Геометрические параметры. Модуль зацепления

Техническое предложение

 

В процессе эксплуатации машины ПОМ-4 последней модернизации выявлены следующие недостатки:

· перегрев двигателя рабочего органа - несмотря на требование производителя двигателей о принудительном охлаждении двигателя ТЛ-2К (а именно такие двигатели ставят на машины ПОМ-4 для привода рабочего органа), используется пассивное охлаждение. В процессе работы двигатель включают на 20-30 минут, затем в паузе производят пассивное охлаждение при выключенном двигателе. Тем не менее электродвигатели, выработавшие свой ресурс еще в электровозе, часто возгораются из-за межвиткового замыкания вследствие перегрева; рекомендация: перед установкой таких двигателей необходим капитальный ремонт - это значительно снизит риск выхода из строя двигателя рабочего органа;

· нагрев мультипликатора;

· частота вращения у различных двигателей ТЛ-2К под нагрузкой разная, в пределах 800…1200 об/мин, что при наличии мультипликатора с постоянным передаточным числом может существенно отличаться от расчетных 1480 об/мин у вентилятора.

Необходима дальнейшая модернизация данной машины. Целью данного проекта является проектирование системы охлаждения для двигателя и мультипликатора и приведение частоты вращения вентилятора в соответствие с действительной частотой вращения двигателя путем применения нескольких вариантов мультипликатора с разными передаточными числами.

 

Расчет мультипликатора

 

Исходные данные

 

Расчетная мощность P = 400 кВт.

Расчетные частоты вращения электродвигателя, n₂ = 1230, 1050, 930, 820, об/мин.

Расчетная частота вращения вентилятора n₁ = 1480 об/мин.

В качестве примера рассмотрен расчет при n₂ = 930 об/мин

Кинематический расчет мультипликатора

Передаточное число

 

u = n₁/n₂=1480/930 = 1,59. (3.1)

 

Крутящие моменты на валах Т, Н×м:

 

T = 9550P/n, (3.2)

 

где Р – расчетная мощность, Р = 400 кВт; n – частота вращения вала, n₂ = 930 об/мин.

Тихоходный вал [15]: Т₂ = 9550×400/930 = 4108 Н×м.

Быстроходный вал:

 

T₁=9550Ph/n₁, (3.3)

 

где h - КПД зубчатой передачи, h = 0,96 [10].

T₁=9550×400×0.96/1480=2478 Н×м.

Расчет передачи

Двигатель мультипликатор вал муфта вентилятор

Выбор материала

Для уменьшения габаритов мультипликатора по высоте приняты зубчатые колеса большой ширины, при этом использование высокотвердых материалов нецелесообразно так как по концам зубьев наблюдается высокая концентрация нагрузки. Основными критериями работоспособности и расчета зубчатых передач является контактная и изгибная прочность. Этим условиям отвечают углеродистые и легированные стали.

Принята для обоих колес сталь 45 улучшенная со следующими характеристиками [15]:

- твердость НВ=235-262;

- предел прочности σ_в=780 МПа;

- предел текучести s_т=540 МПа.

Допускаемые напряжения.

Контактные напряжения

 

, (3.4)

 

где  - предел длительной выносливости [15]; S_H - коэффициент безопасности, S_H=1,1 [15].

 

=2 +70=2×0,5(235+262)+70=567 МПа.  (3.5)

 

=567/1,1=515 МПа.

Изгибные напряжения

 

. (3.6)

 

Предел длительной выносливости при нереверсивной работе [15]:

 

=1,8 =1,8×0,5(235+262)=447 МПа. (3.7)

 

При коэффициенте безопасности =1,75 [15] допускаемое напряжение изгиба:

=447/1,75=256 МПа.

Межосевое расстояние.

Межосевое расстояние из расчета на контактную выносливость [1]:

 

a_w=(u+1) , (3.8)

 

где  - коэффициент распределения нагрузки; при 7 степени точности и скорости =15 м/с =1,09 [15];

 - коэффициент ширины колеса; для шевронных колес =0,8 [1];

- коэффициент концентрации нагрузки; для симметричного расположения колес (схема 7) =1,23 [15];

 - коэффициент динамической нагрузки; =1,08 [15].

По исходным данным межосевое расстояние a_w, другие геометрические параметры, силы в зацеплении, проверки по контактным и изгибным напряжениям рассчитаны в программе DМ-21 в системе BASIC. Распечатки компьютерных данных приведены в приложении А.

Геометрические параметры. Модуль зацепления

m=(0,01…0,2)a_w. (3.9)

Ширина колес

 

b=  a_w. (3.10)

 

Суммарное число зубьев при угле наклона колес с раздвоенной ступенью b=35°:

 

z_S=2 a_wcosb/m, (3.11)

Число зубьев шестерни

 

z₁=z_S/(u+1). (3.12)

Число зубьев колес

 

z₂= z_S-z₁, (3.13)