机械系统设计方案计算题

计算题1. 设计一台车床的主传动系统。已知条件：主轴最高转速nmax= 1800r/min ,最低转速nmin = 40r/min，电动机转速 门电=1500r/min。主轴转速公比 R 1.41。 片1.06的标准数列为：11.061.121.181.251.321.41.51.61.71.81.922.122.242.362.52.652.833.153.353.553.7544.254.54.7555.35.666.36.77.17.588.599.5完成内容：1、求出主轴的变速范围 Rn；2、用公式计算出主轴转速级数 Z;3、由给定的= 1.06的标准数列值表确定主轴各级标准转速;4、写出至少4个不同的结构式；5、画出所列结构式中至少 2个相应的结构网；&确定一个合理的结构式，并说明其合理性；解：1、 王轴的变速范围：Rn = nmax/nmin= 1800/40 = 45；2、 主轴转速级数:Z = lg Rn/lg 卄 1= Ig45/lg1.41 + 1 12.08 取 Z = 12；3、主轴各级标准转速为：40, 56, 80, 112, 160, 224, 315, 450, 630, 900, 1250, 1800。4、 4个不同的结构式为：12= 31X23X26；12 = 32X21X26；12 = 32 X26X21；12 = 31 X26X23o共有18种，可写出任意4种5、2个相应的结构网如下图：（共有18个，可画出任意2 个）12= 3i X23266、合理的结构式：12= 3iX23&612 = 32X2iX26合理性：符合变速级数、级比规律；传动件前多后少”结6 构网 前密后疏”； 第二扩大组的变速范围r = 1.41 = 8,满足极限变速范围要求。2. 已知某机床的主轴转速为n=100-1120r/min ,转速级数Z=8,电动机转速 nm=1440r/mi n。试根据机床主传动系统的设计原则，完成：1. 拟定传动系统的结构式；2. 设计转速图；3. 画出转速图。11.061.121.181.251.321.41.51.61.71.81.922.122.242.362.52.652.833.153.353.553.7544.254.54.7555.35.666.36.77.17.588.599.5解：1. 计算公比已知：r1120 , Z=8 .根据 R= Z，则 lg 二 二 lg11.19，即:100Z 17=1.412 确定传动组、传动副和扩大顺序根据传动组和传动副拟定原则，可选方案有：Z=4 x 2;Z=2x 4 :Z=2 x 2 x 2在方案，中，可减少一根轴，但有一个传动组内有四个传动副，增加传 动轴轴向长度，所以选择方案：Z=2x 2 x 2根据前疏后密原则，选择结构式为：8=2! x 22 x 243. 转速图绘制设计 主轴各级转速为：100，140，200，280，400，560, 800，1120 r/min 确定定比传动比：取轴I的转速值为800r/min，则电机轴与轴 的传动比为：800 1i014401.8确定各变速组最小传动比从转速点800 r/min到100r/min共有6格，三个变速组的最小传动线平均 下降两格，按照前缓后急的原则，第二变速组最小传动线下降2格；第一变速组最小传动线下降2-1=1 格；第三变速组最小传动线下降 2+1=3格。4.绘制转速图0电机1440riniiiIIniVIJJ1:1 l：t1.1.41空、1:211208005o0400：802001401001 iniiiI例5-2右图中绘出了具有尾绳和摩 擦轮的矿井提升机的示意图。电动机直 接与摩擦轮1相联结，摩擦轮旋转，靠 摩擦力带动绳子及罐笼 3 （内有矿车及 矿物G）提升或下放。尾绳系在两罐笼 之下，以平衡提升机左右两边绳子的重 量。提升机用双电动机拖动，试计算电 动机功率。已知下列数据：1、井深 H =915m2、负载重 G =58800N3、 每个罐笼（内有一空矿车）重G3 = 77150N4、 主绳与尾绳每米重G106N/m5、 摩擦轮直径d 6.44m6、 摩擦轮飞轮惯量GD； =2730000N m27、 导轮直径d2 =5m228、导轮飞轮惯量GD2二584000N m9、 额定提升速度vn = 16m/s210、 提升加速度a1 =0.89m/s11、 提升减速度a3 = 1m/s212、 周期长tz - 89.2s13、摩擦用增加负载重的 20%考虑解 预选电动机功率p二k1.2GVN式中 k -1.2 1.25 取 k =1.25，则1000考虑起动及制动过程中加速转矩的系数,1.2x58800 06P =1.25kW : 1400kW1000每个电动机的功率为700kW60vn60 16nNr/min = 47.5r/m innd1n 6.44对于功率为700kW，转速为47.5r/min的电动机，飞轮矩 GdD =1065000N m2阻转矩d6 44Tz =1.2G 1 =1.2 58800N m = 227203N m2 2加速时间.Vn16dOt1s = 18s0.891 2 1 2加速阶段罐笼行经高度h 砧 0.89 18 m = 144.2m2 2减速时间上3二V1二16s = 16sa31=11 16减速阶段罐笼行经高度稳定速度罐笼行经高度m =128m2h2 = H -0 -h3 =915m T44.3m128m = 642.7mh?642.7稳疋速度运行时间t2 = =s = 40.2sVn16停歇时间t0 二 tz -匕-t2 -t3 二(89.2 -18-40.2 -16)S = 15S折算到电动机轴上系统总的飞轮矩GD2二GD： GDb2式中 GDa 系统中转动部分的飞轮矩；2GDb 系统中直线运动部分的飞轮矩60vN 6016导轮转速压=冗乂 5 r/min =61r/min匹)=2x584000g丿2 GD； i； =2GDl二导轮折算到电动机轴上的飞轮惯量61 f 22N m =1926262N m 47.5GD2 =2GDD GD； 2(GD；)二(2130000 2730000 1920000)N m2 =6780000N m2G = G 2G3 G4 L式中 L 2H 90=(2 915 90)m =1920m系统直线运动部分总重G = (588002 77150106 1920)N = 416700N系统直线运动部分重量折算到电动机轴上的飞轮矩2365G vN 365 416700 162247.52GDb =22N m =17253838 N mnN系统总飞轮矩GD2 二 GD； GD =(6786262 17253838) N m2 =24040100N m2加速阶段的加速转矩丁 GD2 dn GD2 n”Ta1 =I =375 idt 1375 b24040100 47.5N m 二 169171N m37518减速阶段的动态转矩GD2 dn 二 _GD2 nN375 .dt 3 一 375 ta24040100 47.537516N m - -190317N m电动机转矩 T = Tz Taz a加速阶段：t1 =18s=(227203 169171)N396374N m减速阶段:稳定运行阶段：t 40.2s T2 = 227203N mts 6s T3 = (227203T90317)N m =36886N m停歇阶段：to = 15sTo = 0按负载图，求出等效转矩T _ T1 t1 T2 t2 T3 t3dx ati -12 at3 - aoto式中，散热恶化系数clEt壬0.75 18 40.2 0.75 16 0.5 15a =0.75a0 = 0.5 963742 18 2272032 40.2 368862 16N .m=259386N m过载能力校验:T1 _ 396374Tdx 一 259386= 1.53 ： 2两电机的等效功率氐:PN =1400kWPdx 二 Tdx nN =1290kW9550电动机发热及过载能力的校验均可通过。