мощности Р_вых и числу оборотов n_вых выбрать конкретный электродвигатель. Выбор производится в соответствии с методикой, изложенной в [3].

Р_эл.тр ≥ Р_вых и n_эл.min ≤ n_эл.тр ≤ n_эл.max,

где Р_эл.тр – требуемая мощность электродвигателя;

n_эл.тр – требуемое число оборотов вала электродвигателя.

Р_эл.тр определяется из выражения:

Р_эл.тр = Р_вых/η,

где η – ориентировочный коэффициент полезного действия определяемый из табл. 14 [4].

Для рассматриваемого примера

Р_{вых. тр} = 2, 5/(0, 7…0, 92) = (3, 57…2, 72) кВт.

n_эл.тр = n_вых · u,

где значение u берется из значений рекомендуемых передаточных чисел из табл. 14 [4], стр.17.

n_эл.тр = 25 (8…80) = (200…2000) об/мин.

Таким образом, выбираемый электродвигатель должен удовлетворять условиям:

Р_эл.тр ≥ 3, 57 кВт, а 200 об/мин ≤ n_эл.тр ≤ 2000 об/мин.

Рекомендуется, при одинаковых мощностях, выбирать электродвигатель с меньшими габаритными размерами, а с числом оборотов ближе к минимальному значению n_эл.тр, так как это обусловливает меньшие габаритные размеры ЭМП в целом и меньшее значение передаточных чисел.

Таким образом, исходя из рассчитанных условий, выбирается электродвигатель из таблиц 11, 12, 13 [4].

Для рассматриваемого примера, рассчитанным требованиям удовлетворяет электродвигатель серии 2ПН160YXЛ4, имеющий мощность

Р_эл. = 4 кВт, номинальное число оборотов 750 об/мин, максимальное число оборотов 1850 об/мин.

Электродвигатель постоянного тока серии 2ПН общепромышленного применения, напряжением 27В, закрытого типа с принудительной вентиляцией, 4-х полюсный, высота оси вала от опорной поверхности лапок двигателя 160 мм, диаметр вала электродвигателя d_э = 42 мм.

1.3 Кинематический расчет привода

Целью кинематического расчета является определение угловых скоростей валов и передаточных отношений передач

ω ₁ = π n_эл/ 30 и ω ₂ = π n_вых/30,

где ω ₁ – угловая скорость вращения входного вала редуктора, равная угловой скорости вала приводного электродвигателя;

n_эл – частота вращения вала электродвигателя;

ω ₂ – угловая скорость выходного вала редуктора;

n_вых – частота вращения выходного вала редуктора.

Для рассматриваемого примера:

ω ₁ = = 78, 5 с^-1,

ω ₂ = = 2, 62 с^-1.