Двигатель - привод - рабочий орган машины

Многоступенчатый привод состоит из двух ступеней: ременной передачи и зубчатой передачи. Назначение привода: уменьшить угловую скорость рабочего органа машины и увеличить крутящий момент на выходном валу редуктора (на рабочем органе машины).

Пусть будут известны следующие параметры:

N_эл = 4 кВт = 4000 Вт - мощность электродвигателя,

n_эл = 1000 об/мин - частота вращения электродвигателя,

d1 = 100 мм - диаметр меньшего шкива ременной передачи,

d2 = 500 мм - диаметр большего шкива,

Z1 = 20 - число зубьев шестерни редуктора,

Z2 = 80 - число зубьев колеса.

Требуется определить: угловую скорость, частоту вращения, момент и мощность на выходном валу редуктора.

Решение. Определяем общее передаточное отношение многоступенчатого привода по формуле:

u_{Σ ═} u_{ременной передачи} ·u_{зубчатой передачи} ,

u_{Σ ═} d2/d1 · Z2/Z1 ═ 500/100 ·80/20 ═ 20

Полученный результат говорит о том, что частота вращения (и угловая скорость) выходного вала редуктора будет в 20 раз меньше, частоты вращения электродвигателя. Тогда:

n_{выходного вала ═} n_эл. / 20 ═ 1000/20 ═ 50 об/мин.

ω_{выходного вала} ═ 2·π· n_{выходного вала} / 60 ═ 2·3,14·50/60 ═ 5,23 рад/сек

ω_эл ═ 2·π· n_эл / 60 ═ 2·3,14·1000/60 ═ 104,67 рад/сек

Определим момент на валу электродвигателя:

M_эл ═ N_эл / ω_эл ═ 4000 Вт/104,67 рад/сек ═ 38,22 н·м

Для определения момента на выходном валу редуктора требуется определить мощность на этом же валу. При передаче вращения от вала электродвигателя к выходному валу машины будут потери: в ременной передаче, в подшипниках редуктора (две пары подшипников: вал шестерни и выходной вал), в зубчатом зацеплении.

В справочниках КПД (коэффициент полезного действия) указан:

КПД ременной передачи = 0,96,

КПД пары подшипников = 0,99,

КПД зубчатой передачи = 0,97.

В этом случае КПД суммарный привода равен их произведению:

КПД суммарный = КПД ременной передачи · (КПД пары подшипников)² · КПД зубчатой передачи = 0,96·0,99²·0,97 = 0,91

Мощность на выходном валу редуктора будет равна:

N _{выходной вал} = Nэл · КПД суммарный =

4000 Вт · 0,91 = 3640 Вт

В этом случае, момент на выходном валу редуктора будет равен:

М _{выходной вал} ═ N _{выходной вал} / ω_{выходного вала} ═

3640 Вт/5,23 рад/сек ═ 695,98 н·м

5.7. Валы и оси.Вал (ось) опирается на опоры, которые называются цапфы. Если цапфа (опора) расположена по концам вала, то она называется шип. Если цапфа расположена между крайними опорам, то она называется шейка. Если цапфа воспринимает осевую нагрузку, то она называется пята.