Выбор электродвигателя и кинематический расчет привода

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Выбор электродвигателя и кинематический расчет привода

Выбор электродвигателя предусматривает определение его мощности, типа, частоты вращения вала и основных размеров.

1.1 Определение требуемой мощности двигателя

Требуемую мощность электродвигателя определяют на основании исходных данных. Если указана мощность на ведомом валу, то необходимая мощность электродвигателя

где ? коэффициент полезного действия (КПД) привода, в общем случае равный произведению частных КПД ступеней редуктора , , ,…, :

.

Здесь ? КПД упругой компенсирующей муфты.

Потери на трение в подшипниках оцениваются множителем .

Значения КПД различных передач приведены в табл. 1.1.

Таблица 1.1. Средние значения КПД механических передач (без учета потерь)

Примечания: 1. Ориентировочные значения КПД закрытых передач в масляной ванне приведены для колес, выполненных по 8-й степени точности, а для открытых - по 9-й; при более точном выполнении колес КПД может быть повышен на 1 … 1,5 %; при меньшей точности - соответственно понижен. 2. Для червячной передачи предварительное значение КПД принимают =0,75 … 0,85. После установления основных параметров передачи значение КПД следует уточнить. 3. Потери в подшипниках на трение оцениваются следующими коэффициентами: для одной пары подшипников качения =0,99 … 0,995; для одной пары подшипников скольжения = 0,98 … 0,99. 4. Потери в муфте принимаются = 0,98. 5. В приводах с параллельными передачами, например, с раздвоенными колёсами, значения КПД из таблицы 1.1 учитывают только один раз.

Если заданы вращающий момент Твых (Нм) и частота вращения ведомого вала n2 (мин^-1), то требуемая мощность (в киловаттах)

.

В задании на курсовое проектирование момент на выходном валу задан в виде графика нагрузки, который учитывает фактические условия работы привода.

Рис.1.1

Рассмотрим в качестве примера, приведенный на рис.1.1 график нагрузки привода.

Его следует понимать так:

- в течение суток привод работает 50% времени, т.е. продолжительность его включения ПВ = 50%.

- в течение года привод работает 65% времени и значит общее время работы привода за один год составит

.

За это время в пусковом режиме двигатель работает 0,003% на моменте, который составляет 1,3 от номинала, т.е. требуется мощность, превышающая расчётную в 1,3 раза. На расчётном моменте (на номинальной мощности двигателя) привод работает 20% времени; на моменте 0,7 от номинала 30% времени и на моменте 0,5 от номинала 50% времени. Анализ графика показывает, если выбрать двигатель по номинальной мощности, то он явно будет недогружен более чем на 50% времени работы, но одновременно он будет и перегружен во время пусков в работу. Это учтено в конструкции серийно выпускаемых асинхронных электродвигателей и в каталоге даётся соотношение пускового момента к номинальному, которое в нашем случае должно быть не менее 1,3. Что касается номинальной мощности, то её на первом этапе следует подсчитать по формуле через эквивалентный момент с учётом графика нагрузки.

.

Для нашего конкретного случая

и требуемая эквивалентная мощность .

Номинальная требуемая мощность

.

Подсчитав то и другое значение можно приступать к выбору мощности электродвигателя.

Пусть, например, нам требуется выбрать мощность двигателя ленточного транспортёра со следующими параметрами: скорость транспортёра - 0,5м/с, усилие на ленте транспортёра - 4000Н, общее КПД привода - 0,81, график нагрузки приведен выше.

Номинальная мощность .

Эквивалентная мощность .

По каталогу выпускаемых электродвигателей исходя из номинальной мощности необходимо выбрать двигатель мощностью 3 квт. Исходя из эквивалентной мощности можно выбрать двигатель мощностью 2,2 квт.

Пусть нам требуется электродвигатель с частотой вращения 1500 мин -¹ (самая оптимальная частота вращения с точки зрения экономичности и рекомендуемая в курсовом проектировании). Для данных двигателей по каталогу отношение пускового момента к номинальному Т_п / Т_н = 2.

Требуемая пусковая мощность по графику нагрузки .

Серийный электродвигатель мощностью 2,2 кВт обеспечит на пуске мощность кВт. Таким образом, мы имеем право выбрать двигатель мощностью 2,2 кВт, но он будет перегружен на (2,47/2,2) - 11,2% по номинальной мощности. Продолжительность включения нашего двигателя по заданию ПВ = 50% и значит допустима перегрузка по номинальной мощности в пределах, указанных в таблице 1.2.

Таблица 1.2

С учётом таблицы 1.2 мы окончательно имеем право выбрать электродвигатель мощностью 2,2 кВт, хотя по расчёту требуется мощность 2,47 кВт.

И далее в расчётах зубчатых или червячных передач в качестве расчётного можно принимать не номинальный вращающий момент, а эквивалентный.

1.2 Определение частоты вращения вала электродвигателя

электродвигатель транспортер мощность асинхронный

Требуемая частота вращения вала электродвигателя определяется по формуле

n_эд = n₂ • i,

где i ? передаточное отношение привода.

В дальнейших расчетах вместо передаточного отношения i = n_эд / n₂ применяют передаточное число

u = z₂ / z₁,

где z₂ ? число зубьев колеса, а z₁ ? число зубьев шестерни ().

Применение u вместо i связано только с принятой формой расчетных зависимостей для контактных напряжений, значения которых не зависят от того, какое из зубчатых колес является ведущим.

Руководствуясь рекомендациями по выбору значений передаточных чисел в соответствии с заданным типом передачи в редукторе (см. табл. 1.3), определяют возможный диапазон частот вращения вала электродвигателя

n_эд = n₂ • (u_min…u_max).

По рассчитанной мощности Р и диапазону n_эд из табл. 1.4 выбирают электродвигатель таким образом, чтобы его номинальная мощность , а номинальная частота n_ном вращения вала была самой близкой (из возможных вариантов) к большему значению диапазона n_эд. В этом случае размеры и стоимость электродвигателя будут наименьшими. При этом следует иметь в виду, что большая частота вращения вала электродвигателя при одинаковой мощности вызывает увеличение передаточного числа редуктора, а, следовательно, увеличение его длины и высоты. Меньшая частота вращения вызывает увеличение размеров электродвигателя и увеличение ширины зубчатых колес, а следовательно, уменьшение размеров редуктора.

Если скоростной диапазон достаточно большой, т.е. по скоростной характеристике можно выбрать несколько двигателей, окончательное решение принимается с учетом следующих соображений. Быстроходные двигатели легче и дешевле тихоходных, поэтому предпочтительнее. Однако выбор быстроходного двигателя приводит к увеличению общего передаточного отношения редуктора и, как правило, к увеличению его габаритов, массы и стоимости. Если позволяет скоростной диапазон, рекомендуется выбирать два двигателя с различной скоростной характеристикой и последующий расчет вести параллельно. В конце расчета производится анализ вариантов по кинематическим, технико-экономическим и другим признакам и выбирается окончательный вариант.

Одновременно необходимо учитывать рекомендуемые значения передаточных чисел различных типов передач (табл. 1.3). Значения передаточных чисел редуктора не должны выходить за пределы допускаемых отклонений, предусмотренных ГОСТ 12289-76.

По выбранному электродвигателю определяют расчетное передаточное число зубчатой передачи редуктора

u = n_ном / n₂.

Таблица 1.3. Рекомендуемые значения передаточных чисел одноступенчатого редуктора

При окружных скоростях более 6 м/с целесообразно применять колеса косозубые и шевронные.

Номинальные значения передаточных чисел в зубчатых редукторах общего назначения, выполненных в виде самостоятельных агрегатов по:

1-й ряд: 1,0; 1,25; 1,6; 2,0; 2,5; 3,15; 4,0; 5,0; 6,3; 8; 10; 12,5;

2-й ряд: 1,12; 1,4; 1,8; 2,24; 2,8; 3,55; 4,5; 5,6; 7,1; 9,0;11,2.

Примечание. 1-й ряд следует предпочесть второму ряду.

1.3 Основные характеристики асинхронных электродвигателей общего применения

На рис. 1.2 представлена характеристика асинхронного электродвигателя, выражающая зависимость частоты вращения двигателя от величин вращающего момента.

Рис. 1.2

Здесь Тном ? номинальный вращающий момент;

Тнач (или Тпуск) ? момент, развиваемый при пуске двигателя;

Тmax ? максимальный момент (кратковременный);

nном ? номинальная частота вращения двигателя;

nкр ? критическая частота вращения двигателя;

nс ? синхронная частота вращения двигателя (при отсутствии нагрузки), то есть частота вращения магнитного поля, она зависит от частоты тока f и числа пар полюсов р: nс = 60f / p.

Асинхронная угловая скорость, рад/сек:

.

При стандартной частоте f = 50 1/c и числе пар полюсов р от 1 до 4 синхронная частота вращения двигателя nс = 3000, 1500, 1000, 750 об/мин.

Частота вращения nном, указываемая в каталогах электродвигателей, относится к номинальному режиму, её и принимают во внимание при определении общего передаточного отношения привода.

Под действием нагрузки частота вращения вала электродвигателя n_эд уменьшается по сравнению с nс, возникает скольжение s, определяемое по формуле s = (nс - nэд) / nс. Следовательно, nэд = nс • (1 - s).

К основным типам асинхронных электродвигателей трёхфазного тока, предназначенных для приводов общего применения, относят двигатели единой серии марок:

4АН - электродвигатели, защищенные от попадания капель и твёрдых частиц и от прикосновения к вращающимся и токоведущим частям;

4А ? электродвигатели закрытые обдуваемые по ГОСТ 19523-74 (рис. 1.3). Формы исполнения: М100 ? электродвигатели горизонтальные, станина на лапах (см. рис.1.3, а); М200 ? то же и дополнительно с фланцем на щите (см. рис 1.2, б);

АО2 ? электродвигатели закрытые обдуваемые по ГОСТ 13859-68 и их модификации.

Технические данные электродвигателей содержатся в каталогах, в табл. 1.4, 1.5 приведены краткие выдержки из них.

а

б

Рис. 1.3

Таблица 1.4. Двигатели асинхронные короткозамкнутые трёхфазные серии 4А общепромышленного применения; закрытые обдуваемые. Технические данные

Примечание: Структура обозначения типоразмера двигателя (расшифровывается слева направо): 4 ? порядковый номер серии; А ? вид двигателя ? асинхронный; А ? станина и щиты двигателя алюминиевые (отсутствие знака означает, что станина и щиты чугунные или стальные); М ? модернизированный; двух- или трёхзначное число ? высота оси вращения ротора; А, В ? длина сердечника статора; K, L, M, S ? установочный размер по длине станины; 2, 4, 6, 8 ? число полюсов; У3 ? климатическое исполнение и категория размещения (для работы в зонах с умеренным климатом) по ГОСТ 15150-69.

Таблица 1.5. Двигатели. Основные размеры, мм

Таблица 1.6. Мощности и скорости вращения двигателей А2, АО2, и АОЛ2

Пример.

Произвести кинематический расчет привода, показанного на рис.1.4, при следующих данных: диаметр барабана D = 500 мм, тяговое усилие на ленте Р = 4000 Н, скорость ленты v = 0,8 м/с.

Рис. 1.4. Кинематическая схема привода ленточного транспортера

Решение.

Принимаем КПД передач, показанных на рис. 1.4:

ременной передачи = 0,98;

зубчатой пары = 0,98;

цепной передачи = 0,96;

потери в опорах трех валов = 0,99³.

КПД всего привода

Требуемая мощность электродвигателя

Вт.

Частота вращения вала барабана

об/мин.

Из таблицы 1.6 выбираем ближайшие по мощности электродвигатели с повышенным пусковым моментом:

АО2-42-6, имеющий N = 4 кВт и n = 955 об/мин, и

АО2-41-4, у которого N = 4 Квт и n = 1440 об/мин.

Определяем передаточные отношения привода:

в первом случае

во втором .

Приемлемы оба типа двигателя; в первом варианте передаточное отношение может быть реализовано, например, так: по таблице 1.3 выбираем для ременной передачи i₁ = 2; для редуктора i₂ = 4 и для цепной передачи i₃ = 4. Общее . Отклонение от заданного составит (допускается отклонение до ).

После выбора электродвигателя и определения передаточного отношения редуктора выполняют расчеты зубчатых передач.

Размещено на Allbest.ru