Стрілочні електроприводи

Зміст

Вступ

Вихідні дані

1. Вибір електродвигуна

2. Кінематичний і силовий розрахунок передавального механізму

3. Визначення основних розмірів зубчастих коліс

4. Конструювання другого проміжного вала

5. Перевірочний розрахунок другого проміжного вала

6. Розрахунок підшипників

7. Розрахунок шпонкового з'єднання

Список літератури

Вступ

Стрілочні електроприводи призначені для переведення, замикання та контролю стану залізничних стрілок. Вони застосовуються у пристроях електричної централізації, які широко використовуються на залізницях. Керування приводом у системі електричної централізації здійснюється зі стаціонарного диспетчерського поста.

За часом переведення стрілок приводи розподіляються на приводи з нормальним переведенням (2 … 7 с) та швидкодіючі (до 1с). Швидкодіючі приводи використовуються на сортувальних гірках і шляхах маневрових станцій.

Незалежно від типу та серії кожний привод має такі вузли:

· електродвигун (як джерело механічної енергії);

· передаточний механізм;

· запобіжний пристрій у вигляді фрикційної муфти, яка забезпечує захист двигуна від перевантажень і поломок;

· блок управління і контролю роботи привода;

· шибер і контрольні лінійки, з'єднані з вістряками рейок.

Передаточний механізм працює таким чином. Обертання вала електродвигуна передається через муфту вхідному валу I, на якому закріплена шестерня 1 двоступінчастого редуктора 10, яка входить в зачеплення з колесом 2, що кріпиться на проміжному валу ІІ. На цьому ж валу знаходиться шестерня 3, що входить в зачеплення з колесом 4, яке закріплена на фалу фрикціону ІІІ. З корпусом фрикціону 11 жорстко зв’язані рухомі диски, до яких пружинами притискуються нерухомі диски, жорстко зв’язані з вал-шестернею. Обертання колеса передається вал-шестерні через фрикційне зчеплення. Вал-шестерня входить в зачеплення з колесом, яке через фігурну шайбу і упор передає рух головному валу ІV, на якому знаходиться шиберна шестерня, що через рейкове зачеплення передає рух шиберу. Передаточний механізм розташовується в загальному кор

Основним призначенням фрикціону є недопустимість перевантаження електродвигуна при попаданні сторонніх предметів між вістряком і рамною рейкою. Для нормальної роботи привода необхідно, щоб крутний момент на валу фрикціону, що залежить від навантаження шибера, був менший моменту тертя у фрикційному зчепленні.

Другим призначенням фрикціону є поглинання кінетичної енергії, що запасена у період розгону, при стопорінні для уникання появи недопустимих динамічних навантажень у елементах привода.

Особливу увагу при проектуванні стрілочних електроприводів слід приділити вибору електродвигуна.

Роботу електродвигуна стрілочного приводу характеризує ряд особливостей: повторно-короткочасний режим роботи, зміна навантаження у широких межах, реверсивний характер навантаження.

Враховуючи ці особливості, найкращим двигуном для стрілочного електропривода є двигун постійного струму з послідовним збудженням, що має великий пусковий момент і значну перевантажувальну спроможність. При малих моментах на валу завдяки «м'якій» характеристиці він розвиває високу швидкість, а при великих — автоматично зменшує її. Ця властивість дозволяє, використовуючи один і той же двигун, забезпечувати прискорене переведення легких стрілок у маневрових районах і повільне переведення важких стрілок на головних коліях станцій.

У електродвигунів змінного струму характеристики близькі до потрібних — мають трифазний асинхронний двигун з коротко замкнутим ротором. Для збільшення пускового моменту використовують електродвигун з підвищеним ковзанням, що досягається за рахунок збільшення активного опору ротора.

Вихідні дані

Зусилля на шибері Fш = 1550 Н, Швидкість шиберу Vш = 0,088 м/с, Число зубців зубчастих коліс:

z1 = 14, z2 = 67,

z3 = 15, z4 = 62,

z5 = 15, z6 = 54, z7 = 10

Модулі зубчастих коліс:

, , ,

Переміщення на шибері .

1. Вибір електродвигуна

Потрібна потужність електродвигуна

(1)

де — загальний коефіцієнт корисної дії (ККД) передаточного механізму

(2)

де, , — ККД зубчастих пар, включаючи втрати в підшипниках, ;

— ККД шиберу,, (шибер переміщується у клинових направляючих).

.

P = = 248,45 Вт.

Кутова швидкість головного валу IV:

(3)

де — радіус ділильного кола шиберної шестерні

(4)

Де d — діаметр ділильного кола зубчастого колеса,

.

Частота обертання головного вала стрілочного привода IV

(5)

Частота обертання вала двигуна

. (6)

де — загальне передаточне число передаточного механізму,

(7)

де, , — передаточні числа кожного ступеня,

(8)

де z1 — число зубців шестерні,

z2 — число зубців колеса.

За отриманими значеннями Р і вибираємо електродвигун типу МСП — 0,25 з потужністю і частотою обертання .

2. Кінематичний і силовий розрахунок передавального механізму

Частота обертання валів:

.

(9)

де n1 — частота обертання вхідного валу,

n2 — частота обертання вихідного валу Кутова швидкість шиберної шестерні

Максимальна швидкість шибера

(10)

.

Середня швидкість переміщення шибера

.

Час спрацювання стрілочного електропривода

(11)

Крутний моменти на валу електродвигуна

(12)

Де P? потужність (кВт).

Крутні моменти на валах:

(13)

Де Т1? крутний момент на вході,

Т2? крутний момент на виході;

на проміжному валу на валу фрикціону на вихідному валу Момент тертя в запобіжній фрикційній муфті

(14)

де — коефіцієнт запасу зчеплення муфти.

Зусилля на шибері

(15)

3. Визначення основних розмірів зубчастих коліс

Ділильні діаметри коліс

(16)

де — модуль зачеплення,

— число зубців зубчастого колеса.

Міжосьові відстані

(17)

Ширина зубчастих коліс

(18)

Де? коефіцієнт ширини колеса відносно міжосьової відстані. Приймаємо (несиметричне розташування коліс відносно опор, а для третього ступеня (консольне розташування шестерні) приймаємо .

Ширина шестерень

(19)

де? коефіцієнт ширини шестерні відносно діаметру шестерні :

(20)

Приймаємо .

Для кращої приробки коліс приймаємо ширину шестерні на більше ширини колеса.

Остаточно приймаємо:

;

; ;

; ;

.

При цьому приймаємо рівнозміщену передачу з коефіцієнтом зміщення (колесо має від'ємне зміщення, а шестерня — додатне).

Діаметр кола вершин

(21)

де — коефіцієнт висоти головки зубця.

Діаметр кола западин

(22)

де — коефіцієнт радіального зазору.

4. Конструювання другого проміжного вала

Відповідні ділянки вала з'єднуються з вихідним зубчастим колесом 2 і підшипниками кочення 1. Шестерня 3 виконана за одне ціле з валом.

Діаметр вала

(23)

де — допустиме дотичне напруження (для редукторних валів);

Враховуючи ослаблення шпонковим пазом діаметр вала приймаємо .

Діаметр вала під підшипник

.

Вибираємо радіальний шариковий підшипник легкої серії 200 (ширина підшипника).

Довжина ділянки вала під підшипник

(24)

де — фаска.

.

Довжина ділянки вала

(25)

.

Приймаємо .

Повна довжина вала

(26)

.

Відстань між серединою колеса 2 і лівою опорою вала

(27)

Відстань між серединами шестерні 3 і колеса 2

(28)

Відстань між серединою шестерні 3 і правою опорою вала

(29)

.

Для виготовлення вала використовуємо сталь 40Х, для якої допустиме напруження .

5. Перевірочний розрахунок другого проміжного вала

Метою перевірочного розрахунку другого проміжного вала є його перевірка на статичну міцність з урахуванням деформацій згинання і кручення. Схема вала з основними розмірами та зусиллями у зачеплені зубчастих коліс зображена на рисунку 3.

Колові зусилля в зачепленні зубчастих коліс

(30)

де , — відповідно діаметри ділильних кіл 2-го колеса і 3-ої шестерні.

Радіальні зусилля в зачепленні зубчастих коліс

(31)

При перенесені колових та радіальних зусиль на вісь проміжного вала відповідно до теореми Пуансо до сил додаються пари, момент яких дорівнює. Ці пари діють у площинах перпендикулярних до осі вала, тобто скручують вал. При цьому колові і радіальні зусилля будуть в взаємно перпендикулярних.

Схема проміжного вала та зусиль в зачепленні зубчастих коліс Реакції в опорах.

У вертикальній площині

;

.

;

В горизонтальній площині

;

;

Побудова епюр згинальних та крутних моментів. На вал діють тільки зосереджені сили, тому згинальні моменти змінюються за лінійним законом. На опорах згинальні моменти дорівнюють нулю.

Небезпечним є переріз, де діють максимальні згинальні моменти.

Зведений момент у розрахунковому перерізі по теорії міцності найбільших дотичних напружень

(32)

Еквівалентні напруження

(33)

Міцність вала достатня.

зубчастий шпонковий вал стрілочний

6. Розрахунок підшипників

Для опор другого проміжного вала був обраний підшипник легкої серії № 200 з динамічною вантажопідйомністю .

Моторесурс підшипника для більш навантаженої правої опори вала

(34)

де — показник ступеня (для шарикових підшипників),

— еквівалентне навантаження.

(35)

де — коефіцієнт обертання (при обертанні внутрішнього кільця);

? осьове навантаження на підшипник, ;

 — коефіцієнти радіального та осьового навантаження (при, ,);

— коефіцієнт безпеки, який залежить від характеру навантаження, ;

— температурний коефіцієнт, що враховує вплив робочої температури на довговічність підшипника (для сталі ШХ15 при до приймаємо)

? радіальне навантаження на підшипник (на опорі В як найбільш навантаженій) Ресурс підшипника у годинах

(36)

7 Розрахунок шпонкового з'єднання

В залежності від діаметру валу вибираємо шпонку .

Робоча довжина шпонки з умов міцності на зминання

(37)

звідки де — допустиме напруження, .

Приймаємо стандартне значення довжини шпонки .

Шпонковий паз на валу нарізаємо на відстані від шестерні 3

Список літератури

1. Заблонский К. И. и др. Прикладная механика. — Киев: Выща школа, 1984. — 280 с.

2. Иванов М. Н. Детали машин. — М.: Высшая школа, 1984. — 336 с.

3. Дунаев П. Ф., Леликов О. П. Детали машин: Курсовое проектирование. — М.: Высшая школа, 1984. — 336 с.

4. Попов С. А. Курсовое проектирование по теории механизмов и механике машин. — М.: Высшая школа, 1986. — 245 с.

5. Методичний посібник з додержання вимог нормоконтролю (нормативних документів) у студентській навчальній звітності / Текстова частина (пояснювальна записка). — Харків: УкрДАЗТ, 2004. — 38 с.

6. Методичний посібник з додержання вимог нормоконтролю у студентській навчальній звітності / Графічні конструкторські документи. — Харків: УкрДАЗТ, 2006 — 34 с.

7. Методичне забезпечення для самостійної роботи студентів в курсовому проектуванні з дисципліни «Технічна механіка».? Харків: УкрДАЗТ, 2007 — 36 с.