Pavarų kinematinis ir energetinis skaičiavimas

Projektuojant mechaninius įrenginius, svarbus etapas yra pavarų kinematinis ir energetinis skaičiavimas. Šis procesas leidžia nustatyti optimalius pavaros parametrus, užtikrinant jos efektyvumą ir ilgaamžiškumą.

Elektros variklio parinkimas ir kinematinis skaičiavimas

Pavaros mechanizmo skaičiavimas pradedamas parenkant elektros variklį. Pradiniai duomenys paprastai apima galingumą P ir kampinį greitį W. Pagal šiuos duomenis atliekami tolesni skaičiavimai variklio parinkimui.

Perdavimo skaičiaus nustatymas

Pasirenkami perdavimo skaičiai, pavyzdžiui, sliekinei pavarai u1 = 30, o atvirai krumplinei pavarai u2 = 2. Tuomet kampinis greitis (w) velenuose apskaičiuojamas pagal formulę:

w = w1 • u

Pavyzdžiui, jei trečiojo veleno kampinis greitis w3 = 3,8 rad/s, tai:

• Antrojo veleno: w2 = w3 • u2 = 3,8 ∙ 2 = 7,6 rad/s;
• Pirmojo veleno: w1 = w2 • u1 = 7,6 ∙ 30 = 228 rad/s.

Apsisukimų skaičiaus nustatymas

Suradus kampinį greitį, apskaičiuojamas apsisukimų skaičius per minutę (n). Formulė: n = w / (2π)

Pavyzdžiui:

• 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.

Variklio galios skaičiavimas ir parinkimas

Toliau apskaičiuojama reikalinga variklio galia, atsižvelgiant į naudingumo koeficientus. Bendras naudingumo koeficientas η apskaičiuojamas dauginant atskirų pavaros elementų naudingumo koeficientus:

η = ηiš.pav • ηred • ηm

Pavyzdžiui, jei movos naudingumo koeficientas ηm = 0,98, guolių poros ηguolių = 0,99, sliekinės pavaros ηsliekinės = 0,70, ir krumplinės atviros pavaros ηkrumplinės = 0,94, tuomet:

η = (0,94 • 0,99) • (0,70 • 0,994) • (0,98) = 0,65

Jei trečio veleno galingumas N3 = 3 kW, reikalingas variklio galingumas N1 bus apskaičiuojamas atsižvelgiant į bendrą naudingumo koeficientą.

Parenkamas bendros paskirties asinchroninis elektros variklis su trumpai sujungtu rotoriumi, atitinkantis pavaros reikalavimus. Pavyzdžiui, variklis A 42-2, kurio nominalus galingumas Nvar = 4,5 kW ir apsisukimų skaičius nvar = 2870 aps/min.

Veleno galingumo ir sukimo momento skaičiavimas

Pagal pasirinkto variklio charakteristikas apskaičiuojami velenų apsisukimų skaičiai ir perduodamas galingumas. Pavyzdžiui:

• 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.

Čia η1 ir η2 yra atitinkami naudingumo koeficientai.

Sukimo momentas (T) kiekvienam velenui apskaičiuojamas naudojant galingumą ir kampinį greitį.

Apibendrinti duomenys gali būti pateikti lentelėje, pavyzdžiui:

Atviros cilindrinės krumplinės pavaros skaičiavimas

Atviros cilindrinės krumplinės pavaros skaičiavimas apima reduktoriaus perdavimo skaičiaus pasirinkimą, krumplinės medžiagos parinkimą ir įtempių skaičiavimus.

Krumplinės medžiagos parinkimas ir charakteristikos

Mažajam krumpliaračiui gali būti pasirenkamas plienas 50Г, pagerintas termiškai, su kietumu HB 241. Didžiajam krumpliaračiui - plienas 40, normalizuotas termiškai, su kietumu HB 152. Iš lentelių parenkamos metalų mechaninės charakteristikos, tokios kaip tempiamasis stipris (σB) ir takumo riba (σT).

Medžiagų patvarumo riba pagal formulę σ-1 = 0,43 σB:

• Mažajam krumpliaračiui: σ-1 = 0,43 ∙ 686 = 294,98 MN/m2;
• Didžiajam krumpliaračiui: σ-1 = 0,43 ∙ 530 = 227,9 MN/m2.

Leistinieji įtempimai

Leistini įtempimai lenkiant mažojo krumpliaračio krumpliams (z3) ir didžiojo krumpliaračio (z4) krumpliams apskaičiuojami atsižvelgiant į saugos koeficientus ir kitus parametrus. Pavyzdžiui, leistini kontaktiniai įtempimai mažojo krumpliaračio (z3) paviršiams gali būti [σ]k = 2,75 ∙ HB ∙ krk.

Reduktoriaus velenų sukimo momentai

Varančiojo veleno sukimo momentas: MG = N2 / w2 = 3580 / 7,9 = 453,2 Nm.

Varomojo veleno sukimo momentas: ML = N3 / w3 = 3290 / 4 = 822,5 Nm.

Atviros krumplinės pavaros laipsnio skaičiavimas

Nustatomas tarpašinis atstumas A, vadovaujantis krumplių paviršių kontaktiniu stiprumu. Formulė apima perdavimo skaičių u2, skaičiuojamąjį momentą Msk1, leistiną kontaktinį įtempimą [σ]k ir pločio koeficientą ΨA. Skaičiuojamasis momentas Msk1 = MG ∙ K, kur K yra apkrovimo koeficientas.

Pagal GOSTą priimamas tarpašinis atstumas AL = 180 mm.

Krumpliaračių skaičius ir kabinimo modulis

Kabinimo modulis m nustatomas pagal formulę m = (0,01 - 0,02)A. Priimamas standartinis modulis m = 3. Mažojo krumpliaračio z3 krumplių skaičius paprastai yra parenkamas, o didžiojo krumpliaračio z4 skaičius apskaičiuojamas: z4 = u2 ∙ z3.

Krumpliaračių pagrindiniai matmenys

Apskaičiuojami dalijamųjų apskritimų skersmenys (dd), viršūnių apskritimų skersmenys (De), pašaknų apskritimų skersmenys (Di) ir krumpliaračių plotis (B). Pavyzdžiui:

• dd3 = m ∙ z3 = 3 ∙ 40 = 120 mm;
• dd4 = m ∙ z4 = 3 ∙ 80 = 240 mm.

Krumpliaračių plotis: B3 = B4 + 5 = 72 + 5 = 77 mm; B4 = ψL ∙ A = 0,4 ∙ 180 = 72 mm.

Apkrovimo koeficiento patikslinimas ir stiprumo patikrinimas

Patikslinamas apkrovimo koeficientas K, atsižvelgiant į apkrovimo koncentracijos koeficientą Kkonc ir dinaminį koeficientą Kd. Tuomet patikrinami skaičiuojamieji kontaktiniai įtempimai priimtiems pavaros matmenims.

Jėgos, veikiančios sukabinime:

• Apskritiminė jėga: P2 = (2 ∙ MT) / dd3;
• Radialinė jėga: T2 = P2 ∙ tg α.

Patikrinamas krumplių stiprumas pagal įtempimus lenkiant, naudojant krumplio formos koeficientus.

Atviros krumplinės pavaros parametrai

Pagrindiniai atviros krumplinės pavaros parametrai suvedami į lentelę:

Reduktoriaus velenų orientacinis skaičiavimas

Nustatomi varančiojo ir varomojo velenų sukimo momentai. Varantysis velenas, ant kurio užmautas krumpliaratis, tikrinamas, ar pasirinktas veleno diametras nėra per mažas. Minimalus veleno išeinančio galo skersmuo nustatomas pagal atsparumo sukimui skaičiavimus, atsižvelgiant į leistiną šlyties įtempį [τ]s.

Varomajam velenui priimamas veleno skersmuo, pavyzdžiui, d3 = 60 mm, o ties guoliais dG = 65 mm.

Krumpliaračių konstrukciniai matmenys

Orientuojantis pagal standartinius duomenis, nustatomi pagrindiniai krumpliaračių (z3 ir z4) konstrukciniai matmenys:

• Krumpliaračiui z4:
• Stebulės skersmuo dst = 1,6 ∙ d2” = 1,6 ∙ 60 = 96 mm (priimama dst = 100 mm).
• Stebulės ilgis lst = 1,2 ∙ d2” = 1,2 ∙ 60 = 72 mm (priimama lst = 70 mm).
• Ratlankio storis δr = 2,5 ∙ mn = 2,5 ∙ 3 = 7,5 mm (priimama δr = 8 mm).
• Disko storis C = 0,3 ∙ B4 = 0,3 ∙ 72 = 21,6 mm (priimama C = 25 mm).
• Krumpliaračiui z3:
• Stebulės skersmuo dst = 1,6 ∙ d2” = 1,6 ∙ 60 = 96 mm (priimama dst = 95 mm).
• Stebulės ilgis lst = 1,2 ∙ d2” = 1,2 ∙ 60 = 72 mm (priimama lst = 80 mm).

Kadangi krumpliaračio z3 skersmuo yra mažas, jis neturės ratlankio ir bus ištisinis.

Guolių parinkimas ir tepimas

Lėtaeigiam velenui parenkami rutuliniai radialiniai vienaeiliai guoliai, pavyzdžiui, 313 vidutinės serijos, kurių darbingumo koeficientas C = 106000. Jie statomi vienas šalia kito.

Guoliams ir krumpliaračiams parenkamas konsistencinis tepalas, nes krumplinė pavara yra neuždengta. Pasirenkamas sintetinis solidolas УСc-2 (GOSTas 4366-56). Krumplinė pavara yra periodiškai sutepama, o guoliai tepami išardžius pavarą.

Sliekinės pavaros skaičiavimas

Pavaros kontaktinio stiprumo skaičiavimas

Renkamos slieko ir sliekračio vainiko medžiagos. Sliekračio vainikui, siekiant ekonomijos, pasirenkama bealavė bronza - aliuminio-geležies bronza БpAЖ9-4Л. Slieko medžiaga - plienas 45, užgrūdintas iki kietumo, didesnio kaip HRC 45, ir vėliau šlifuojamas. Bealavėms bronzoms režimo koeficientas, skaičiuojant kontaktinį stiprumą, yra krk = 1.

Atsižvelgiant į ilgą reduktoriaus darbo laiką, nustatomas minimalus režimo koeficientas atsparumui lenkimui. Spėjamas slydimo greitis sukabinime, pavyzdžiui, vsl = 3 m/s. Atitinkamai imami leistini kontaktiniai įtempimai [σ]k ir leistini įtempimai lenkiant [σo]l.

Skaičiuojamasis apkrovimas

Iš anksto paimamas slieko dalijamojo cilindro skersmens modulių skaičius q. Slieko deformacijos koeficientas Θ nustatomas iš lentelių. Apkrovimo netolygumą apibūdinantis dydis x priimamas, pavyzdžiui, x = 0,5.

Tuomet apskaičiuojamas apkrovimo koncentracijos koeficientas ir, atsižvelgiant į pavaros tikslumo laipsnį ir dinaminį koeficientą Kd, nustatomas bendras apkrovimo koeficientas K.

Skaičiuojamasis sliekračio momentas Msk2 = ML ∙ K.

Pagrindiniai pavaros matmenys ir kabinimo modulis

Pasirenkami artimiausi slieko standartiniai parametrai, tokie kaip modulis ms ir koeficientas q. Tuomet apskaičiuojamas tarpašinis atstumas. Nustatomi pagrindiniai slieko matmenys: dalijamojo cilindro skersmuo dd1, viršūnių ir pašaknių cilindrų skersmenys bei slieko įpjautos dalies ilgis.

Vijos kilimo dalijamuoju cilindru kampas (λ) nustatomas iš lentelių. Apskaičiuojami pagrindiniai sliekračio vainiko matmenys: dalijamojo apskritimo skersmuo viduriniame pjūvyje, viršūnių ir pašaknų apskritimų skersmenys bei išorinis skersmuo. Taip pat nustatomas sliekračio vainiko plotis.

Reduktoriaus naudingumo koeficientas ir sukabinimo jėgos

Apskaičiuojamas slydimo greitis sukabinime. Esant nurodytam greičiui, trinties koeficientas f ir trinties kampas nustatomi pagal medžiagas (bealavė bronza ir šlifuotas sliekas).

Reduktoriaus naudingumo koeficientas apskaičiuojamas, įskaitant nuostolius atramose, tepalo taškymą ir maišymą.

Sukabinimo jėgos apima:

• Sliekračio apskritiminė jėga (lygi slieko ašinei jėgai);
• Sliekračio ašinė jėga (lygi slieko apskritiminei jėgai);
• Sliekračio ir slieko radialinės jėgos.

Sliekinės pavaros parametrai

Pagrindiniai duomenys suvedami į lentelę:

Patikrinamasis pavaros skaičiavimas

Patikslinamas skaičiuojamasis apkrovimas, atsižvelgiant į slieko deformacijos koeficientą, apkrovimo koncentracijos koeficientą ir dinaminį koeficientą.

Patikrinamas pavaros kontaktinis stiprumas, lyginant skaičiuojamuosius kontaktinius įtempimus su leistinaisiais. Taip pat patikrinamas sliekračio krumplio atsparumas lenkimui, naudojant fiktyvų krumplių skaičių ir krumplio formos koeficientą.

tags: #dirzine #pavara #skaiciavimas