Расчёт основных параметров зубчатой передачи тягового электродвигателя

1. РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ ЗУБЧАТОЙ ПЕРЕДАЧИ
1. Определение диаметра делительной окружности зубчатого колеса

 

Определим диаметр делительной окружности зубчатого колеса по формуле

 

                        ,                                          (1.1)

 

где – диаметр бандажа колеса электровоза по кругу катания;

       в – зазор между кожухом зубчатой передачи и головкой рельса       (клиренс), который согласно [1] принимается , ;

       Δ – расстояние от делительной окружности зубчатого колеса до наружной поверхности кожуха редуктора, который согласно [1] принимается , .

 

.

 

2. Расчет максимально возможного передаточного отношения передачи из условий прочности конца вала и тела шестерни

 

Рассчитаем  максимально возможное передаточное отношение передачи из условий прочности  конца вала и тела шестерни по формуле

 

                                      

                                   ,                                          (1.2)

 

где – номинальная мощность тягового двигателя,  отнесенная к концу вала, в данном курсовом проекте принимаем двустороннюю передачу, при которой , необходимость применения данного вида передачи обусловливается в п. 1.4;

      – номинальная скорость движения электровоза;

  – при двусторонней передаче.

 

.

 

3. Расчет номинальной частоты вращения якоря

 

Вычислим  номинальную частоту вращения якоря  по формуле

 

                                    ,                                            (1.3)

 

.

 

1.4 Расчет номинального вращающего момента тягового электродвигателя

 

Рассчитаем номинальный вращающий  момент тягового двигателя по формуле

 

                                                 ,                                             (1.4)

 

где – исходная номинальная мощность двигателя.

 

.

Используя опыт проектирования тяговых  электрических машин и учитывая высокие значения вращающего момента  на валу тягового электродвигателя,  для нашего проекта выбираем двустороннюю тяговую передачу с косозубыми зубчатыми  колесами вследствие их явного преимущества по сравнению с прямозубыми зубчатыми  колесами.

1.5 Определение нормального модуля зубчатой передачи

 

Нормальный модуль зубчатой передачи определяем по графику, приведенному на рисунке 1.

 

 

Рисунок 1.1 – График зависимости модуля от соотношения М_н/к.

 

 На этом рисунке область 1 – для передачи с прямыми зубьями, а область 2 – для передач с косыми зубьями (коэффициент момента к=1 при односторонней, а к=2 при двусторонней передаче).

 

 

В соответствии с ГОСТ 9563-60 принимаем модуль передачи m_n=11 мм.

 

1.6 Определение торцевого модуля передачи

 

Определим торцевой модуль передачи  по формуле

 

                                       ,                                                     (1.5)

 

где – угол наклона зубьев тяговых передач современных электровозов отечественного производства.

 

.

 

1.7 Расчет числа зубьев зубчатого колеса

 

Рассчитаем  число зубьев зубчатого колеса по формуле

 

,                                                       (1.6)

 

.

 

Число зубьев округляем до ближайшего меньшего целого числа, т. е.

 

.

 

1.8 Расчет принятого диаметра делительной окружности зубчатого колеса

 

Принятый  диаметр делительной окружности зубчатого колеса найдем по формуле

         

                    ,                                     (1.7)

 

.

 

1.9 Расчет числа зубьев шестерни

 

Рассчитаем  число зубьев шестерни по формуле

 

                                         ,                                                   (1.8)

 

.

 

Число зубьев шестерни округляем до ближайшего большего целого числа, т. е.

.

Число зубьев шестерни из условий прочности зуба у основания должно быть при косозубой передаче . При расчете данного пункта это условие выполняется.

 

1.10 Расчет диаметра делительной окружности шестерни

 

Вычислим  диаметр делительной окружности шестерни по формуле

 

                          ,                                          (1.9)

 

.

 

1.11 Расчет принятого передаточного отношения зубчатой передачи

 

Принятое  передаточное отношение зубчатой передачи определим по формуле

                                  ,                                        (1.10)

 

.

 

 

1.12 Расчет централи передач

 

Централь  передачи – расстояние  между  осью колесной пары и осью вала тягового электродвигателя.

 

            ,                          (1.12)

 

где – величина обычно применяемой коррекции зацепления.

 

.

 

Эскиз зубчатой передачи представлен  на рисунке 1.2.

 

2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИАМЕТРОВ ЯКОРЯ И КОЛЛЕКТОРА

2.1 Расчет предварительного диаметра якоря

 

Расчет предварительного диаметра якоря, с которым должна быть увязана централь машины, выполним по формуле

 

,                                                  (2.1)

 

где для двигателей класса изоляции В;

      для двигателей с изоляцией класса F.

         Предварительно выбираем двигатель с изоляцией класса B, где .

 

.

 

 

2.2 Проверка диаметра якоря по его допустимой максимальной скорости

 

Проверку диаметра якоря по его допустимой максимальной скорости выполним по формуле

 

,                           (2.2)

 

где

,                                   (2.3)

 

,

 

.

 

Полученное значение допустимой максимальной скорости при предварительно подобранном диаметре якоря удовлетворяет условию (2.2).

 

2.3 Уточнение значения централи

 

Уточним значение централи в зависимости  от предварительно принятого диаметра якоря  по коэффициенту централи по формуле

 

,                                               (2.4)

 

где – коэффициент централи, который для тягового двигателя с круглым остовом с составляет 1,03...1,22, в нашем случае выберем .

 

 

_{Данное значение централи мало отличается от принятого ранее, поэтому окончательно примем значение централи, округлив его в  большую сторону  в целях удобства при изготовлении до целого числа, т. е.}

 

_{Ц=530 мм.}

 

Также округлим значение диаметра якоря до стандартного с учетом обеспечения минимума отходов при раскройке листа стали, получим

 

.

 

2.4  Расчет диаметра коллектора

 

Вычислим  диаметр коллектора по формуле

 

,                                             (2.6)

 

где – число коллекторных пластин;

       – коллекторное деление, мм.

Коллекторное  деление по технологическим соображениям должно быть , в нашем случае принимаем

         Число коллекторных пластин рассчитываем по формуле

 

,                                                  (2.7)

 

где – напряжение на зажимах ТД;

      – число полюсов;

      – среднее межламельное напряжение для двигателей пульсирующего тока, которое должно быть  , в нашем случае  

,

 

 

2.5 Проверка  значений диаметров якоря и коллектора

 

Найденные  значения диаметров якоря и коллектора должны находиться в соотношении

 

,                                         (2.8)

 

.

 

Условие (2.8) выполняется.

 

3  РАСЧЕТ  ОБМОТКИ ЯКОРЯ

3.1 Расчет номинального тока тягового двигателя

 

Вычислим  номинальный ток тягового двигателя  по формуле

 

                                 ,                                          (3.1)

 

где – к.п.д. двигателя.

Учитывая  опыт проектирования тяговых двигателей к.п.д. предварительно принимаем .

 

.

 

2.  Определение числа секций якорной обмотки

 

Обмотки тягового электродвигателя выполняют в виде катушек (секций) с числом витков .

Число секций обычно равно числу коллекторных пластин:

 

                                   ,                                                    (3.2)

 

.

 

3.  Расчет числа активных проводников обмотки якоря

 

Вычислим  число активных проводников обмотки  якоря по формуле

                                  

       ,                                                   (3.3)

 

.

 

4.  Расчет линейной нагрузки при номинальном режиме

 

Рассчитаем  линейную нагрузку при номинальном режиме по формуле

                               

,                                           (3.4)

 

где   – ток в проводнике обмотки якоря, А;

     – число активных проводников в пазу;

      – зубцовое деление якоря , мм.

Найдем  ток в проводнике обмотки якоря

 

                                          ,                                                  (3.5)

 

где – число параллельных ветвей обмотки якоря, для простой петлевой обмотки .

 

.

 

Найдем  количество активных проводников в пазу якоря по формуле

 

                                         ,                                             (3.6)

 

где – число коллекторных пластин (ламелей) на паз.

Число ламелей  на паз якоря определим по формуле

 

                               ,                                                 (3.7)

 

где – число пазов якоря.

Число пазов  якоря выбираем предварительно по графику, изображенному на рисунке 2, в зависимости  от диаметра якоря. В нашем случае при полученные значения пазов якоря увеличиваются в 1,5 раза.

Рисунок 3.1 – Зависимость числа пазов якоря от его диаметра

 

В соответствии с рисунком 3.1 для тягового электродвигателя с диаметром якоря и с числом пар полюсов

 

.

 

Число пазов, приходящихся на один полюс, должно быть в пределах

 

 

.

 

Проконтролируем правильность выбора Z через величину зубцового деления, которая должна быть

 

,                                     (3.8)

 

.

 

Итак, число ламелей на паз

 

,

 

Зная, что  число коллекторных пластин на паз зависит от напряжения на выводах тягового электродвигателя, примем .