Таблица 1 – Допустимое число пусков в час двигателя
| Тип двигателя | Z0, пусков в час | |||||||
| Двигатели основного исполнения | Двигатели с повышенным скольжением | |||||||
| 2р=2 | 2р=4 | 2р=6 | 2р=8 | 2р=2 | 2р=4 | 2р=6 | 2р=8 | |
| 5А80МА | - | - | - | - | ||||
| 5А80МВ | - | - | - | - | ||||
| 5А112МА | - | - | - | - | - | - | ||
| 5А112МВ | - | - | - | - | ||||
| АИРМ132S | - | - | - | |||||
| АИРМ132М | - | |||||||
| 5A160S | - | - | - | - | ||||
| 5А160М | - | - | ||||||
| АИР180S | - | - | - | - | - | - | ||
| АИР180М | ||||||||
| 5А200М | - | - | - | - | ||||
| 5A200L | - | - | - | - | ||||
| 5А225М | - | - | - | |||||
| 5AM250S | - | - | - | - | ||||
| 5АМ250М | - | - | - | - | ||||
| 5AM280S | - | - | - | - | ||||
| 5АМ280М | - | - | - | - | ||||
| 5АМ315S | - | - | - | - | ||||
| 5АМ315М | - | - | - | - |
Время разгона двигателя Δ t D [с] до номинальной скорости вращения определяется по формуле:
8.6. Пример выбора типа и мощности электродвигателя.
В качестве примера рассмотрен выбор электродвигателя для привода убирающейся в полете стойки шасси (рис. 2) [1],[8]. Пример древний, но суть в оперировании числами.
Рис. 2. Схема механизма убирающегося шасси [1]
| Заданными величинами являются: - момент инерции стойки с колесом относительно оси вращения стойки J ст=100 кг*м2; - максимальный угол поворота стойки jмакс=120°; - максимальный ход штока S макс=0,452 м. |
Рис. 3. Передаточное отношение механизма [1]
| Заданной является также зависимость передаточного отношения механизма i мех= dS / d j от угла поворота стойки шасси (рис. 3). Требуется, чтобы время уборки стойки составило не более 20 сек. |
Рис. 4. Статическая характеристика нагрузки [1]
| Последовательность выбора электродвигателя следующая: 1. На основании расчетных или экспериментальных данных устанавливается наиболее тяжелый режим работы привода. Таким режимом является уборка шасси на взлете. На рис. 4 изображена статическая характеристика нагрузки для этого случая. По оси абсцисс отложен угол поворота стойки шасси j, по оси ординат – усилие на штоке F. Часто в литературе размерность различных величин дается не в системе СИ. Так и здесь, сила измеряется в кг. К этому надо быть готовым. Перевод некоторых размерностей МКГСС в СИ: 1кг=9,8 Н; 1кг*м*сек2=10кг*м2. |
2. Исходя из того, что имеют место большие изменения нагрузки, не требуется поддержание постоянной скорости движения привода и в то же время желателен большой пусковой момент, выбираем электродвигатель постоянного тока последовательного возбуждения. В целях предотвращения работы электродвигателя вхолостую при выпуске стойки на земле и, следовательно, возможности разноса электродвигателя, предусматриваем применение самотормозящегося редуктора.
3. Средняя скорость движения штока
V мех = S макс/ t = 0.452/20 = 0.0226 м/сек
4. Примем среднюю скорость вращения электродвигателя равной n =5000 об/мин. В этом случае общее передаточное отношение механической передачи:
i = Wдв/ V мех = 2*p*5000/(60*0,0226) = 23000 рад/м
5. Выбираем кинематическую схему системы передач из четырех звеньев (рис. 5).
Рис. 5. Кинематическая схема системы передач [1]
| Передаточные отношения и коэффициенты полезного действия отдельных звеньев при номинальной нагрузке: а) цилиндрическая зубчатая передача i 1=3,5; h = 0,95; б) цилиндрическая зубчатая передача i 2=4; h = 0,95; в) коническая зубчатая передача i 3=1; h = 0,95; г) винтовая самотормозящаяся передача i 4=1650 рад/м; h = 0,37; Общее передаточное число i = 3,5*4*1*1650 = 23000 рад/м. КПД системы передач при номинальной нагрузке на штоке hном = h1*h2*h3*h4 = 0,95*0,95*0,95*0,37 = 0,316. |
Для того, чтобы установить зависимость момента трения системы передач от нагрузки, определяется номинальный момент нагрузки, приведенный к валу двигателя:
М ном = F ном / i
Принимая номинальное усилие на штоке равным максимальному F ном = F макс = 23000 Н, получаем:
М ном = 23000 /23000 = 1 Нм
Номинальный момент трения:
М тр.ном = М ном/hном - М ном = 1/0,316 – 1 = 2,17 Нм.
Постоянный момент потерь может быть принят примерно равным переменному моменту потерь при номинальной нагрузке. В соответствии с этим принимаем:
М 0 = 1 Нм; b М ном = 1,17 Нм
Отсюда нагрузочный коэффициент потерь
b = 1,17/ М ном = 1,17/1,0 = 1,17.
6. С учетом момента трения строится статическая характеристика, приведенная к валу электродвигателя:
М дв=f(jдв)
Построение статической характеристики с учетом момента трения М дв(jдв), выполняется следующим образом.
Задаются значениями угла поворота механизма j с шагом, достаточным для построения зависимости.
Для каждого значения j определяют:
а) значение хода штока S по зависимости dS / d j(j) (рис. 9) путем графического интегрирования
S =ò (от 0 до j) i мех d j,
б) соответствующий угол поворота ротора электродвигателя jдв= S * i.
в) По зависимости F(j) (рисунок 10) определяют соответствующее усилие на штоке.
г) момент нагрузки, приведенный к валу электродвигателя М = F / i.
д) переменный момент трения b М
е) постоянный момент трения М 0
ж) Требуемый момент двигателя М дв= М +b М + М 0.
Рис. 6. Статическая характеристика привода [1]
| По результатам вычислений строят статическую характеристику привода с учетом потерь на трение (рис. 6). |
7. По статической характеристике, построенной с учетом потерь на трение в редукторе, определяем среднее значение статического момента
М ср = 1,6 Нм.
Средняя мощность электродвигателя
Р ср=W· М ср = 2πnдв/60· М ср = 3,14·5000/30·1,6= 820 Вт.
По таблице стандартных электродвигателей наиболее близкими по номинальной мощности являются двигатели мощностью 750 Вт и мощностью 1000 Вт. Выбираем двигатель мощностью 1000 Вт.
Выбранный электродвигатель предназначен для повторно-кратковременного режима работы с длительностью рабочего периода t р = 1 мин, длительностью паузы t п = 10 мин, числом циклов n =3 и тепловой постоянной времени T =10мин.
С учетом того, что двигатель рассматриваемого механизма работает в другом режиме, производим предварительную проверку тепловой нагрузки двигателя. Выбранный двигатель не будет нагреваться выше допустимой температуры, если будет выполнено условие:
Р ст ³ Р ср k ст/ k дв
С учетом параметров повторно-кратковременного режима работы выбранный двигатель имеет степень термической перегрузки:
Степень термической перегрузки, с которой должен работать электродвигатель в рассматриваемом случае кратковременного режима, определяется по формуле:
Учитывая возможность трех повторных включений, принимаем t р = 20*3 = 60 сек = 1 мин.
В этом случае k дв = 10,6.
Подставляя найденные значения в неравенство, получаем
Р ст (1000 Вт) ³ 820*7,4/10,6 = 570 Вт.
То есть предварительная проверка показала, что выбранный двигатель номинальной мощностью 1000 Вт перегреваться не должен.
8. Построение нагрузочных диаграмм привода.
Для того, чтобы установить, какой из методов построения диаграммы необходимо применить в рассматриваемом случае, предварительно вычислим электромеханическую постоянную привода.
Т м = J Wу/D М пуск.
Переходный электромеханический процесс описывается уравнением движения: М-Мс=JdW/dt. Согласно определению, постоянная времени – это время, за которое двигатель достигает установившейся скорости вращения, если бы она нарастала бы с постоянным ускорением. Таким образом, справедливо М-Мс=J*(Wу-0)/Т или при принятых обозначениях DМпуск= J*Wу/Т
Момент инерции привода, приведенный к валу электродвигателя равен:
J = J дв+ J м*
Для выбранного двигателя момент инерции якоря двигателя J дв = 3,31*10-4 кг*м2.
J м* = J стойки/(i 2* i мех2 ),
здесь i – передаточное отношение системы передач, i мех – передаточное отношение механизма.
Принимая наименьшее значение i мех = 0,07 м/рад (рис. 9), получаем J м* = 0,42*10-4 кг*м2 .
Приведенный момент инерции привода
J = 3,31*10-4+0,42*10-4 = 3,73*10-4 кг*м2.
Избыточный пусковой момент привода:
D М пуск = М пуск – М ср = 7,0 – 1,6 = 5,4 Н*м
Значение пускового момента двигателя М пуск берется из справочника.
Принимаем установившуюся скорость вращения равной номинальной скорости:
Wу = 2*p*5000/60 = 500 рад/с
Постоянная времени Т м = 3,73*10-4 *500/5,4 = 0,035 сек.
Время достижения установившейся скорости может быть принято равным 4 Т м и составляет 0,14 сек. Так как это время во много раз меньше заданного времени уборки стойки, то при построении нагрузочных диаграмм привода механические переходные процессы можно не учитывать.
Рис. 7. Нагрузочные диаграммы привода шасси [1]
| Задаемся различными значениями угла поворота двигателя jдв, для которых по статической характеристике (рис. 6) определяем значение вращающего момента двигателя М и по механической характеристике двигателя - значение частоты вращения n (рис. 7). |
9. Проверка тактико-технических требований.
Двигатель должен произвести поворот механизма на максимальный угол jмакс=120° за время, не превышающее 20 сек. Этому углу соответствует поворот вала двигателя на угол jдв макс=9930 рад (рассчитано в п.6).
Выражение, связывающее частоту вращения двигателя с углом поворота его вала:
W=p n /30 = djдв/d t
Отсюда
Поскольку аналитическое выражение для функции 1/ n = f (jдв) неизвестно, вычисление интеграла произведем графическим методом.
Строим кривую 1/ n = f (jдв) (рис. 7).
Подсчитываем площадь S, ограниченную кривой 1/ n, ординатой, проходящей через значение
jдв макс, и осями.
Умножаем эти площади на масштабный коэффициент для осей j дв и 1/ n. Получаем значение времени
t = 30/π · a · b · S,
где S – мм2, a = рад/мм; b = мин/об/мм.
Для данных, используемых в примере, время уборки стойки составляет 17,1 сек, что удовлетворяет предъявленным требованиям.
10. Проверка на нагрев
По найденным значениям вращающего момента и частоты вращения рассчитывают мощность на валу Р 2 = p n /30* М, по рабочим характеристикам двигателя – определяется потребляемый ток I, потребляемая мощность Р 1 и потери мощности D Р = Р 1- Р 2, соответствующие каждому углу поворота и времени.
Рис. 8. Диаграмма потерь в электродвигателе [1]
| На рис. 8 приведена зависимость потерь в электродвигателе от времени D Р = f (t), по которой определяют средние потери: D Р ср = 570 Вт Производим проверку выбранного двигателя на нагрев, пользуясь неравенством: D Р ср £ D Р н* k дв/ k ст 570≤600*10,6/7,4 Выбранный двигатель в тепловом отношении не перегружается. |