2. Выбор и обоснование выбора элементов

Дата: 2025-06-02; Просмотры: 9

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

……………………………………….………………....……….4

1.РОЛЬ И НАЗНАЧЕНИЕ ПРОЕКТИРУЕМОГО МЕХАНИЗМА ….5

2. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ЭЛЕМЕНТОВ

СЦЕНИЧЕСКОЙЛЕБЕДКИ…………………………….…………….…12

2.1. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА МОТОР- РЕДУКТОРА.12

2.2. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТОРМОЗНОГО УСТРОЙСТВА………………………………………………………...20

2.3. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ПРИВОДА………..….…22

3. ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЁТ ЭЛЕМЕНТОВ МЕХАНИЗМА…..…..23

4. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

МЕХАНИЗМОМ………………………………………………………..….37

5. РУКОВОДСТВО ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ МЕХАНИЗМА……………………………………………….………......44

6. СХЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ МЕХАНИЗМА………………………………………………………..….46

7. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

МЕХАНИЗМА……………………...………………………………………48

8. ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ДИПЛОМА. РАСЧЁТ

СЕБЕСТОИМОСТИ МЕХАНИЗМА …………….………………...…..52

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………..……………......…64

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ……………...…….…………………………………….…65

ВВЕДЕНИЕ

Театр – архитектурное сооружение, в нем проходят театрализован

ные представления. В каждом театре — в специально построенном здании, на площади, где выступают передвижные труппы, в цирке, на эстраде — всюду заложены пространства зрительного зала и сцены. От того, как соотносятся эти два пространства, каким образом определена их форма и прочее, зависит характер взаимосвязи между актером и зрителем, условия восприятия спектакля, для этого и были изобретен театральный свет, а для того что бы он работал, изобрели софит, который тщательно скрывают за падугой.

В современном театральном производстве все большее внимание уделяется переоборудованию театров с устаревшим механическим оборудованием сцены и разработке новых более современных механизмов за 30 лет механизация очень сильно изменилась и сделала большие шаги в перед. Все чаще в театрально-зрелищных предприятиях вводится компьютеризированная система управления театральным комплексом, которое невозможно осуществить на морально устаревшем оборудовании. Поэтому тема разработки нового оборудования для театрально – зрелищных предприятий на сегодняшний день весьма актуальна.

Целью дипломной работы является изучение роли и назначение принципа работы накладного поворотного круга, достоинств и недостатков работы в соответствии с театральными требованиями и последующий выбор принципов работы механизма, его составляющих частей, выявление возможных достоинств и недостатков, расчёт и подбор элементов электролебедки, подбор системы управления, а также изучение себестоимости механизма, целесообра

зность его производства, установки и эксплуатации.

В современном театральном производстве все большее внимание уделяется переоборудованию театров с устаревшим механическим оборудованием сцены и разработке новых более современных механизмов. Все чаще в театрально-зрелищных предприятиях вводится компьютеризированная система управления театральным комплексом, которое невозможно осуществить на морально устаревшем оборудовании.

Поэтому тема разработки нового оборудования для театрально – зрелищных предприятий на сегодняшний день весьма актуальна.

Целью настоящей работы является разработка механизма накладного круга для Государственного академического театра Московская оперетта.

Для выполнения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

-проанализировать роль и назначение проектируемого механизма.

- подобрать современную сценическую лебедку.

- провести прочностной расчет основных элементов конструкции.

-спроектировать современное управление проектируемым механизмом.

- проработать особенности эксплуатации и техники безопасности при работе на проектируемом механизме.

- просчитать экономическое обоснование затрат на производство механизма.

задачи:

-проанализировать роль и назначение проектируемого механизма.

- подобрать современную сценическую лебедку.

- провести прочностной расчет основных элементов конструкции.

-спроектировать современное управление проектируемым механизмом.

- проработать особенности эксплуатации и техники безопасности при работе на проектируемом механизме. Поворотный круг — часть планшета,

выполненная в форме круга, вращающегося вокруг центральной оси. Сценический круг предназначен для перемещения по окружности декораций и исполнителей. Он позволяет производить быструю смену объемных декораций, дает возможность развертывать действие в изменяющемся пространст

ве, осуществлять приемы кинематографической панорамы, крупного плана, построение динамических мизансцен. Это сильное средство усиления эмоционального воздействия на зрителя.

1.РОЛЬ И НАЗНАЧЕНИЕ ПРОЕКТИРУЕМОГО МЕХАНИЗМА

Поворотные круги бывают двух типов врезные и

накладные. Врезные круги представляют собой стационарную конструкцию, вписанную в планшет и несущие конструкции сцены. Оборудование данным видом круга сцены Московской оперетты предполагает глобальную реконструкцию театра и большие материальные затраты. Поэтому для данного проекта рациональнее выбрать накладной круг.

Накладные круги имеют множество конструктивных вариантов. Можно сказать, сколько театров, столько и конструкций. Из всех известных принципиальных решений можно выделить два основных типа накладных кругов — рамочный и балочный. Наиболее распространенный рамочный тип основывается на сборке каркаса из металлических или деревянных рам различной конфигурации.

Балочный тип, используемый больше в зарубежной практике, предусматривает сборку каркаса из отдельных балок-спиц, раскрепляемых жесткими элементами. Независимо от выбора того или иного типа при конструировании накладного круга возникают общие проблемы, связанные с удобствами в эксплуатации, внешними габаритами, весовыми характеристиками. Основные требования, предъявляемые к этому виду техники, сводятся к следующему: жесткость конструкции, бесшумность работы, портативность.

Плавность и бесшумность вращения зависят в первую очередь от конструкции катков. Ошинованные достаточно твердой резиной катки большого диаметра успешно решают эту задачу, но требуют повышенной мощности привода и увеличивают высоту всей конструкции. Все это приводит, в конечном счете, к значительному увеличению веса, излишней громоздкости и т. п. Даже небольшое увеличение высоты круга не только не благоприятно с художественной точки зрения, но и невыгодно чисто практически — в смысле застройки планшета станочными выстилками. Монтажное время зависит от системы креплений и от количества соединяемых элементов. Чем меньше составных частей, тем быстрее собирается каркас и жестче конструкция. Но

увеличение габаритов каждой отдельной части неизбежно приводит к увеличению их веса.
Выбор системы привода зависит от размеров круга и режима эксплуатации. Для круга, работающего за закрытым занавесом, никакого привода не требуется вообще. На небольших кругах с малыми нагрузками удобен ручной привод. Во многих случаях необходима установка механических приводных агрегатов. В ручном и механическом приводе преимущественно используется тросовая система.

Непосредственный привод на ведущее колесо возможен только при наличии достаточного места для маскировки лебедки и ведущего колеса большого диаметра. Такая возможность обычно появляется при установке на круг дополнительного декорационного станка.

Балочный круг собирается из отдельных плоских ферм или балок, идущих по радиусам, наподобие колесных спиц. Радиальные балки соединяются между собой рядами поперечных ферм. Катки круга намертво прикрепляются к радиальным фермам. Для большей устойчивости и уменьшения удельного давления на планшет катки могут быть парными и располагаться по обе стороны фермы. Детали разобранного круга занимают минимальный объем при хранении и перевозке.

Круги рамочного типа чаще всего собираются из отдельных секторов.
Их количество зависит от величины диаметра и определяется путем деления окружности не равные части, хорды которых не превышают 2,2 м. В кругах большого диаметра сектора могут разрезаться по длине на две и более части, так чтобы площадь каждой из них не превышала 4- 4,5м². Конкретная конструкция секторов зависит от материала, из которого они изготовлены, решения центральной части круга и распределения ходовых катков.

Так как проектируемый накладной круг должен быть в диаметре 9 метров рациональнее применение рамочного ти

па.

Одним из наиболее рациональных решений центральной части круга является цельный, неразборный диск с каркасом в виде многоугольника диаметром до 1-1,5м. Такой жесткий центр сокращает длину секторов, облегчает установку оси или опорной пяты и удобен для крепления всех остальных частей каркаса.

Прочность и жесткость конструкции определяются, исходя из фактических нагрузок, но не менее чем 200 кг/м2, при величине прогиба несущих элементов, равной или менее1/200 расчетной длины.

Величина прочности и жесткости зависит от сечения несущих элементов, а те, в свою очередь, от количества опорных точек, т. е. ходовых роликов. Чем больше роликов имеет каждый сектор или балка, тем меньшее сечение может быть выбрано. Однако слишком большое количество катков не только удорожает стоимость изготовления круга, но и затрудняет егодвижение.

Конструктивное решение центральной части круга зависит от распределения нагрузок. Если на центр круга падают вертикальные нагрузки и он является несущим, то ось делается в виде опорной пяты с радиальными и упорными подшипниками. В противном случае достаточно простой центрирующей оси, выполненной в виде отрезка трубы с фланцем, прибитым к планшету сцены.

Настил круга состоит из съемных дощатых или фанерных щитов. Толщина настила зависит от расстояния между опорами, на которые он ложится. Или, иначе, от величины свободного пролета, поскольку расчет настила ведется исходя из тех нагрузок, что и каркас. Как правило, для настила используют доски толщиной от 25 до 30 мм или фанеру толщиной 10мм. Большие сечения нецелесообразны, так как сильно утяжеляют щиты. Если величина и вес отдельных частей круга не очень велики, фанерный настил прибивается к ним наглухо. Это придает всей конструкции хорошую жесткость и сокращает количество времени, затрачиваемого на сборку.

Тросовый привод накладного круга аналогичен приводу дискового. Бесконечный трос огибает круг по тросо-держателям или треугольной канавке, прорезанной по ободу каркаса, и отводится на лебедку, стоящую либо в трюме, либо на планшете сцены. Установка приводного агрегата в трюме облегчает решение проблемы натяжного устройства для ведущего троса: там несложно смонтировать натяжной блок, подвешенный на контргрузе. Но при этом лебедка приобретает характер стационарного устройства.

Лебедки, установленные на сцене, обладают большой подвижностью. По мере надобности их можно передвигать в любую точку сцены, вывозить на другие площадки. Особенно мобильны облегченные лебедки с канатоведущим шкивом.

Для того чтобы получить большую силу сцепления троса с кругом, нужно чтобы первый охватывал его целиком.

Этой цели служат прижимные ролики, прибиваемые к планшету в непосредственной близости от круга. Прижимные ролики насаживаются на вертикальные оси и монтируются на общей станине. Трос, обогнув круг и пройдя через прижимные ролики, подводится к другой паре роликов, прикрепленных к лебедке, и от них поднимается к канатоведущему шкиву. Эти ролики перево

дят трос из горизонтальной плоскости в вертикальную и называются направляющими.

В переносных лебедках устройство грузовой натяжки троса весьма затруднительно. Если в электроприводах для этого можно использовать вес самого агрегата, то в ручной лебедке применимы главным образом винтовые системы.

Для эластичной натяжки ведущего троса при электромеханическом приводе рама, несущая двигатель и редуктор, закрепляется к станине шарнирно, в виде рычага. Сила тяжести приводного агрегата натягивает трос. В шарнирной раме для усиления натяжки преду

сматривается особая площадка для навески небольшого количества дополнительного груза.

Накладной круг

Рисунок 1. Поворотный накладной круг

Рисунок 2. Поворотный накладной круг и привод

Продуманные конструкции разборных поворотных кругов легко монтируются на планшете во время установки декораций и убираются по окончании спект

акля.

Накладной круг может быть установлен на любой площадке за один час силами 2-3 рабочих сцены. Вес самого тяжелого элемента круга составляет не более 50 кг, простота конструкции стыковочных узлов предусматривает многократную сборку/разборку.

Катки круга движутся по специальной дороге. Это исключает влияние неровной поверхности на качество движения и появления посторонних звуков (например, скрипов) в работе изделия.

Каркас круга – секционный, собираемый вокруг поворотного узла. Покрытие состоит из сегментов, изготовленных из влагостойкой фанеры толщиной 16-24 мм. В ряду дополнительных функций круга возможно изменение направления вращения, вывод на поверхность сигнальных и контрольных проводов, дистанционное управление по радиоканалам и вертикальный подъем фрагмента круга.

Количество применяемых в одном спектакле накладных поворотных кругов не ограничено. Их местоположение не фиксируется раз и навсегда, как у дискового или барабанного круга, а может меняться в зависимости от желания режиссера. Накладной круг незаменим для гастрольной деятельности. В разобранном виде элементы конструкции помещаются в многоразовую транспортную упаковку. Модульная конструкция поворотного круга предусматривает возможность легкого измен

ения под требования сценографии: круг диаметром 10 метров может быть собран в вариантах 8, 6, 4 и 2 метра без потери потребительских качеств. Стандартная высота накладного поворотного круга составляет от 180 до 224 мм. Усовершенствованная конструкция круга и бесшумные моторы привода вращения обеспечивают тихую работу изделия (не более 42 дБ).

Описание назначения и индивидуальных особенностей механизма

Для маскировки лебедки и ведущего колеса большого диаметра. Такая возможность обычно появляется при установке на круг дополнительного декорационного станка.

Рисунок 4. Накладной круг

Поворотный круг состоит из:

1. поворотного узла ;

2. обкатного кольца;

3. стяжек;

4. сектора;

5. привода вращения (мотор-редуктор);

6. токосъемника;

7. основание (фанера).

Несложные конструкции разборных кругов легко монтируются на планшете во время устано

вки декораций и убираются по окончании спектакля.

Рисунок 8. Конструкция накладного круга

а — вид сверху; б — вид сбоку; в — конструкция катка; 1 — настил; 2 — каркас сектора; 3 — каток; 4 — болт;5 — каркас центра; 6 — стакан под ось; 7 — ось со стаканом; 8 — фанерная дорога.

Накладные круги имеют множество конструктивных вариантов. Можно сказать, сколько театров, столько и конструкций. Из всех известных принципиальных решений можно выделить два основных типа накладных кругов — рамочный и балочный.

Наиболее распространенный рамочный тип, основывается на оборке каркаса из металлических или деревя

нных рам различной конфигурации. Балочный тип, используемый больше в зарубежной практике, предусматривает сборку каркаса из отдельных балок-спиц, раскрепляемых жесткими элементами.

Независимо от выбора того или иного типа при конструировании накладного круга возникают общие проблемы, связанные с удобствами в эксплуатации, внешними габаритами, весовыми характеристиками. Основные требования, предъявляемые к этому виду техники, сводятся к следующему: жесткость конструкции, бесшумность работы, портативность, минимальность затрачиваемого времени на сборку и разборку.

Круги рамочного типа чаще всего собираются из отдельных секторов. Их количество зависит от величины диаметра, и определяется путем деления окружности на равные части, хорды которых не превышают 2,2 м. В кругах большого диаметра сектора могут разрезаться по длине на две и более части, так чтобы площадь каждой из них не превышала 4-4,5 м². Конкретная конструкция секторов зависит от материала, из которого они изготовлены, решения центральной части круга и распределения ходовых катков.

Центральной части круга является цельный, неразборный диск с каркасом в виде многоугольника диаметром до 1-1,5 м. Такой жесткий центр сокращает длину секторов, облегчает установку оси или опорной пяты и удобен для крепления всех остальных частей каркаса.

Балочный круг собирается из отдельных плоских ферм или балок, идущих по радиусам, наподобие колесных спиц. Радиальные балки соединяются между собой рядами поперечных ферм. Катки круга намертво прикрепляются к радиальным фермам.

Для большей устойчивости и уменьшения удельного давления на планшет катки могут быть парными и располагаться по обе стороны фермы. Детали разобранного круга занимают минимальный объем при хранении и перевозке.

Прочность и жесткость конструкции определяются, исходя из фактических нагрузок, но не менее чем 800 кг/м², при величине прогиба несущих элементов, равной или менее ¹/₂₀₀ расчетной длины. Величина прочности и жесткости зависит от сечения несущих элементов, а те, в свою очередь, от количества опорных точек, т. е. ходовых роликов.

Чем больше роликов имеет каждый сектор или балка, тем меньшее сечение может быть выбрано.

В качестве катков для накладного круга, чаще применяют однорядные шарико-подшипники диаметров от 62 до 100 мм и специальные металлические обрезиненные ролики шириной 30-45 миллиметров и диаметром 90-120 миллиметров.

Однако слишком большое количество катков не только удорожает стоимость изготовления круга, но и затрудняет его движение.

В Российской Федерации рамочный тип, более распространен. Основывается на сборке каркаса круга из металлических или деревянных рам различных конструкций и размеров.

А балочный тип распространен за рубежом и предусматривает сборку каркаса из отдельных специальных балок, скрепляемых между собой жесткими элементами.

Плавность и бесшумность механизма зависит от конструкции катков. Чем больше катки, тем тише (размер до 15 см), если маленькие катки, то делают специальную металлическую направляющую пластину (дорогу).

Монтажное

время круга зависит от количества соединенных элементов рамы. Выбор системы привода зависит от размеров круга и режима его эксплуатации.

Бывают приводы: фрикционные; тросовые; мотор-колесо.

Настил накладного круга состоит из съемных дощатых или сварных щитов, толщина зависит от радиуса между опорами (фанера 10 мм). Настил круга состоит из съемных дощатых или фанерных щитов. Толщина настила зависит от расстояния между опорами, на которые он ложится. Или, иначе, от величины свободного пролета, поскольку расчет настила ведется исходя из тех нагрузок, что и каркас. Как правило, для настила используют доски толщиной от 25 до 30 мм или фанеру толщиной 10 мм. Большие сечения нецелесообразны, так как сильно утяжеляют щиты. Если величина и вес отдельных частей круга не очень велики, ф

анерный настил прибивается к ним наглухо. Это придает всей конструкции хорошую жесткость и сокращает количество времени, затрачиваемого на сборку.

Данный механизм из металлоконструкции рамочного типа с деревянным настилом (фанера).

Рисунок 9. Каркас накладного поворотного круга

Плавность и бесшумность вращения зависят в первую очередь от конструкции катков.

Ошинованные достаточно твердой резиной катки большого диаметра успешно решают эту задачу, но требуют повышенной мощности привода и увеличивают высоту всей конструкции. Все это приводит, в конечном счете, к значительному увеличению веса, излишней громоздкости и т. п. Даже небольшое увеличение высоты круга не только не благоприятно с художественной точки зрения, но и невыгодно чисто практически — в смысле застройки планшета станочными выстилками.

Монтажное время зависит от системы креплений и от количества соединяемых элементов. Чем меньше составных частей, тем быстрее собирается каркас и жестче конструкция. Но увеличение габаритов каждой отдельной части неизбежно приводит к увеличению их веса.

Рисунок 10. Накладной круг балочной конструкции

а — вид сверху; б — крепление катков; в — общий вид; 1 — соединительная рама; 2 — радиальная балка-ферма; 3 — катки;4 — центральный круг.

Рассмотрим ме

ханизм накладного круга, а также узнаем способы и режим эксплуатации и технологию изготовления опорных катков как предлагаемого узла в данном курсовом проекте.

Рисунок 11. Накладной поворотный круг с приводом под кар

касом

Основные требования к механизму: жесткость конструкции; бесшумность работы при сборке и демонтаже круга; мобильность; минимальное количество времени на сборку и разборку круга.

Технические характеристики данного механизма:

· диаметр настила круга – 10 метров;

· высота круга с настилом – 210 миллиметров;

· грузоподъёмность – 10000 килограмм;

· номинальная частота вращения – 1,25 оборотов в минуту;

· количество приводов вращения– 2 штуки;

· мощность одного привода вращения – 1,5 кВт;

· направление вращения – регулируемое ;

· скорость вращения – регулируемая;

· максимальная скорость – 1 м/сек;

· количество токосъемных колец – 1 штука;

· питание шкафа управления – 380/50 вольт/герц;

· суммарная потребляемая мощность – 2,5 кВт;

· общий вес накладного круга – 500 килограмм;

· материал каркаса – сплав алюминия;

· материал настила – фанера 20 миллиметров;

· количество катков – 12 штук;

· количество рам

– 12 штук;

· время пуска и торможения – 5 секунд;

· диаметр центральной части (пяты) – 1000 миллиметров;

· максимальная скорость – 1 м/сек.

Накладной поворотный круг приводится в движение с помощью фрикционного привода.

2. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ЭЛЕМЕНТОВ

СЦЕНИЧЕСКОЙ ЛЕБЕДКИ

2.1. Выбор и обоснование выбора мотор-редуктора

В современных театральных лебедках все большее применение находят мотор – редукторы.

Мотор-редуктор по сути является механизмом комплексного действия, который в свою очеред

ь состоит из электрического двигателя и непосредственно самого редуктора. Два компонента объединены в одном блоке. Данное устройство невероятно компактно. Они относительно недорого стоят, достаточно надежны и имеют высокий коэффициент полезного действия.

Существует несколько популярных типов моторов редукторов, среди которых можно отметить:

цилиндрчкие; планетарные; волновые; червячные.

Каждый из этих типов имеет свои достоинства и недостатки. Цилиндрический мотор-редуктор.

В этой категории выделяют 2 вида цилиндрических механизмов:

соосные (выходной вал и вал двигателя расположены на одной оси) и плоские. Общие отличительные черты: движение передается с помощью цилиндрических косозубых колес, которые обычно устанавливаются на лапах или фланцах. Мотор-редукторы с этим типом передачи могут иметь самые разнообразные формы.

Преимущества цилиндрической системы - высокое КПД и возможность

задавать нужное передаточное число.

Также к преимуществам можно отнести высокую нагрузочную

способность. Цилиндрические редукторы соответствующих габаритов способны передавать почти без потерь большую мощность.

Недостаток – высокий уровень шума. Цилиндрические редукторы – более шумные по сравнению с червячными.

Мууусу

Рисунок 5. Цилиндрический мотор редуктор.

Планетарный мотор – редуктор.

Планетарный мотор – реду

ктор считается одним из наиболее надежных передаточных механизмов, с высоким КПД. Ротор с исполнительным механизмом соединяется с помощью системы шестеренок, которая, в свою очередь, приводится в движение центральной шестеренкой. Нагрузки со стороны каждого центрального колеса или водила воспринимается одновременно несколькими ( от 3 до 6) сателлитами. Вследствие этого размеры зубчатых колес планетарного редуктора по сравнению с простой передачей значительно меньше.

Следовательно, основные достоинства планетарных редукторов – большие передаточные отношения, компактность и малая масса.

К недостатку такой системы относиться отсутствие момента ускорения и торможения. Так же планетарные передачи, по с

равнению с обыкновенными,

требуют повышенной точности изготовления и сложнее в сборке.

Рисунок 6. Планетарный мотор редуктор.

Волновые мотор-редукторы.

В таких мотор-редукторах движение инициируется движением волн,

Которые расположены в гибкой части мотор-редуктора. Принцип волновых передач заключается в много парности зацепления зубъев, которая определяется все положительные качества этих передач по сравнению с другими.

Волновые передачи в сравнению с обычными зубчатыми имеют меньшию массу именьшие габариты, обеспечивают более высокую кинематическую точность, обладают высокой демпфирующей способностью ( в 4-5 раз большей, чем у обычных), работают с меньшим шумом.

Волновые передачи позволяют осуществлять большие предаточные отношения в одной ступени.

В

А

Рисунок 7. Волновые мотро-редукторы.

Червячный мотор-редуктор.

Червячная передача представляет собой зацепление червяка с червячным колесом. Червяк – это винт с нарезанной на нем резьбой, по профилю близкой к трап

ецеидальной. Червячное колесо - косозубое зубчатое колесо со специальным профилем зубьев. При вращении червяка витки резьбы перемещаются вдоль его оси и толкают в этом направлении зубья червячного Преимущества червячных редукторов. Поскольку входной и выходной валы червячного редуктора скрещиваются, привод на его основе обычно лучше компонуется в машине, занимая меньше места по сравнению с цилиндрическим редуктором (при сопоставимых передаточных числах и передаваемой мощности). Передаточное число червячной пары может достигать 1:110. Таким образом, червячная передача обладает гораздо большим потенциалом снижения частоты вращения и повышения крутящего момента по сравнению с другими видами передач. Это обстоятельство обуславливает относительную простоту и дешевизну червячных редукторов по сравнению с цилиндрическими (при сопоставимых передаточных числах и передаваемой мощности). Низкий уровень шума передачи, о

пределяющийся особенностями зацепления, позволяет использовать червячный мотор-редуктор в машинах с высокими требованиями к бесшумности привода. Плавность хода червячной передачи. Самоторможение (отсутствие «обратимости»). Суть его в том, что при отсутствии вращения ведущего вала (червяка) ведомый вал затормаживается, и его невозможно провернуть. Это свойство начинает проявляться при передаточных числах от 35 и выше Недостатки червячных редукторов Нагрев. Это – следствие предыдущего недостатка. Та кинетическая энергия, которая не была передана червячной передачей, превращается в тепло. Поэтому на корпусах именно червячных редукторов выполнены рёбра охлаждения и нагрев корпуса червячного редуктора при его работе всегда имеет место. Некоторые крупногабаритные червячный мотор-редуктор поставляются с вентиляторными крыльчатками на свободном торце быстроходного вала. Самоторможение. Его появление иногда вредно – в тех случаях, когда выходной вал требуется провернуть без включения привода червячный мотор-редуктор Ограничения по передаваемой мощности. Не рекомендуется использовать червячную передачу при передаваемой мощности более 60 кВт.

Люфт выходного вала. Такой люфт существует в любом из типов редукторов, однако, в червячных редукторах его величина, как правило, больше и увеличивается по мере износа. Ресурс червячный мотор-редуктор принято считать ниже, чем цилиндрических. Работа червячный мотор-редуктор в условиях неравномерных нагрузок на выходном валу, а так же при частых пусках-остановах не рекомендуется.

Рисунок 8. Червячный редуктор.

Для разрабатываемого механизма наиболее рационально установить червячный мотор-редуктор, так как у него высокий КПД редуктора. Червячные зубчатые передачи имеют один из самых высоких КПД. Следствием из этого является энергетическая экономичность этих редукторов. КПД червячной зубчатой передачи, применяемой в редукторах, вне зависимости от передаточного отношения, обычно равняется 98%.

Червячные редукторы пр

ивлекают своей дешевизной, конструктивной простотой, легкостью монтажа. У этого типа оборудования есть и другие преимущества, как, впрочем, и свои недостатки.

Приводы на основе червячных редукторов обслуживают промышленные насосы, станки, транспортерные и конвейерные ленты. Примеры подобных агрегатов можно посмотреть тут.

Особенности эксплуатации

Эффективная работа червячных приводов возможна при соблюдении двух условий:

1. Нечастые пуски-остановки.

2. Эксплуатация без ударных нагрузок.

При частых включениях и высоких нагрузках корпус червячного редуктора быстро нагревается, что приводит к з

начительным потерям мощности и снижению КПД. Этот недостаток может быть критичным, учитывая изначально невысокий КПД агрегатов и его свойство снижаться пропорционально росту передаточного числа.

Преимущества червячных редукторов

1.Червячные редукторы отличаются небольшими габаритными размерами, что упрощает их монтаж.

2.У червячной передачи более высокий потенциал увеличения крутящего момента, чем у других типов передач. Например, для получения передаточного числа 1:110 в цилиндрическом редукторе необходимо установить три передаточные ступени, в червячном достаточно одной.

3.Благодаря особенностям зацепления червячные редукторы в процессе эксплуатации почти не издают шума, что позволяет устанавливать их в оборудовании с особыми требованиями к уровню шума.

4.Червячная передача имеет плавный ход, что продлевает срок службы привода.

5.Способность к самоторможению.

Подбор мотор-редуктора осуществляется по следующим параметрам:

потребная мощность, передаточное отношение.

Для осуществления расчета потребной мощности необходимо определить тяговое усилие.

Исходные данные:

-диаметр круга – 10м;

- скорость вращения круга – 0,1-1м/c (~0,5м/c);

-грузоподъемность – 10000 килограмм;

-нормативная нагрузка на настил – 800 H/

-нормативная нагрузка на настил в движении – 1000 H/

Расчет на прочность конструкции

1.Расчитаем полезный вес нагрузки в вращении:

Q=Gпол+Gсб=109900H + 62800H = 172700 H где:

Gпол - вели

чина полезной нагрузки, 109900 H;

где:

1000 H/

k- коэффициент перегрузки – 1,4

- собственный вес вращающихся частей, 62800Н;

где:

q - нормативная нагрузка на настил H/

2.Разбираем нагрузку на части, приходящиеся на катки и центральную пяту.

Вертикальная нагрузка на катки при вращении:

Q =

Вертикальная нагрузка на центральную пяту при вращении:

,6

Горизонтальная нагрузка на центральную пяту в движении:

78,5

где:

- площадь круга, 78,5 ;

- нормативная горизонтальная нагрузка, 800 H/ ;

- коэффициент перегрузки, 1,4.

3. Переходим у определению м

оментов сопротивления движению.

Момент сопротивления от трения в катках:

115133,3

где:

- плечо качения материала катка 0,7;

μ - коэффициент трения для подшипников качения 0,01;

- радиус окружности расположения шариков в подшипниках 5;

R1 - радиус катка 20см;

R - радиус удаления катков от центра круга 4,5м = 450 см

Момент сопротивления от трения в пяте:

где:

- радиус оси пяты, 10см = 0,1 м;

- внешний радиус опорной поверхности пяты, 15см = 0,15 м;

- внутренний радиус опорной поверхности пяты, 12см = 0,12 м;

- коэффициент трения скольжения, 0,1.

Полный момент трения:

Учитывая проскальзывание ходового элемента по каткам благодаря вращению цилиндрического катка по окружности катания, подсчитанный свыше момент трения MΣ увеличиваем на 20%.

Этот момент называется статическим моментом:

Определяем тяговое усилие лебедки:

Таким образов, необходимая мощность электродвигателя:

где:

– максимальная скорость вращения = 1м/сек;

– КПД лебедки = 0,75.

По рассчитанным данным подбираем электродвигатель АИС90L4:

Асинхронный трехфазный электродвигатель АИС 90 L4 (1.5/1500) – это двигатель, имеющий мощность 1.5 кВт и скорость вращения вала около 1500 оборото

в в минуту. Изготовлен по стандарту DIN (CENELEC) и предназначен для привода механизмов на промышленных и коммунальных предприятиях в сети с трехфазным напряжением 380 и 660 Вольт и частотой 50 Герц. Область применения такого двигателя очень разнообразна. Он может применяться для насосов, вентиляторов, станков и т.д.

1500 оборотов в минуту - это скорость вращения ротора электродвигателя. Так как данный электродвигатель асинхронный, то скорость вращения ротора всегда меньше, чем скорость изменения магнитного поля в статоре на некоторую величину, называемую скольжением.

Рисунок 3. Мотор АИС90L4

Параметры электродвигателя:

Число витков червяка принима

ем в зависимости от передаточного числа;

при , принимаем при:

Число зубьев червячного колеса:

Предварительно примем скорость скольжения и зацепления .

Тогда при длительной работе допускаемое контактное напряжение:

.

Допускаемое напряжение изгиба для нереверсивной работы

В этой формуле при длительной работе, когда число циклов нагружения зуба

.

Принимаем предварительно коэффициент диаметра червяка q=10.

Вращающий момент на валу червячного колеса:

Принимаем предварительно коэффициент нагрузки K=1,2.

Определяем межосевое расстояние из условия контактной прочности:

По рассчитанным данным подбираем червячный мотор-редуктор NMRV 063 Одноступенчатый угловой мотор-редуктор NMRV 063 производится на базе червячного редуктора серии NRV и трехфазного асинхронного двигателя. Передаточное отношение агрегата: 5 — 100. Мощность двигателя: 1,5 кВт. Мотор-редуктор может комплектоваться боковым фланцем, односторонним или двухсторонним в

ыходным валом, реактивной штангой.

Технология сборки редуктора Перед сборкой внутреннюю полость корпуса редуктора тщательно очищают и покрывают маслостойкой краской. Сборку производят в соответствии со сборочным чертежом редуктора, начиная с узлов валов. На червячный вал устанавливаем шариковые радиально-упорные подшипники, предварительно нагретые в масле до 80-100 ºС. Собранный червячный вал устанавливаем в корпус редуктора. В начале сборки вала червячного колеса закладываем шпонку 20×12×110 мм и напрессовываем червячное колесо, до упора в бурт вала, затем надеваем распорную втулку и устанавливаем роликовые конические подшипники, предварительно нагретые в масле. Собранный узел ведомого вала укладываем в корпус редуктора и надеваем крышку корпуса редуктора, покрывая предварительно поверхности стыка фланцев спиртовым лаком. Для центрировки крышку устанавливаем на корпус с помощью двух конических штифтов и затягиваем болты. Закладываем в подшипн

иковые сквозные крышки резиновые манжеты и устанавливаем крышки с прокладками. Регулировку радиально-упорных подшипников производим набором тонких металлических прокладок, устанавливаемых под фланцы крышек подшипников. Прикручиваем к корпусу крышки подшипниковых узлов. Затем ввертываем пробку маслоспускного отверстия с прокладкой и жезловый маслоуказатель. Заливаем в корпус масло и закрываем смотровое отверстие крышкой с прокладкой из технического картона. Собранный редуктор обкатывают и подвергают испытанию на стенде по программе, устанавливаемой техническим условиями.

Материалы деталей:
Корпус - чугун, фланцы - чугун, червяк - сталь, венец червячного колеса - бронза.
Тип смазки: синтетическая ISO VG 220.
Вес: 84 кг.

Схема типового обозначения:

NMRV - 063 - 7,5 - 186,7 - 15 - B7

· NMRV–тип мотор-редуктора

· 063 – типоразмер

· 7,5 – передаточное чиcло

· 186,7 – частота вращения выходного вала, об/мин

· B7 – вариант крепления мотор-редуктора

· 1,5 – мощность электродвигателя, кВт

Рисунок 4. Мотор-редуктор NMRV063

2.2. Выбор и обоснование выбор тормозного устройства

Театральная лебедка обязательно должна быть оснащена тормозным механизмом. Для мотор-редуктора используются электро-магнитные тормоза.

Электромагнитный тормоз представля

ет конструкцию, состоящую из механического тормоза и электромагнита. Тормоз служит для предотвращения самопроизвольного перемещения элементов кинематической цепи электропривода и производственного механизма при отключенном приводном двигателе, а также для ограничения свободного выбега двигателя.

Электромагнитные тормоза препятствуют самопроизвольному вращению механизмов (как, например, стояночный тормоз) или останавливают их вращение (как, например, рабочий тормоз или действующий при аварийном отключении).

COMBISTOP T - двух-дисковый тормоз, срабатывающий при подаче напряжения на катушку электромагнита. При отсутствии напряжения тормозные диски разжимаются под действием пружин.

Конструкция пружинных тормозов идеально подходит для нагрузки с большим моментом, например, для торможения вращающихся масс или удержания валов механизмов в нужном положении.

Для правильной работы механизма на электродвигатель устанавливается электромагнитный двух-дисковый тормоз COMBISTOP T.

Рисунок 10. Электромагнитный двух-дисковый тормоз COMBISTOP T

2.3. Выбор и обоснование выбора привода

Для моего механизма используется фрикционная передача.

Фрикционные пе

редачи являются передачами продлевающими движение за счет сил трения, появляющихся в точках соприкосновения двух катков. Последние представляют собой пару плотно прижатых друг к другу колес, ведущего и ведомого.

Они преобразуют энергию и транспортируют нагрузку на последующие углы в соответствии с таким условием:

Rf ≥ Ft, в котором участвуют силы:

· Rf – трения в месте контакта, в свою очередь, равная ƒFr, где ƒ – коэффициент трения, Fr – усилие прижима;

· Ft – окружная.

Для нормальной работы указанное соотношение обязано соблюдаться, в противном случае катки в процессе эксплуатации будут лишь скользить по поверхностям друг друга, но никак не поставлять мощность дальше, другим функциональным узлам оборудования.

Чтобы обеспечить Rf нужной величины, следует добиться того, чтобы Fr значительно превышала Ft. Для этого необходим

о прижать колеса – за счет собственного веса приспособления, с помощью пружины, рычага или какого-то другого устройства.

Принцип работы фрикционной передачи:

Любая отдельно взятая фрикционная передача состоит из двух тел вращения: как мы уже выяснили, это пара катков, ведущий и ведомый. Первый приводит второй в движение благодаря трению, которое возникает в зоне контакта за счет сил прижатия. Как мы уже определили, необходимая плотность прилегания может быть достигнута несколькими способами – на практике наиболее применимы следующие решения:

· установка гидроцилиндров – они удобны тем, что позволяют в течение длительного времени выдерживать даже высокие и интенсивные нагрузки;

· придавливание собственным весом (либо тяжестью соседнего функционального узла или всего станка) – этот метод мы уже упоминали, добавим лишь, что он хорош своей простотой;

· задействование комплексных рычагов – несколько усложняет устройство, но подкупает эффективностью результата;

· использование центробежной силы – актуально в планетарных системах.

Напомним, главное, чтобы трение значительно превышало окружное воздействие. Иначе в зоне контакта будет наблюдаться лишь упругое скольжение. В таком случае угловая скорость главного (ведущего) колеса будет постепенно снижаться, вплоть до полного буксования.

Основные характеристики фрикционной передачи:

1. Передаточное отношение фрикционной передачи – чтобы узнать его, нужно число зубьев ведомого вала разделить на количество звеньев ведущего. Чем оно больше, тем быстрее крутящий момент переносится от двигателя к узловому приводу. Также его можно представить (и вычислить) в виде соотношения диаметров катков. Обычно находится на отметке до 7.

2. Контактная прочность, показывающая, насколько серьезные нагрузки может выдерживать устройство. Чтобы оценить их, следует измерить напряжение в зоне трения и подставить его в формулу Герца, вместе с коэффициентом нагрузки, модулем упругости и радиусом кривизны. Чем меньше данная величина, тем раньше в точке соприкосновения возникнут деформации.

3. КПД, в том числе отражающий потерю мощности, зависящую от интенсивности замедления вращательного момента при скольжении и качении. Узнать его значение можно экспериментальным путем, сравнивая колесную пару. В среднем составляет 90%, что считается хорошим показателем.

4. Траектория перемещения рабочих элементов фрикционной передачи – может быть реверсивной или нет. В первом случае катки вращаются в разных направлениях, во втором – в одном и том же.

5. Матери

ал исполнения тел качения – от него зависит целый ряд характеристик, не только контактная прочность или общая износостойкость, но и модуль упругости, и коэффициент трения. Обычно для их изготовления берут металлокерамику или сталь с закалкой до отметки в 60 HRC, что позволяет сохранить сравнительно легкий вес и высокую производительность. Реже предпочтение отдают чугуну, ведь он требует обильной смазки, или текстолиту (дешево стоит, но недолговечный и с КПД всего в 50%); валы с поверхностями из кожи или дерева тоже не самые практичные, так как контактная прочно

сть недостаточна для решения промышленных задач.

Преимущества:

В числе главных плюсов:

· Простота строения – малое количество деталей обуславливает сравнительно высокую степень надежности.

· Плавность работы, сопровождающаяся низким уровнем шума, что особенно удобно в условиях домашней мастерской.

· Смена скорости станков (и других приборов) происходит бесступенчато.

· При выполнении обработки детали движение вала можно замедлять и ускорять, отключать и включать, реверсировать, что расширяет количество технологических операций.

· Передаточное число не проблема регулировать прямо на ходу, что позволяет оперативно вносить корректировки.

· Наличествуют предохранительные свойства, предотвращающие повреждения, которые могли бы возникнуть в случаях интенсивной пробуксовки.

· Предусмотрена автоматическая остановка при чрезмерной нагрузке на валы или колеса, предупреждающая аварийные ситуации.

· Отсутствует «мертвый» ход, даже при смене вектора вращения.

Недостатки:

Они тоже есть, ведь иначе любая сборка фрикционных передач в коробке (или другом достаточно надежном корпусе) применялась бы просто безальтернативно. В списке эксплуатационных минусов:

· Малый коэффициент полезного действия у некоторых моделей (особенно у закрытых, со смазочной ванной).

· Небольшая итоговая мощность, направляемая на последующие узлы, – в среднем до 300 кВт.

· Скольжение звеньев, делающее передаточное число нестабильным, что почти всегда вызывает сложности.

· Окружная скорость не превышает 10 м/с, чего зачастую недостаточно.

· Соприкосновение колес сопровождается значительными потерями момента (КПД может снижаться на 30-50%).

· Частое буксование оборачивается быстрым износом и выходом всего функционального узла из строя.

· Дополнительные опоры и прочие стабилизаторы утяжеляют общий вес конструкци

и, снижая мобильность валов.

Недостатки нельзя не учитывать, но достоинства все-таки перевешивают, иначе применение не было бы столь частым. Явные минусы можно устранить: обеспечив замкнутый прижим, используя принцип многоконтактности, взяв более надежные материалы и так далее.

Рисунок 11. Виды механических передач используемых в фрикционном приводе.

Материалы исполнения катков:

Необходимо, чтобы они отвечали следую

щим требованиям:

· обладали контактной прочностью и достаточной износостойкостью;

· сохраняли высокий модуль упругости, что поможет предотвратить деформации и потери;

· обеспечивали максимально возможный коэффициент трения.

В общем случае коническая, лобовая или цилиндрическая фрикционная передача может быть оснащена такими сочетаниями колес:

· оба из закаленной стали (ШХ15, 18ХГТ, 18Х2Н4МА) – отличаются небольшими габаритами, легкостью, значительным ресурсом, но

должны быть изготовлены с максимальной точностью выдерживания размеров;

· пластмассовые (марки КФ-3, 16Л или 24А) и стальные – подходят для открытых узлов с малой степенью нагрузки; зато в их случае точность изготовления не столь критична;

· пара из чугуна – для оборудования, функционирующего либо всухую, либо с малым количеством СОЖ и на небольших скоростях;

· с кожаным покрытием – для колес, эксплуатируемых в условиях низкой влажности, в ситуациях, когда допустима небольшая контактная прочность;

· оба из дерева – обход

ятся очень дешево, но быстро истираются под нагрузками, поэтому актуальны для малоответственных объектов;

· из металлокерамики (ФАБ-II) и закаленной стали – для открытых силовых агрегатов.

3. ПРОЧНОСТНОЙ РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ МЕХАНИЗМА

Прочностной расчет конструкции – начальный этап проектирования конструкции, на котором определяются действующие на нее силы. Главная задача здесь - подобрать наиболее подходящие материалы и размеры для элементов конструкции так, чт

обы последние надежно выдерживали те нагрузки, которые будут действовать на них во время её работы.