Определение передаточного числа зубчатого редуктора

Введение

Тяговые электрические машины на локомотивах работают в очень тяжелых условиях. На них действуют ударные вибрации, вызванные неровностями и рельсовыми стыками пути с ускорениями до 20 Гц для тяговых электродвигателей с опорно-осевой подвеской, а для электродвигателей с опорно-рамной подвеской и машин, расположенных в кузове, — 3g. Машины также испытывают вибрации от дизеля частотой 15...20 Гц.

Согласно ГОСТ 15150-69 тяговые электрические машины должны быть работоспособными на высоте до 1200 м над уровнем моря при температуре окружающего воздуха от минус 50 до плюс 40 °С для умеренного исполнения (У), а для особо холодных районов (УХЛ) — от минус 60 до плюс 40 °С при резких изменениях температуры (на 20...30 °С в течение 2...3 ч), выпадении росы, в запыленном, влажном воздухе и так далее.

Проектирование включает в себя электромагнитный расчет машины и конструктивную разработку, обеспечивающие в целом наиболее полное соответствие электрической машины поставленным требованиям в части тягово-энергетических свойств Э.П.С., надежности его работы, а так же массы установленного оборудования.

 

Исходные данные

Таблица 1 – Исходные данные

Двигатель)	Пульсирующего тока, подвесно-осевой, для электровоза
Расчетный режим	часовой
Мощность
Длительная мощность
Скорость движения электровоза, км/ч: - в номинальном режиме - конструктивная
Напряжение, В
Коэффициент использования мощности при максимальной скорости	0,71
Диаметр движущегося колеса,	1,25
Диаметр оси колесной пары,	0,21
Ширина колеи, м	1,52
Вентиляция	независимая
Коэффициент пульсации тока,	0,25

 

 

Определение передаточного числа зубчатого редуктора

Диаметр большого зубчатого колесаопределяется по формуле:

где – головка рельса,

– расстояние от низшей точки кожуха до делительной окружности,

Ориентировочное значение передаточного числа определяется по формуле:

где при двухсторонней зубчатой передачи;

– номинальная скорость экипажа,

– номинальная мощность на один конец вала двигателя, при

двухсторонней зубчатой передаче

Берём передаточное число .

Диаметр делительной окружности шестерни определяется (предварительно) по формуле:

Число зубцов колеса Zи шестерни zопределяется по формуле:

где – модуль зацепления,

Окончательно установившееся значение передаточного колеса определяется по формуле:

По полученному передаточному числу определяются:

- номинальная частота вращения якоря , об/мин:

- вращающий момент

Толщина тела шестерни определяется по формуле:

где – диаметр вала двигателя в месте перехода от цилиндрической

части к конусным концам.

где М – вращающий момент на один конец вала, при двухсторонней

передаче

– допустимые напряжения на скручивание вала,

 

Коллектор и щетки

 

Возможность сжатия миканитовых прокладок между коллекторными пластинами оценивается коэффициентом:

Коллекторное деление определяется по формуле:

Толщина коллекторной пластины определяется по формуле:

где – толщина изоляции между коллекторными пластинами,

Контактная поверхность щеток одного щеткодержателя определяется по формуле:

где – плотность тока под щеткой,

– число щеткодержателей,

Ширина щетки ограничивается допустимой шириной коммутационной зоны, принимается предварительно:

По ГОСТ 2332-75 выбираем разрезную щетку марки ЭГ-61 размером 2×10 мм×40.

На коллекторе устанавливаются две щетки по окружности коллектора 2×10×40 мм,

Щеточное перекрытие определяется по формуле:

Длина рабочей части коллектора определяется по формуле:

где – учитывает расстояние между щетками по длине коллектора с добавлением на шахматное расположение щеток по коллектору и расстояние от краев коллектора до щеток

С учетом ширины петушка и кольцевой выточки , общая длина коллектора получается равной

Высота коллекторной пластины определяется по формуле:

Принимаем

Приближенная масса меди коллектора определяется по формуле:

Ширина коммутационной зоны определяется по формуле:

Отношение ширины коммутационной зоны к междуполюсному окну определяется по формуле:

Ширина щетки выбрана правильно.

Воздушный зазор под главными полюсами при наличии компенсационной обмотки определяется по формуле:

Коэффициент воздушного зазора определяется по формуле:

 

Сердечник якоря

Радиальный размер сердечника якоря определяется по формуле:

где – индукция на холостом ходу машины,

Внутренний диаметр дисков якоря определяется по формуле:

где – число рядов каналов,

Объем сердечника якоря определяется по формуле:

где – общее число каналов,

Масса сердечника якоря определяется по формуле:

 

Сердечник главного полюса

Ширина полюса определяется по формуле:

где – коэффициент рассеивания магнитного потока главного полюса,

– индукция в сердечнике,

– коэффициент, учитывающий покрытие листов железа полюса толщиной 0,5 мм лаком и не плотности сборки,

– длина полюса,

Радиальная длина полюса предварительно определяется по формуле:

Внутренний диаметр станины определяется по формуле:

После определения внутреннего диаметра станины производится егоокругление до ближайшего значения с числом сантиметров 0 или 5. Примем

Точное значение радиальной высоты полюса определяется по формуле:

Приближенно масса всех полюсов определяется по формуле:

Магнитная станина

Примем индукцию в станине , а толщину станины двигателя с компенсационной обмоткой

Осевая длина магнитопровода станины определяется по формуле:

Масса станины определяется по формуле:

 

Компенсационная обмотка

Намагничивающая сила компенсационной обмотки должна быть приблизительно равна намагничивающей силе поля якоря на полюсной дуге:

тогда число витков на полюс получается равным:

Примем

При последовательном включении витков катушек всех полюсов число стержней будет в два раза больше числа витков.

Примем 12 стержней, размещенных в семи пазах,

Выбираем стержень размерами:

4,4×35 мм, сечением

Допустимая плотность тока в стержнях компенсационной обмотки

Плотность тока определяется по формуле:

Пазовое деление определяется по формуле:

Размеры паза компенсационной обмотки приведены в таблице 3.

 

Таблица 3 –Заполнение паза компенсационной обмотки.

Позиция	Размер по ширине паза, мм	Размер по высоте паза, мм
Медь проводника	8,8
Витковая изоляция	0,88	0,44
Корпусная изоляция 1	1,76	1,76
Корпусная изоляция 2	0,1	0,1
Покровная изоляция	0,2	0,2
Защитная гильза	0,3	0,15
Прокладки	-	Под клин:0,5 На дно паза: 0,5
Клин	-
Зазор на укладку	0,6	0,15
Размеры паза в свету	12,6	42,8
Допуск на расшихтовку	0,2	0,1
Размеры паза в штампе	12,8	42,9

 

Ширина паза компенсационной обмотки определяется по формуле:

Ширина зубца определяется по формуле:

Коэффициент воздушного зазора из-за наличия зубцов в полюсном наконечнике с компенсационной обмоткой определяется по формуле:

 

Общий коэффициент воздушного зазора с учетом пазов на якоре и в полюсном наконечнике определяется по формуле:

Длина торцевого участка лобовой части средней катушки определяется по формуле:

Длина лобовой части полувитка средней катушки определяется по формуле:

где a - длина прямолинейного участка внутренней катушки при выходе из паза, a =25 мм;

- зазор между торцовыми частями соседних катушек,

Средняя длина компенсационной обмотки определяется по формуле:

Сопротивление компенсационной обмотки при определяется по формуле:

где – число параллельных ветвей компенсационной обмотки,

 

Масса меди компенсационной обмотки определяется по формуле:

 

Расчет К.П.Д.

Результаты расчет магнитных потерь при номинальном поле приведены в таблице 10.

Таблица 10 - Расчеты магнитных потерь при номинальном поле.

278,5	2,76	5,07	0,14	0,71	4609,1	1,22	5623,1
	1,46	1,83	0,49	0,89	5879,1	1,23	7231,3
835,5	1,13	1,2	0,8	0,96	6341,5	1,25	7926,9
					6605,75	1,3	8587,5
1392,5	0,91	0,86	1,16		6605,75	1,36	8983,8
	0,85	0,77	1,33	1,02	6737,9	1,44	9702,6
1949,5	0,81	0,71	1,41		6605,75	1,54	10172,9

 

Результаты расчета к.п.д. приведены в таблице 11.

Таблица 11 - Расчетаы к.п.д.

							η, о.е.
278,5	4,58	11082,8			5623,1	27007,9	0,88
	1,76	4258,9	4136,7		7231,3	28554,9	0,94
835,5	1,2	2903,8	3201,7	22337,9	7926,9	36370,3	0,946
		2419,83	2833,34	39711,9	8587,5	53551,57	0,94
1392,5	0,87	2105,25	2578,3	62049,8	8983,8	75717,15	0,932
	0,78	1887,47	2408,3	89351,7	9702,6	103350,07	0,923
1949,5	0,73	1766,5		121617,6	10172,9		0,913

 

 

Результаты расчет магнитных потерь при ослабленном поле приведены в таблице 12.

Таблица 12 - Расчеты магнитных потерь при ослабленном поле.

784,7	2,1	3,28	0,233	0,76	5020,4	1,24	6225,3
835,5	1,99		0,259	0,78	5152,48	1,25	6440,6
	1,52	1,95	0,434	0,85	5614,9	1,3	7299,4
1392,5	1,28	1,48	0,6	0,89	5879,1	1,36	7995,6
	1,14	1,23	0,738	0,91	6011,2	1,44	8656,1
1949,5	1,05	1,08	0,86	0,93	6143,3	1,54	9460,7

 

Результаты расчета к.п.д. приведены в таблице 13.

Таблица 13 – Расчетаы к.п.д.

							η, о.е.
784,7	3,04	7356,3		18472,6	6225,3	38004,2	0,939
835,5	2,8	6775,52	5638,35	20941,8	6440,6	39796,27	0,94
	1,87	4525,1	4308,2	37229,9	7299,4	53362,6	0,94
1392,5	1,45	3508,75	3626,7	58171,7	7995,6	73302,75	0,934
	1,22	2952,2		83767,23	8656,1	98605,53	0,926
1949,5	1,08	2613,4		114016,5	9460,7	129065,6	0,917

 

Графики зависимостей КПД от тока якоря при номинальном и ослабленном поле представлены на рисунке 6.

 

Рисунок 6 - Графики зависимостей КПД от тока якоря при номинальном и ослабленном поле.

 

 

 

Расчет вращающего момента

Расчет вращающего момента определяется по формуле:

В таблице 14 приведены результаты расчета вращающего момента.

Таблица 14 - Результаты расчета вращающего момента.

Номинальное поле	Ослабленное поле
	n, об/мин	η, о.е.			n, об/мин	η, о.е.
278,5	2512,8	0,88	745,15	784,7	1912,9	0,939	2942,86
	1330,1	0,94	3007,4	835,5	1807,8	0,94	3319,1
835,5	1027,7	0,946	5875,77		1382,7	0,94
	908,3	0,94		1392,5	1160,4	0,934	8653,03
1392,5	832,1	0,932	11915,96		1037,6	0,926	11393,33
	769,5	0,923	15313,1	1949,5	950,5	0,917	14369,24
1949,5	737,7	0,913	18433,5

 

На рисунке 7 представлены графики моментов при полном и ослабленном полях.

 

Рисунок 7 Графики моментов при полном и ослабленном полях.

 

Масса двигателя

 

В таблице 15 представлены сводные данные содержащие название масс элементов двигателей и их значения.

Таблица 15 – Сводные данные элементов масс двигателя и их значения.

Название массы	Значение
Масса меди обмотки якоря,	132,3 кг
Масса меди уравнительных соединений,	9,97 кг
Масса меди обмотки дополнительных полюсов,	55,3 кг
Масса меди обмотки главных полюсов,	124 кг
Масса меди компенсационной обмотки,	74,97 кг
Масса меди коллектора,	131 кг
Всего:	527,54
Масса стали зубцов,	127,3 кг
Масса стали сердечника якоря,	564 кг
Масса стали главных полюсов,	395 кг
Масса стали дополнительных полюсов,	69,514 кг
Масса стали станины,	908,3 кг
Всего:	2064,114

 

Общая масса активных материалов определяется по формуле:

 

Общая масса двигателя определяется по формуле:

Относительный расход материалов определяется по формуле:

Производная масса двигателя определяется по формуле:

Отношение массы к моменту определяется по формуле:

Двигатель обладает следующими параметрами: , относительного расхода материалов и отношения массы к моменту .

По массе рассчитанный двигатель близок к двигателю ДПТ-810 (4716 кг), по параметру к двигателю ЭДП-810 , по параметру к двигателю НБ-412К .

 

Заключение

В данном курсовом проекте мы рассчитали номинальную и максимальную скорость Э.П.С., род тока и напряжения, пределы изменения напряжения в режиме тяги и электрического торможения, длительную и часовую мощность, мощность при максимальной скорости Э.П.С., так же рассчитали массу двигателя, расход материалов, отношение массы двигателя к моменту.

 

Литература

Смирнов А.А., Гурлов И.В., Семенов Н.П. Проектирование тяговых электрических машин постоянного и пульсирующего тока: Учебное пособие. СПб,: ПГУПС, 2005. – 109 с.

Прошутинский Р.И. Дополнительные приложения к учебному пособию: СПБ,: ПГУПС. – 85 с.

Введение

Тяговые электрические машины на локомотивах работают в очень тяжелых условиях. На них действуют ударные вибрации, вызванные неровностями и рельсовыми стыками пути с ускорениями до 20 Гц для тяговых электродвигателей с опорно-осевой подвеской, а для электродвигателей с опорно-рамной подвеской и машин, расположенных в кузове, — 3g. Машины также испытывают вибрации от дизеля частотой 15...20 Гц.

Согласно ГОСТ 15150-69 тяговые электрические машины должны быть работоспособными на высоте до 1200 м над уровнем моря при температуре окружающего воздуха от минус 50 до плюс 40 °С для умеренного исполнения (У), а для особо холодных районов (УХЛ) — от минус 60 до плюс 40 °С при резких изменениях температуры (на 20...30 °С в течение 2...3 ч), выпадении росы, в запыленном, влажном воздухе и так далее.

Проектирование включает в себя электромагнитный расчет машины и конструктивную разработку, обеспечивающие в целом наиболее полное соответствие электрической машины поставленным требованиям в части тягово-энергетических свойств Э.П.С., надежности его работы, а так же массы установленного оборудования.

 

Исходные данные

Таблица 1 – Исходные данные

Двигатель)	Пульсирующего тока, подвесно-осевой, для электровоза
Расчетный режим	часовой
Мощность
Длительная мощность
Скорость движения электровоза, км/ч: - в номинальном режиме - конструктивная
Напряжение, В
Коэффициент использования мощности при максимальной скорости	0,71
Диаметр движущегося колеса,	1,25
Диаметр оси колесной пары,	0,21
Ширина колеи, м	1,52
Вентиляция	независимая
Коэффициент пульсации тока,	0,25

 

 

Определение передаточного числа зубчатого редуктора

Диаметр большого зубчатого колесаопределяется по формуле:

где – головка рельса,

– расстояние от низшей точки кожуха до делительной окружности,

Ориентировочное значение передаточного числа определяется по формуле:

где при двухсторонней зубчатой передачи;

– номинальная скорость экипажа,

– номинальная мощность на один конец вала двигателя, при

двухсторонней зубчатой передаче

Берём передаточное число .

Диаметр делительной окружности шестерни определяется (предварительно) по формуле:

Число зубцов колеса Zи шестерни zопределяется по формуле:

где – модуль зацепления,

Окончательно установившееся значение передаточного колеса определяется по формуле:

По полученному передаточному числу определяются:

- номинальная частота вращения якоря , об/мин:

- вращающий момент

Толщина тела шестерни определяется по формуле:

где – диаметр вала двигателя в месте перехода от цилиндрической

части к конусным концам.

где М – вращающий момент на один конец вала, при двухсторонней

передаче

– допустимые напряжения на скручивание вала,