Кинематический расчет привода, выбор электродвигателя

Определяются КПД привода, потребная мощность и примерная частота вращения электродвигателя; выбирается электродвигатель, приводится его характеристика; определяется общее передаточное отношение привода, осуществляется разбивка общего передаточного отношения по ступеням с учетом требований ГОСТов на отдельные виды передач; определяются частоты вращения и вращающие (крутящие) моменты для всех валов привода.

На входе (на валу I – валу двигателя) и на выходе (например, на валу 4) привод (передача) имеет параметры: Р₁ и Р₄ – мощность, кВт: n₁ и n₄ – частота вращения, об/мин или ω₁ и ω₄ – угловая скорость, с^-1; Т₁ иТ₄ – крутящий момент, Нм. Потери в приводе характеризуются коэффициентом полезного действия (КПД) η, а преобразование параметров – передаточным отношением i или передаточным числом u.

Связь между параметрами передачи выражается как

Р₄=Р₁/ η; η=Р₄/Р₁; i= n₁/n₄= ω₁/ω₄; Т=Р/ ω.

Общий КПД привода

η = η₁ η₂ η₃… η_n ,

где η₁, η₂, η₃… η_n – КПД отдельных передач, входящих в привод.

Сводные данные по КПД некоторых передач сведены в таблицу.

Рекомендуемые значения передаточных чисел для различных понижающих передач приведены в нижеследующей таблице.

Закрытые обдуваемые двигатели серии 4А (по ГОСТ 19523-81)

Пример 1. Спроектировать привод к конвейеру по заданной схеме. Открытая быстроходная передача клиноременная, открытая тихоходная – цепная, редуктор цилиндрический косозубый, срок службы привода t = 15000 ч, работа двухсменная, нагрузка спокойная.

Мощность на выходном валу Р₄ = 5 кВт, частота вращения выходного вала n₄ = 50 об/мин. Требуется определить общий КПД привода, выбрать электродвигатель. Определить передаточные числа составляющих привода, крутящие моменты и угловые скорости на валах.

Расчетная формула для определения общего КПД привода:

η = η_рп· η_р· η_п²· η_цп ,

где КПД η_рп – ременной передачи (0,96); η_р – цилиндрического редуктора (принимаем 0,98); η_п – пары подшипников качения (0,99); η_цп – цепной передачи (0,97).

η = 0,96·0,98·0,99²·0,97 ≈ 0,894.

Потребную мощность двигателя определяем по формуле

Р_дв = Р₁= Р₄/ η = 5/0,894 = 5,59кВт.

Далее по каталогам и справочникам выбираем электродвигатель, например двигатель наиболее распространенной серии 4А из таблицы. При этом принимаем, как правило, ближайшее большее значение мощности двигателя, в нашем случаи – 7,5 кВт. Одновременно с этим по тем же данным выбираем синхронную частоту вращения двигателя n_с = 1000, 1500 или 3000 мин^-1 (об/мин), находим относительное скольжение S в двигателе. Выбор оптимальной частоты вращения n_с возможен путем экономического просчета различных вариантов. При курсовом проектировании оптимальное значение n_с подбирается при определении общего передаточного отношения привода и его разбивке по отдельным передачам (ступеням).

По таблице выбираем двигатель с синхронной частотой вращения n_с=1000 об/мин, серии 4А 132 М 6 У3 общего назначения, мощность которого Р_сч = 7,5 кВт, скольжение двигателя S = 3,2 %.

4А 132 М 6 У3:4 – порядковый номер серии,

А – род двигателя – асинхронный,

станина и щиты чугунные или стальные, высота от оси вращения – 132 мм; буква М указывает установочный размер по длине станины, буква А отмечает длину сердечника статора; цифра 6 – число полюсов; У3 – указывает на то, что двигатель предназначен для работы в зонах с умеренным климатом.

Частоту вращения двигателя под нагрузкой (n) определяем с помощью формулы

n₁ = n_c – (n_c·S/100%) = 1000 – (1000·3,2/100) = 968 мин^-1,

после чего находим угловую скорость вала двигателя ω_дв = ω₁.

ω_дв = ω₁ = π· n₁/30 = 3,14·968/30 = 101,31 с^-1.

Определяем общее передаточное отношение (i) привода

i = n₁/n₄ = ω₁/ω₄ =968/50 = 19,36.

Определив общее передаточное отношение привода i, разбиваем его между редуктором и открытой передачей (ременной, цепной):

i = i_р · i_оп ,

где i_р – передаточные отношения соответственно редуктора, i_оп= u_цп · u_рп – передаточные отношения открытой передачи (в нашем случае их две), u_цп и u_рп – передаточные отношения соответственно цепной и ременной передач.

Рекомендуемый диапазон передаточных отношений для ременной и цепной передач от 1 – 4, но не более 6.

Передаточное отношение редуктора i_р является произведением передаточ­ных чисел входящих в него передач:

для двухступенчатого редуктора

i_р = u_б · u_т ,

где u_б , u_т – передаточные числа быстроходной и тихоходной передачи редуктора;

для одноступенчатого редуктора

i_р = u.

Передаточное число червячной пары и, следовательно, червячного редук­тора выбирают из следующих фиксированных значений: 8,0; 10,0; 12,5; 16,0; 20,0; 25,0; 31,5; 40,0; 50,0; 63,0.

Передаточные отношения цилиндрических и конических зубчатых пар, од­ноступенчатого цилиндрического или конического редуктора выбирают из нормального ряда следующих значений: 2,0; 2,24; 2,5: 2,8; 3.15; 3.55; 4,0; 4,5; 5,0; 5,6; 6.3; 7,1.

Предварительно принимаем передаточное отношение редуктора i_р = u = 4,0. Тогда передаточное отношение открытой передачи

i_оп= i / i_р = 19,36/4 = 4,84.

Так как у нас имеются две открытые передачи: цепная и клиноременная, то

u_цп = u_рп = = 2,2.

Определяем крутящие моменты и угловые скорости на валах.

Крутящий момент Т₄ на выходном валу привода задается в исходных данных или определяется через мощность Р₄ на этом валу:

Т₄ = Р₄ / ω₄ ,

где ω₄ – угловая скорость этого же вала (задается непосредственно или определяется через частоту вращения n₄).

ω₄ = π· n₄/30 = 3,14·50/30 ≈ 5,23 с^-1.

Т₄ = Р₄ / ω₄ = 5/5,23 ≈ 0,956 кН·м ≈ 956 Н·м.

Момент на тихоходном валу редуктора (колесе).

Т₃ = Т₄ / ( i_цп· η_цп) = 956/(2,2·0,97) ≈ 448 Н·м.

Момент на быстроходном валу редуктора (шестерне).

Т₂ = Т₃ / (u· η_р· η_п²) = 448/(4,0·0,98·0,99²) ≈ 116,6 Н·м,

Момент на электродвигателе.

Т₁ = Т_дв = Т₂ / ( i_рп· η_рп) = 116,6/(2,2·0,96) ≈ 55,2 Н·м.

или Т₁ = Т₄/i· η = 956/(19,36·0,894) ≈ 55,2 Н·м.

Последние два выражения также подтверждают правильность проведенных расчетов.

Угловую скорость на тихоходном валу определим по следующей зависимости:

ω₃ = ω₄· u _цп = 5,23·2,2 = 11,5 с^-1

Угловую скорость на быстроходном валу определяется:

ω₂ = ω₃· u = 11,5·4 = 46 с^-1.

12
• 3
• 4
• 5
• 6
• 7
• Далее ⇒