Выбор электродвигателя
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к курсовому и дипломному проектированию Для студентов всех специальностей Выбор электродвигателя и Кинематический расчет привода
Утверждено на заседании кафедры ОКММ Протокол №1 от 3 сентября 2002
Краматорск 2002 УДК 621.81 (07) Методические указания к курсовому и дипломному проектированию для студентов всех специальностей. Выбор электродвигателя и кинематический расчет привода / Сост. С.Г. Карнаух. - Краматорск: ДГМА, 2002. –64 с. Приведена методика кинематического расчета привода и выбора электродвигателя к нему. Содержатся справочные данные по асинхронным короткозамкнутым электродвигателям серии 4А, необходимые данные для кинематического расчета и выбора салазок для электродвигателей.
Составитель: С.Г.Карнаух, доц
ВВЕДЕНИЕ
В настоящих методических указаниях приведены основные сведения, необходимые для обоснованного выбора электродвигателя серии 4А при заданной кинематической схеме привода и нагрузке на выходном валу привода. Приведена методика кинематического расчета привода, включающего открытые передачи гибкой связью (ременные и цепные) и закрытые зубчатые н червячные передачи (редукторы и коробки скоростей). Справочный материал позволяет осуществлять выбор электродвигателя и салазок для его крепления, а также выполнять практические расчеты. Пример расчета иллюстрирует правильность использования предложенной методики.
Общие сведения
Для приведения в движение исполнительных механизмов большинства машин используются проводы, состоящие из двигателей, систем механических передач и муфт, соединяющих отдельные валы. Таким образом, под приводом следует понимать устройство для приведения в действие рабочего органа машины. Наибольшее распространение, благодаря простоте конструкции, достаточной надежности, относительной дешевизне и высокому КПД, получили механические приводы. Приводы большей части машин допускают использование стандартных двигателей, муфт и механических передач. Механические приводы общего назначения классифицируют по числу и типу двигателя, а также по типу использующихся передач. По числу двигателей приводы делятся на групповые, oдно- и многодвигателевые. Групповой привод служит для приведения в движение нескольких отдельных рабочих органов машины. Привод этого типа используется в некоторых металлообрабатывающих станках, в различных строительных и погрузочно-разгрузочных машинах Групповой привод имеет большие габаритные размеры, сложную конструкцию и низкий КПД. Однодвигателевый привод распространен наиболее широко, особенно в машинах с одним рабочим органом, приводимым в движение от одного двигателя (в большинстве случаев электродвигателя). Многодвигателевый привод используется в сложных машинах, имеющих несколько рабочих органов или один рабочий орган, потребляющий большое количество энергии (например, конвейер большой длины). Такие приводы используются в подъемно-транспортных машинах, сложных металлообрабатывающих станках и т.п. По типу двигателей различаются приводы: с электродвигателями, с двигателями внутреннего сгорания, с паровыми и газовыми двигателями, гидро- и пневмодвигателями. В состав механических приводов могут входить такие типы передач: зубчатые (цилиндрические и конические), червячные, передачи с промежуточной гибкой связью (ременные цепные), передачи винт-гайка. Передачи в приводе могут быть как однотипными, так и комбинированными.
2 Сравнительная оценка механических передач приводов машин
Одной из важнейших инженерных задач при проектировании машин является выбор привода. В некоторых приводах можно вообще обойтись без механических передач (вал электродвигателя напрямую посредством муфты соединяется с валом исполнительного механизма). В других приводах используется две механических передачи и более одного или разных типов. Кинематическим параметром, который определяет потребность использования механических передач в приводе, является ею передаточное число. Общее передаточное число привода определяется отношением частоты (угловой скорости вала двигателя к частоте (угловой скорости) приводного вала исполнительного механизма или рабочего органа машины:
Поскольку частота вращения вала большинства электродвигателей высокая и постоянная или изменяется в незначительных пределах, а частота вращения приводного вала исполнительного механизма обычно достаточно низкая, то передаточное число привода . Если , а изменение направления вращения приводного вала исполнительного механизма можно осуществить за счет реверса двигателя, то приводной вал рабочего органа можно соединять с валом электродвигателя непосредственно с помощью муфты. Во всех остальных случаях составной частью привода являются механические передачи. Возможность использования в приводе машины той или иной механический передачи определяется рядом факторов: особенностями отдельных передач, общим передаточным числом привода, передаваемой мощностью и частотой вращения валов, расстоянием между валами и их взаимным расположением, наличием .необходимых условий технического обслуживания, ресурсом привода и др. Для возможности общей ориентации при проектировании приводов в табл. 1 приведены основные сравнительные характеристики основных типов механических передач, которые чаще всего используются в серийных приводах энергетических, технологических и транспортных машин. Показатели относительных габаритных размеров, массы и стоимости передач приведены в сравнении с зубчатой цилиндрической передачей. Наиболее рациональным является использование механических передач в виде отдельных механизмов - зубчатых и червячных редукторов, коробок скоростей, вариаторов. Редукторы обладают высокой нагрузочной способностью, малыми габаритными размерами, могут обеспечивать достаточно высокие передаточные числа, просты в эксплуатации. Коробки скоростей применяются в случае необходимости ступенчатого регулирования частоты вращения приводного вала исполнительного механизма или изменения направления его вращения при постоянном направлении вращения вала электродвигателя. Вариаторы обеспечивают возможность плавного бесступенчатого регулирования передаточного числа привода и его реверса. Они позволяют выбирать наиболее выгодные режимы работы машины. Однако вариаторы имеют сложную конструкцию и низкую нагрузочную способность.
Таблица 1 - Сравнительные характеристики основных типов механических передач
Использование в приводах отдельных открытых передач (цепных, ременных) чаще обусловлено компоновкой машины, а также некоторыми их особенностями и преимуществами в сравнении с другие передачами.
3 Общая характеристика двигателеЙ
Для приводов могут использоваться двигатели следующих типов: электродвигатели, двигатели внутреннее о сгорания, гидро- и пневмодвигатели. Тип двигателя выбирается с учетом следующих факторов: назначение машины, для которой проектируется привод, наличие того или иного источника энергии; потребляемая мощность; ограничения по массе, габаритам и условиям работы; режим работы привода и соответствие его механических характеристик условиям работы. Использование в приводах отдельных открытых передач (цепных, ременных) чаще обусловлено компоновкой машины, а также некоторыми их особенностями и преимуществами в сравнении с другие передачами. Гидро- и пневмодвигатели используются преимущественно в многодвигателевых приводах машин. Энергоносителем таких двигателей служит сжатая жидкость или воздух. Для использования гидро- и пневмодвигателей в приводах отдельных агрегатов машины необходимо иметь соответствующие централизованные системы подачи энергоносителя. Двигатели внутреннего сгорания наибольшее применение находят в транспорте и приводах энергетических машин - электрогенераторов и компрессоров. Они незаменимы для приводов машин, работающих в отдаленных районах, где отсутствуют линии электропередач. Главный недостаток двигателей внутреннего сгорания – загрязнение окружающей среды продуктами отработанных выхлопных газов Электродвигатели наиболее широко используются в приводах энергетических, технологических и транспортных машин. Они стандартизованы и выпускаются промышленностью разных типоразмеров в диапазоне мощностей- от 10 Вт до 400 кВт и более. Электродвигатели могут применяться в различных климатических условиях, на открытом воздухе, в запыленных помещениях, во влажных и химически активных средах. Электродвигатели делятся на двигатели постоянного и переменного тока. Двигатели постоянного тока обеспечивают плавное регулирование скоростей и широких пределах, имеют соответствующие механические характеристики, дают возможность добиться достаточной точности движения. Эти двигатели используются в приводах электрических транспортных средств, некоторых подъемных кранов и технологических машин. Двигатели переменного тока бывают однофазные асинхронные (имеют небольшую мощность и используются преимущественно в приводах бытовых машин и устройств), трехфазные синхронные (их частота вращения не зависит от нагрузки, применяют в приводах большой мощности) и трехфазные асинхронные. Последние имеют наибольшее распространение в разных отраслях хозяйства. Их преимущества по сравнению с другими типами двигателей: простота конструкции, меньшая стоимость, более высокая эксплуатационная надежность. К основным типам современных электродвигателей относятся трехфазные асинхронные электродвигатели серий 4A, 4АС, 4АР, МTKF, MTF, МТН. Трехфазные асинхронные двигатели единой серии 4А с короткозамкнутым ротором выпускаются мощностью 0,06…400 кВт и частой вращения ротора 50…355 мм. Такие двигатели используются в приводах машин, к которым не предъявляются особые требования в отношении пусковых характеристик. У асинхронных двигателей различают: - синхронную частоту вращения ротора (при отсутствие нагрузки) и - фактическую частоту вращения ротора (или номинальную). Синхронная частота вращения, т.е. частота вращения магнитного поля, зависит от частоты тока и числа пар полюсов : . Синхронная угловая скорость . У нагруженного двигателя частота вращения ротора всегда меньше синхронной: , где s - скольжение: . При , при . Трехфазные асинхронные электродвигатели изготовляют с числом пар полюсов p от 1 до 6. При частоте тока синхронная частота вращения зависит от : . Ряд синхронных частот вращения: 3000;1500;1000;750;600;500 мин-1. Тихоходные электродвигатели имеют значительные габариты и дороже быстроходных. Поэтому применять электродвигатели с частотой вращения 750 мин-1 и менее следует только в технически обоснованных случаях. Технические данные электродвигателей серии 4А указаны в ГОСТ 19523-81; их маркировка означат: 4АН - электродвигатели с короткозамкнутым ротором, защищенные от попадания частиц и капель, имеющие предохранение от прикосновения к вращающимся частям, находящимся под током; 4А - электродвигатели с короткозамкнутым ротором, закрытые, обдуваемые (табл. 2); их применяют для привода машин, к которым не предъявляются особые требования. Электродвигатели 4АР с повышенным пусковым моментом по ГОСТ 20818-75 применяют для привода машин, имеющих значительную пусковую нагрузку (например, в приводах конвейеров, глиномялок, компрессоров, плунжерных насосов и других машин с повышенным трением или значительными инерционными нагрузками). Расшифровка полного обозначения типоразмеров двигателей серии 4А приведена в табл. 2. В табл. 3, 4 и 5 даны основные размеры и масса электродвигателей (рис. 1).
Таблица 2 — Двигатели трехфазные асинхронные короткозамкнутые серии 4А, закрытые, обдуваемые, с высотой оси вращения 50…250 мм (по ГОСТ 19523-81)
Продолжение таблицы 2
Продолжение таблицы 2
Продолжение таблицы 2
Примечания: 1 Первые два знака 4А в обозначении означают номер серии и асинхронный тип двигателя. Последние два знака УЗ означают, что двигатели предназначены для районов с умеренным климатом и работы в закрытых помещениях с естественной вентиляцией (3-я категория размещения). 2 Буква А после первых двух знаков означает, что станина и щиты из алюминия; отсутствие буквы – станина и щиты чугунные или стальные. Далее располагается двух- или трехзначное число, обозначающее высоту вращения в миллиметрах. После высоты оси вращения идут буквы L,M и S, характеризующие установочные размеры по длине станины, или буквы А и В, определяющие длину сердечника статора. Цифры 2,4,6,8 означают число полюсов.
Выбор электродвигателя
При выборе электродвигателя кроме синхронной частоты вращения и потребной мощности необходимо определиться с его исполнением, выбор которого зависит от типа и конструкции редуктора или коробки скоростей и условий компоновки привода. Исходными данными на этом этапе проектирования привода служат принципиальная схема привода (с указанием типов всех передач, входящих в его состав); вращающий момент на выходном валу редуктора (коробки скоростей) ; частота вращения выходного вала ; синхронная частота электродвигателя . Расчет потребной мощности привода выполняется по заданной нагрузке на выходном валу и частоте вращения выходного вала с учетом потерь мощности в приводе от вала электродвигателя до выходного вала редуктора: , (1) где - общий КПД привода, учитывающий потери мощности на отдельных звеньях кинематической цепи привода, , (2) где – КПД звеньев кинематической цепи привода, ориентировочные значения которых приведены в табл.6. Таблица 6 – Коэффициенты полезного действия различных механических передач
При определении числа заходов червяка можно пользоваться данными табл. 7. Таблица 7 - Зависимость передаточного числа червячной передачи от числа заходов червяка z1
Для проектного расчета КПД червячной передачи можно принять приближенно [4] . По результатам расчетов потребной мощности и синхронией частоте из табл. 2 подбирается электродвигатель со стандартной ближайшей мощностью. Перегрузка асинхронных двигателей допускается до 8%. При невыполнении этого условия следует брать двигатель большей ближайшей мощности. Для выбранного электродвигателя необходимо выписать из табл. 2, 3 следующие основные характеристики, которые представлены в табл. 8. Таблица 8 – Параметры электродвигателя
Расчет потребной мощности электродвигателя в приводах с коробками скоростей производится по той же схеме. При этом необходимо учитывать, что максимальному значению момента на выходном валу соответствует минимальные значение частоты вращения.
5 Кинематический расчет привода
Исходными данными при выполнении кинематического расчета кроме заданной кинематической схемы привода являются синхронная частота вращения вала электродвигателя и частота вращения выходного вала редуктора или коробки скоростей. Кинетический расчет привода состоит из следующих основных частей: определения общего передаточного числа; разбивка общего передаточного числа по ступеням; определение кинетической погрешности. 5.1 Определения общего передаточного числа
Общее передаточное число определяется как отношение частоты вращения вала электродвигателя к частоте вращения вала редуктора (коробки скоростей): . (3) 5.2 Разбивка общего передаточного числа по ступеням Разбивка общего передаточного числа привода по ступеням при наличии ременной передачи между электродвигателем, и редуктором (коробкой скоростей) заключается в назначении передаточных чисел ременной передачи и каждой ступени редуктора (коробки скоростей). Если же вращающий момент от вала электродвигателя передается посредством соединительной муфты, то выполняется разбивка общего передаточного числа по ступеням закрытой передачи. В каждом из перечисленных случаев общее передаточное число определяется соответствующей зависимостью: (4) (5) где – передаточное число ременной передачи; – передаточные числа соответствующих ступеней закрытой передачи ( – передаточное число быстроходной ступени - , – в двухступенчатых передачах передаточное число тихоходной ступени, в трехступенчатых передачах передаточное число промежуточной ступени - , – в трехступенчатых передачах передаточное число тихоходной ступени - ). Передаточное число ременной передачи следует назначить из стандартного ряда передаточных чисел (табл. 9), ограничиваясь значениями от 1 до 2 с целью уменьшения габаритов привода. Номинальное значение передаточного числа редуктора (коробки скоростей) определяется по формуле: . (6) Таблица 9 – Стандартные значения передаточных чисел (из ГОСТ 2185-76 и ГОСТ 12289-76)
После назначения стандартного значения передаточного числа ременной передачи уточняется частота вращения входного вала редуктора: . (7) В приводах без ременной передачи на входе в редуктор частота вращения входного (быстроходного) вала закрытой передачи равна частоте вращения вала электродвигателя: . (8) В этом случае номинальное значение передаточного числа редуктора совпадает с общим передаточным числом привода, рассчитанным по формуле (3): . (9) Передаточные числа зубчатых одноступенчатых передач приведены в табл. 9. Передаточные числа червячных передач также выбираются из стандартного ряда, значения которого приведены в табл. 10. Таблица 10 – Номинальные передаточные числа червячных передач по ГОСТ 2144-76
От разбивки общего передаточного числа в двух- и трехступенчатых редукторах (а также в коробках передач) в значительной степени зависят удобство смазывания колес и компоновки деталей, а также конструкция корпуса и его габариты. Универсальной рекомендацией по разбивке общего передаточного числа по ступеням, удовлетворяющих всем указанным условиям, не существует. Выбор способа разбивки зависит от конкретных требований, которым должна отвечать конструкция: обеспечения минимальных габаритов редуктора, минимальной массы зубчатых колес, получения одинакового погружения зубчатых колес всех ступеней в масляную ванну, создание устойчивой наименьшей площади корпуса редуктора и другое. Стандартные значения передаточных чисел для одно-, двух- и трехступенчатых редукторов и их разбивка по ступеням приведены в табл. 11. Таблица 11 – Рекомендуемые передаточные чисел цилиндрических зубчатых редукторов и их разбивка по ступеням
Примечание: 1 Фактическое общее передаточное число редуктора может иметь отклонение от номинального не более 4%. 2 uб ,uт , uп – передаточное число соответственно быстроходной, тихоходной и промежуточной ступеней. 3 Приведенные под звездочкой (*) данные можно пользоваться для конических и цилиндрических редукторов, назначая для быстроходной конической ступени число не более 4 (в крайнем случае до 6,3). При разбивке общего передаточного числа в двухступенчатых редукторах можно пользоваться рекомендациями, приведенными в табл. 12. Рассчитанные по предложенным зависимостям передаточные числа ступеней округляют до стандартного ближайшего значения (см. табл. 10), после чего по формулам (4), (5) определяется фактическое значение общего передаточного числа привода. Для двух- и трехступенчатых редукторов фактические общие передаточные числа соответственно равны: , (10) . (11) Поскольку частоты вращения выходных валов коробок представляют геометрическую прогрессию со знаменателем , то по заданной минимальной частоте соответствующей максимальному моменту , рассчитываются остальные частоты: , и так далее. Наиболее употребительные значения Разбивка по ступеням выполняется для всех возможных скоростей вращения выходного вала. Обычно расстояние между опорами в коробках скоростей больше, чем в редукторах. Поэтому для них рекомендуется в начале кинематической цепи принимать меньшие передаточные числа, а в конце – больше. Это положение обеспечивает не резкое, а постепенное увеличение габаритов передач, валов, опор. Для блочных пар рекомендуется принимать .
5.3 Расчет кинематической погрешности
Оценка погрешности кинематического расчета редуктора заключается в расчете ошибки фактического передаточного числа (10), (11) относительно номинального (6) . (12) Кинематический расчет читается выполненным удовлетворительно, если выполняется неравенство , (13) где [Du] – допускаемое значение относительной погрешности. Для одноступенчатых редукторов [Du]=2,5%, для двухступенчатых ред
Популярное: Почему стероиды повышают давление?: Основных причин три... Как распознать напряжение: Говоря о мышечном напряжении, мы в первую очередь имеем в виду мускулы, прикрепленные к костям ... Почему люди поддаются рекламе?: Только не надо искать ответы в качестве или количестве рекламы... Организация как механизм и форма жизни коллектива: Организация не сможет достичь поставленных целей без соответствующей внутренней... ©2015-2024 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (924)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |