Выбор двигателя и кинематический расчет привода общего назначения
Цель: формирование практических навыков в выборе двигателя для привода общего назначения, выполнение силового и кинематического расчета привода.
Теоретические основы
Двигатель является одним из основных элементов машинного агрегата. От типа двигателя, его мощности, частоты вращения и прочего зависят конструктивные и эксплуатационные характеристики рабочей машины и ее привода.
Для приводов механизмов имеющих постоянную или мало меняющуюся нагрузку при длительном режиме рекомендуются трехфазные асинхронные короткозамкнутые двигатели серии 4А. Они наиболее универсальны. Закрытое и обдуваемое исполнение позволяет применить эти двигатели для работы в загрязненных условиях, в открытых помещениях и т. п. Эти двигатели работают при любом направлении вращения, обеспечивая при необходимости реверсивность машинного агрегата.
По исходным данным своего технического задания необходимо подобрать оптимальный вариант двигателя к приводу агрегата (его мощность, тип, синхронную и номинальную частоту вращения), определить силовые и кинематические параметры этого привода.
Определение мощности и частоты вращения двигателя
Мощность двигателя зависит от требуемой мощности рабочей машины, а его частота вращения – от частоты вращения приводного вала рабочей машины.
1.1Определитьтребуемую мощность рабочей машины по формулам:
Ррм= F∙V (кВт)- если в исходных данных задания указано значение тяговой силы F, кН и линейной скорости V, м ∕с тягового органа рабочей машины,
Ррм= Т∙ ω (кВт)- если указано значение вращающего момента Т кН∙м, и угловой скорости ω, рад ∕с, тягового органа рабочей машины.
1.2 Определить общий коэффициент полезного действия (КПД) привода по формуле:
ηобщ = ηоп ∙ ηзп ∙ ηпк ∙ ηм ∙ ηпс , где ηоп , ηзп, ηпк , ηм , ηпс - коэффициенты полезного действия соответственно открытой передачи, закрытой передачи (редуктора), подшипников качения (по кинематической схеме в редукторе две пары подшипников), муфты и подшипников скольжения (по схеме на приводном валу рабочей машины одна пара подшипников). Значения КПД взять из таблицы 1.
Таблица 1
| Тип передачи | закрытая | открытая |
| Зубчатая: Цилиндрическая Коническая | 0,96…0,97 0,95…0,97 | 0,93…0,95 0,92…0,94 |
| Червячная при передаточном числе u: Свыше 30 » 14 до 30 | 0,70…0,75 0,80…0,75 | - - |
| » 8 до 14 | 0,85…0,95 | - |
Продолжение табл. 1
| Ременная: Плоским ремнем Клиновым (поликлиновым) ремнями | - - | 0,96…0,98 0,95…0,97 |
Для одной пары подшипников качения ηпк = 0,99…0,995;
Для одной пары подшипников скольжения ηпс = 0,98…0,99;
Потери в муфте принимаются η м = 0,98.
1.3 Определить требуемую мощность двигателя по формуле: Рдв = Ррм ∕ ηобщ (кВт);
1.4 Определить номинальную мощность двигателя Рном по таблице 2 (Рном ≥ Рдв ) и тип двигателя;
Таблица 2
| Номинальная мощность, Рном, кВт | Синхронная частота вращения, об/мин. | |||||||
| Тип двигателя | Номинальная частота, nном, об/мин. | Тип двигателя | Номинальная частота, nном, об/мин. | Тип двигателя | Номинальная частота, nном, об/мин. | Тип двигателя | Номинальная частота, nном, об/мин. | |
| 0,75 | 4АМ71А2УЗ | 4АМ71В4УЗ | 4АМ80А6УЗ | 4АМ90LА8УЗ | ||||
| 1,1 | 4АМ71В2УЗ | 4АМ80А4УЗ | 4АМ80B6УЗ | 4АМ90LB8УЗ | ||||
| 1,5 | 4АМ80А2УЗ | 4АМ80В4УЗ | 4АМ90L6УЗ | 4АМ100L8УЗ | ||||
| 2,2 | 4АМ80В2УЗ | 4АМ90L4УЗ | 4АМ100L6УЗ | 4АМ112MА8УЗ | ||||
| 3,0 | 4АМ90L2УЗ | 4АМ100S4УЗ | 4АМ112MА6УЗ | 4АМ112MB8УЗ | ||||
| 4,0 | 4АМ100S2УЗ | 28/80 | 4АМ100L4УЗ | 4АМ112MB6УЗ | 4АМ132S8УЗ | |||
| 5,5 | 4АМ100L2УЗ | 4АМ112M4УЗ | 4АМ132S6УЗ | 4АМ132M8УЗ | ||||
| 7,5 | 4АМ112M2УЗ | 4АМ132S4УЗ | 4АМ132M6УЗ | 4АМ160S8УЗ |
Каждому значению номинальной мощности Рном соответствует 4 типа двигателя с различными частотами вращения, синхронными 3000, 1500, 1000,750 об / мин и соответствующими номинальными nном при номинальном режиме.
Для расчета выбрать четыре варианта типа двигателя, данные записать в виде таблицы следующим образом:
| Вариант | Тип двигателя | Номинальная мощность Рном, кВт | Синхронная частота вращения об/мин | Частота вращения об/мин при номинальном режиме, nном |
| 4 АМ… | …. | |||
| 4 АМ… | …. | |||
| 4 АМ… | …. | |||
| 4 АМ… | …. |
Выбор оптимального типа двигателя из 4-х вариантов возможен только после определения передаточного числа привода и его ступеней.
Определение передаточного числа привода и его ступеней
2.1 Определить частоту вращения приводного вала рабочей машины nрм по формулам:
- для ленточных конвейеров, грузоподъемных и прочих машин:
nрм = 60∙ 1000 ∙ V ∕ π ∙ D (об /мин), где V = π ∙ D ∙ nрм ∕ 60 ∙ 1000 – скорость тягового органа, м/с, D – диаметр барабана, мм.
- для цепных конвейеров:
nрм = 60∙ 1000 ∙ V ∕ z∙ p (об/мин), где V = z ∙ p ∙ nрм ∕ 60 ∙ 1000 – скорость конвейера, м/с, z – число зубьев ведущей звездочки тягового органа,
p – шаг тяговой цепи, мм.
2.2 Определить общее передаточное число привода для всех 4-х вариантов выбранных типов двигателей, т.е. uобщ 1 , uобщ 2, uобщ 3 , uобщ 4 применив формулу:
uобщ = nном ∕ nрм , где nном – частота вращения вала двигателя при номинальном режиме,
об /мин, nрм – частота вращения приводного вала рабочей машины, об /мин. Тогда:
uобщ 1 = nном 1 ∕ nрм, uобщ 2 = nном 2 ∕ nрм , uобщ 3 = nном 3 ∕ nрм , uобщ 4 = nном 4 ∕ nрм.
2.3 Определить передаточные числа ступеней привода. Определение и выбор передаточных чисел ступеней производится разбивкой общего передаточного числа привода так, чтобы uобщ = uоп ∙ uзп, где uобщ , uоп , uзп - соответственно передаточные числа привода, открытой передачи и закрытой передачи (редуктора).
2.4 Принять значение передаточного числа редуктора (закрытой передачи) uзп из рекомендуемых в таблице 3, одно значение для всех рассматриваемых вариантов двигателей, учитывая тип закрытой передачи своего варианта привода.
Примечание. Для того чтобы габариты передачи не были чрезмерно большими, нужно придерживаться некоторых средних значений uзп, по возможности не доводя их до наибольших, допускаемых лишь в отдельных случаях.
Таблица 3
| Рекомендуемые значения передаточных чисел передач |
| Закрытые зубчатые передачи (редукторы) одноступенчатые цилиндрические и конические (СТ СЭВ 221-75) 1-ый ряд- 2,0; 2,5; 3,15; 4,0; 5,0; 6,3; 2-й ряд - 2,24; 2,8; 3,55; 4,5; 5,6; 7,1. Значения 1-го ряда следует предпочитать значениям 2-го ряда. |
| Закрытые червячные передачи (редукторы) одноступенчатые для червяка с числом витков Z1 = 1; 2; 4 (ГОСТ 2144-75) 1-ый ряд – 10; 12,5; 16; 20; 25; 31,5; 2-й ряд - 11,2; 14; 18; 22,4; 28; 35,5. Значения 1-го ряда следует предпочитать значениям 2-го ряда. |
| Ременные передачи (все типы) 2…4 |
| Цепные передачи 2…5 |
2.5 Определить значения передаточного числа открытой передачи для всех рассматриваемых вариантов по формулам:
uоп1 = uобщ1 / uзп ; uоп2 = uобщ2 / uзп ; uоп3 = uобщ3 / uзп ; uоп4 = uобщ4 / uзп ;
Полученные значения всех передаточных чисел (всех 4-х вариантов) представить в виде следующей таблицы:
| Передаточное число | Варианты | |||
| Общее для привода | uобщ 1 | uобщ 2 | uобщ 3 | uобщ 4 |
| Открытой передачи (указать какой) | uоп1 | uоп2 | uоп3 | uоп4 |
| Закрытой передачи (указать какой) редуктора | uзп | uзп | uзп | uзп |
2.6 Проанализировать полученные значения передаточных чисел всех 4-х вариантов типов двигателей, при этом учесть, что двигатели с большой частотой вращения (3000 об/мин) имеют низкий рабочий ресурс, а двигатели с низкими частотами (750 об/мин) весьма металлоемки, поэтому их нежелательно применять без особой необходимости в приводах общего назначения малой мощности.
Из рассмотренных 4-х вариантов выбрать один предпочтительный, указав какой, выписав для него значения uобщ =… и nном =…(об/мин).
2.7 Определить максимально допустимое отклонение частоты вращения приводного вала рабочей машины по формуле:
Δnрм = nрм ∙ δ ∕ 100 (об/мин)
(значение δ, ٪ - взять из варианта своего задания).
2.8 Определить допускаемую частоту вращения приводного вала рабочей машины по формуле:
[ nрм] = nрм + Δnрм (об/мин).
2.9 Определить фактическое передаточное число привода uобщ ф по формуле:
uобщ ф = nном ∕ [ nрм]
2.10 Определить фактическое передаточное число открытой передачи uоп ф , не меняя
закрытой uзп , по формуле: uоп ф = uобщ ф ∕ uзп
2.11 Указать тип окончательно выбранного двигателя, его номинальную мощность Рном, кВт; номинальную частоту вращения nном, об/мин;
передаточные числа: привода uобщ ф, открытой передачи uоп ф, закрытой передачи uзп.