КИНЕМАТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫПРИВОДА И ВЫБОР
ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ
Проектирование приводных устройств начинается с кинематического расчета привода, задачей которого является выбор по каталогу электродвигателя, определение общего передаточного числа привода и разбивка его по отдельным ступеням передач согласно кинематической схеме. Заключительным этапом этого расчета является определение основных кинематических (частот вращения валов) и силовых (мощностей и вращающих моментов на валах) характеристик привода.
Исходными данными для расчета могут быть такие показатели: номинальный вращающий момент T или мощность на валу приводимой в движение машины P вых, его угловая скорость (или частота вращения n);
для транспортеров нередко задают вместо момента на приводном валу окружную (тяговую) силу на валу барабана (или звездочки) F t (Н), скорость
ленты или цепи V (м/с), диаметр барабана D б (мм), число зубьев zзв и шаг тяговых звездочек Р зв (мм). По этим данным определяются значения вращающего момента и частоты вращения приводного вала.
Выбор электродвигателя
Электродвигатель подбирается во каталогу по требуемой мощности в
соответствии с режимом эксплуатации машины. При выборе электродвигателя различают три основных режима работы: длительный, кратковременный и повторно-кратковременный. Длительным режимом работы электродвигателя считается такой, при котором продолжительность его работы без отклонения при постоянной или незначительно изменяющейся нагрузке может быть бесконечно большой. Этот режим нагружения электродвигателя встречается во многих механических приводах - к вентиляторам, насосам, компрессорам, конвейерам, транспортерам, металлорежущим станкам и пр.
|
|
В проектах, выполняемых по курсу деталей машин, разрабатываются
в основном приводы к машинам, работающим при длительном режиме.
Поэтому выбранный по каталогу электродвигатель можно не проверять на
нагрев, так как завод-изготовитель гарантирует длительную работу на но-
минальном режиме.
Потребную мощность (кВт) привода (мощность на выходе) определяют по формуле
P = F ⋅ V ⋅ 0−3 вых t или / 9550 вых вых P = T ⋅ n (1.1)
После этого определяют требуемую мощность электродвигателя
0 /η эдтр вых P = P, (1.2)
где... 0 1 2 3 η =η ⋅η ⋅η - общий КПД привода, учитывает последователь-
ное уменьшение мощности при передаче ее от электродвигателя к привод-
ному валу;,,,... 1 2 3
η η η - КПД отдельных пар кинематической цепи (зубчатой, червячной, ременной и других передач, подшипников), ориентировочные значения которых принимаются по табл. 1.1 [1].
Далее определяют ориентировочное значение требуемой частоты вращения вала электродвигателя эдтр n. Так как в приводах, разрабатываемых в курсовых проектах, используются понижающие передачи, то эту частоту вычисляют по формуле
, мин -1:
... '
'1
n n u u эдтр вых = ⋅ ⋅, (1.3)
Таблица 1. Ориентировочные значения кпд передач
| Тип передачи | КПД η |
| Зубчатая закрытая: | |
| цилиндрическая | 0,96…0,98 |
| коническая прямозубая | 0,95…0,97 |
| Зубчатая открытая: | |
| цилиндрическая | 0,93…0,95 |
| коническая прямозубая | 0,92…0,94 |
| Червячная (закрытая) при передаточном числе: | |
| св. 30 | 0,7…0,8 |
| св. 14 до 30 | 0,75…0,85 |
| св. 8 до 14 | 0,8…0,9 |
| Ременная (все типы) | 0,94…0,96 |
| Цепная | 0,92…0,95 |
| Муфта соединительная | 0,98 |
| Подшипники качения (одна пара) | 0,99 |
|
|
Примечание. Если на данном этане работы над проектом затруднительно опреде-
лить передаточное число червячной передачи, предварительно следует принимать
ηч = 0,8.
где n вых - частота вращения приводного вала машины (см. рис. 1.1),
мин -1;
б
вых D
n V
⋅
⋅
=π60000 или в
вых D
n V
⋅
⋅
=
π
60000; (1.4)
sin(1800 /)
зв
зв
зв z
P
D = - диаметр делительной окружности тяговой звез-
дочки, мм; '
'1
u, u - предварительные значения передаточных чисел всех кинематических пар привода; рекомендуемые значения их принимают по таблице 2.
После этого по таблице 3 подбирают электродвигатель с мощностью
P эд и частотой вращения вала n эд, близкими к полученным P эдтр и n эдтр. При
этом P эд должна быть равна или больше требуемой.
Таблица 2. Рекомендуемые параметры механических передач
| Вид передачи | Твердость зубьев | Передаточные числа | |
| u рек | u пред | ||
| Зубчатая цилиндрическая: тихоходная ступень во всех редукторах (u т) | ≤HB 350 HRCэ 40…56 HRCэ 56…63 | 2,5…5 2,5…5 2…4 | 6,3 6,3 5,6 |
| быстроходная ступень в редукторах с развернутой схемой (u б) | ≤HB 350 HRCэ 40…56 HRCэ 56…63 | 3,15…5 3,15…5 2,5…4 | 7,1 6,3 |
| быстроходная ступень в соосном редукторе (u б) | ≤HB 350 HRCэ 40…56 HRCэ 56…63 | 4…6,3 4…6,3 3,15…5 | |
| Коробки скоростей станков | любая | 1,0…2,5 | 4,0 |
| Коническая зубчатая | ≤HB 350 ≥HRCэ 40 | 1,0…4 1,0…4 | 6,3 |
| Червячная | - | 16…50 | |
| Цепная | - | 1,5…4 | |
| Ременная | - | 2…4 |
В этом случае он будет работать с перегрузкой, величину которой
|
|
определяют по формуле
[ P ]
P
P P
P
эд
эдтр эд ⋅ ≤ Δ
−
Δ = 100%, (1.5)
где [Δ P ]- допускаемая перегрузка двигателя: [Δ P ]= 5…8% при постоянной нагрузке, [Δ P ] = 10…12% при переменной.
В таблице 3 представлены типы (числитель) и асинхронная частота вращения вала (знаменатель) электродвигателей закрытых обдуваемых единой серии 4А.
Таблица 3. Типы электродвигателей закрытых обдуваемых единой серии 4А.
| Мощность | Синхронная частота, мин -1 | |||
| P эд, кВт | ||||
| 0,55 | 4 ААМ 63 В 2 У 3 | 4 АМ 71 А 4 У 3 | 4 АМ 71 В 6 У 3 | 4 АМ 80 В 8 У 3 |
| 0,75 | 4 АМ 71 А 2 У 3 | 4 АМ 71 В 4 У 3 | 4 АМ 80 А 6 У 3 | 4 АМ 90 LA 8 У 3 |
| 1,1 | 4 АМ 71 В 2 У 3 | 4 АМ 80 А 4 У 3 | 4 АМ 80 В 6 У 3 | 4 АМ 90 LВ 8 У 3 |
| 1,5 | 4 АМ 80 А 2 У 3 | 4 АМ 80 В 4 У 3 | 4 АМ 90 L 6 У 3 | 4 АМ 100 L 8 У 3 |
| 2,2 | 4 АМ 80 В 2 У 3 | 4 АМ 90 L 4 У 3 | 4 АМ 100 L 6 У 3 | 4 АМ 112 МА 8 У 3 |
| 3,0 | 4 АМ 90 L 2 У 3 | 4 АМ 100 S 4 У 3 | 4 АМ 112 МА 6 У 3 | 4 АМ 112 МВ 8 У 3 |
| 4,0 | 4 АМ 100 S 2 У 3 | 4 АМ 100 L 4 У 3 | 4 АМ 112 МВ 6 У 3 | 4 АМ 132 S 8 У 3 |
| 5,5 | 4 АМ 100 L 2 У 3 | 4 АМ 112 М 4 У 3 | 4 АМ 132 S 6 У 3 | 4 АМ 132 М 8 У 3 |
| 7,5 | 4 АМ 112 М 2 У 3 | 4 АМ 132 S 4 У 3 | 4 АМ 132 М 6 У 3 | 4 АМ 160 S 8 У 3 |
| 11,0 | 4 АМ 132 М 2 У 3 | 4 АМ 132 М 4 У 3 | 4 АМ 160 S 6 У 3 | 4 АМ 160 М 8 У 3 |
| 15,0 | 4 АМ 160 S 2 У 3 | 4 АМ 160 S 4 У 3 | 4 АМ 160 М 6 У 3 | 4 АМ 180 М 8 У 3 |
| 18,5 | 4 АМ 160 М 2 У 3 | 4 АМ 160 М 4 У 3 | 4 АМ 180 М 6 У 3 | _ |
| 22,0 | 4 АМ 180 S 2 У 3 | 4 АМ 180 S 4 У 3 | - | _ |
| 30,0 | 4 АМ 180 М 2 У 3 | 4 АМ 180 М 4 У 3 | _ | _ |
Рисунок 1. Основные размеры электродвигателей закрытых обдуваемых
единой серии 4А.
Таблица 4. Основные размеры электродвигателей закрытых обдуваемых единой серии 4А.
| Тип эл.дв. | Число полюсов | Габаритные размеры, мм | Установочно-присоединительные размеры, мм | Масса, кг | |||||||||||
| l 30 | h 31 | d 30 | l 1 | l 10 | l 31 | d 1 | d 10 | b 1 | b 10 | h | h 1 | h 10 | |||
| 63В | 2 | 63 | 6,3 | ||||||||||||
| 71А,В | 2,4,6 | 285 | 203 | 170 | 40 | 90 | 45 | 19 | 7 | 6 | 112 | 71 | 6 | 9 | 15,1 |
| 80А | 2,4,6 | 300 | 218 | 186 | 50 | 100 | 50 | 22 | 10 | 125 | 80 | 10 | 17,4 | ||
| 80В | 2,4,6,8 | 320 | 218 | 186 | 50 | 100 | 50 | 22 | 10 | 125 | 80 | 10 | 20,4 | ||
| 90L | 2,4,6,8 | 350 | 243 | 208 | 50 | 125 | 56 | 24 | 10 | 8 | 140 | 90 | 7 | 11 | 28,7 |
| 100S | 2,4 | 362 | 263 | 235 | 60 | 112 | 63 | 28 | 12 | 8 | 160 | 100 | 7 | 12 | |
| 100L | 2,4,6,8 | 392 | 263 | 235 | 60 | 140 | 63 | 28 | 12 | 8 | 160 | 100 | 7 | 12 | |
| 112M | 2,4,6,8 | 452 | 310 | 260 | 80 | 140 | 70 | 32 | 12 | 10 | 190 | 112 | 8 | 12 | |
| 132S | 4,6,8 | 480 | 350 | 302 | 80 | 140 | 89 | 38 | 12 | 10 | 216 | 132 | 8 | 13 | |
| 132M | 2,4,6,8 | 530 | 350 | 302 | 80 | 178 | 89 | 38 | 12 | 10 | 216 | 132 | 8 | 13 | |
| 160S | 2 | 624 | 430 | 358 | 110 | 178 | 108 | 42 | 15 | 12 | 254 | 160 | 8 | 18 | |
| 4,6,8 | 624 | 430 | 358 | 110 | 178 | 108 | 48 | 15 | 14 | 254 | 160 | 9 | 18 | ||
| 160M | 2 | 667 | 430 | 358 | 110 | 210 | 108 | 42 | 15 | 12 | 254 | 160 | 8 | 18 | |
| 4,6,8 | 667 | 430 | 358 | 110 | 210 | 108 | 48 | 15 | 14 | 254 | 160 | 9 | 18 | ||
| 180S | 2 | 662 | 470 | 410 | 110 | 203 | 121 | 48 | 15 | 14 | 279 | 180 | 9 | 20 | |
| 4 | 662 | 470 | 410 | 110 | 203 | 121 | 55 | 15 | 16 | 279 | 180 | 10 | 20 | ||
| 180M | 2 | 702 | 470 | 410 | 110 | 241 | 121 | 48 | 15 | 14 | 279 | 180 | 9 | 20 | |
| 4,6,8 | 702 | 470 | 410 | 110 | 241 | 121 | 55 | 15 | 16 | 279 | 180 | 10 | 20 |
Определение передаточных чисел привода
После окончательного выбора n эд определяют общее передаточное число привода
вых
эд
общ n
n
u = (1.6)
Полученное расчетом общее передаточное число распределяют между ступенями передач. Если в кинематической схеме привода кроме редуктора имеются другие передачи (ременная, цепная и пр.), то сначала назначают передаточные числа для них, используя рекомендации табл. 1.2.
При этом общее передаточное число привода выражается так (для схемы на рис. 1.1,а);
общ ред ц u = u ⋅ u (1.7)
Передаточное число редуктора
ц
общ
ред u
u
u = (1.8)
Окончательно распределив общее передаточное число привода по
ступеням, определяют его расчетное значение u ор. При этом отклонение
его от требуемого не должно превышать 4%.
⋅100% ≤ 4%
−
Δ =
общ
общ ор
u
u u
u (1.9)
После этого определяются частоты вращения каждого вала привода
(эд Б n n / u 1 =; n n n / u 2 1 =; …), вращающие моменты на валах и диаметры валов.