Карнаух С.Г. Выбор электродвигателя и кинематический расчет привода

Подождите немного. Документ загружается.

Министерство образования и науки Украины

Донбасская государственная машиностроительная академия

Кафедра «Основы конструирования механизмов и машин»

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 электродвигате-

лям серии 4А, необходимые данные для кинематического

расчета и выбора салазок для электродвигателей.

Составитель: С.Г.Карнаух, доц

ВВЕДЕНИЕ

В настоящих методических указаниях приведены ос-

новные сведения, необходимые для обоснованного выбора

электродвигателя серии 4А при заданной кинематической

схеме привода и нагрузке на выходном валу привода.

Приведена методика кинематического расчета приво-

да, включающего открытые передачи гибкой связью (ремен-

ные 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 вы-

полнять практические расчеты.

Пример расчета иллюстрирует правильность исполь-

зования предложенной методики.

1 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Для приведения в движение исполнительных меха-

низмов большинства машин используются проводы, состоя-

щие из двигателей, систем механических передач и муфт, со-

единяющих отдельные валы. Таким образом, под приводом

следует понимать устройство для приведения в действие ра-

бочего органа машины. Наибольшее распространение, благо-

даря простоте конструкции, достаточной надежности, отно-

сительной дешевизне и высокому КПД, получили механиче-

ские приводы.

Приводы большей части машин допускают использо-

вание стандартных двигателей, муфт и механических пере-

дач. Механические приводы общего назначения классифици-

руют по числу и типу двигателя, а также по типу использую-

щихся передач.

По числу двигателей приводы делятся на групповые,

oдно- и многодвигателевые.

Групповой привод служит для приведения в движение

нескольких отдельных рабочих органов машины. Привод это-

го типа используется в некоторых металлообрабатывающих

станках, в различных строительных и погрузочно-

разгрузочных машинах Групповой привод имеет большие га-

баритные размеры, сложную конструкцию и низкий КПД.

Однодвигателевый привод распространен наиболее

широко, особенно в машинах с одним рабочим органом, при-

водимым в движение от одного двигателя (в большинстве

случаев электродвигателя).

Многодвигателевый привод используется в сложных

машинах, имеющих несколько рабочих органов или один ра-

бочий орган, потребляющий большое количество энергии

(например, конвейер большой длины). Такие приводы ис-

пользуются в подъемно-транспортных машинах, сложных

металлообрабатывающих станках и т.п.

По типу двигателей различаются приводы: с электро-

двигателями, с двигателями внутреннего сгорания, с паровы-

ми и газовыми двигателями, гидро- и пневмодвигателями.

В состав механических приводов могут входить такие

типы передач: зубчатые (цилиндрические и конические), чер-

вячные, 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 проекти-

ровании машин является выбор привода. В некоторых приво-

дах можно вообще обойтись без механических передач (вал

электродвигателя напрямую посредством муфты соединяется

с валом исполнительного механизма). В других приводах ис-

пользуется две механических передачи и более одного или

разных типов. Кинематическим параметром, который опреде-

ляет потребность использования механических передач в

приводе, является ею передаточное число. Общее передаточ-

ное число привода определяется отношением частоты (угло-

вой скорости вала двигателя к частоте (угловой скорости)

приводного вала исполнительного механизма или рабочего

органа машины:

nnu /= )/(u

ωω

Поскольку частота вращения вала большинства элек-

тродвигателей высокая и постоянная или изменяется в незна-

чительных пределах, а частота вращения приводного вала ис-

полнительного механизма обычно достаточно низкая, то пе-

редаточное число привода 1>u . Если 1=u , а изменение

направления вращения приводного вала исполнительного ме-

ханизма 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 факто-

ров: особенностями отдельных передач, общим передаточ-

ным числом привода, передаваемой мощностью и частотой

вращения валов, расстоянием между валами и их взаимным

расположением, наличием .необходимых условий техниче-

ского обслуживания, ресурсом привода и др. Для возможно-

сти общей ориентации при проектировании приводов в табл.

1 приведены основные сравнительные характеристики основ-

ных типов механических передач, которые чаще всего ис-

пользуются 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 ме-

ханических передач в виде отдельных механизмов - зубчатых

и червячных редукторов, коробок скоростей, вариаторов. Ре-

дукторы обладают высокой нагрузочной способностью, ма-

лыми габаритными размерами, могут обеспечивать достаточ-

но высокие передаточные числа, просты в эксплуатации. Ко-

робки скоростей применяются в случае необходимости сту-

пенчатого регулирования частоты вращения приводного вала

исполнительного механизма или изменения направления его

вращения при постоянном направлении вращения вала элек-

тродвигателя. Вариаторы обеспечивают возможность плавно-

го бесступенчатого регулирования передаточного числа при-

вода и его реверса. Они позволяют выбирать наиболее выгод-

ные режимы работы машины. Однако вариаторы имеют

сложную конструкцию и низкую нагрузочную способность.

Таблица 1-Сравнительные характеристики

основных типов механических передач

3000 50 0,98 8 1 1 1

500 30 0,97 5 1,8 1,2 2

100 25 0,6…0,8 80 1,5 1,1 1,6

150 10 0,96 6 1,6 0,8 0,4

100 25 0,93 7 5 0,5 0,3

100 25 0,95 5 10 0,4 0,2

20 25 0,94 6 3 1,5 0,8

Использование в приводах отдельных открытых пере-

дач (цепных, ременных) чаще обусловлено компоновкой ма-

шины, а также некоторыми их особенностями и преимущест-

вами в сравнении с другие передачами.

3 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДВИГАТЕЛЕЙ

Для приводов могут использоваться двигатели сле-

дующих типов: электродвигатели, двигатели внутреннее о

сгорания, гидро- и пневмодвигатели. Тип двигателя выбира-

ется с учетом следующих факторов: назначение машины, для

которой проектируется привод, наличие того или иного ис-

точника энергии; потребляемая мощность; ограничения по

массе, габаритам и условиям работы; режим работы привода

и соответствие его механических характеристик условиям ра-

боты. Использование в приводах отдельных открытых пере-

дач (цепных, ременных) чаще обусловлено компоновкой ма-

шины, а также некоторыми их особенностями и преимущест-

вами в сравнении с другие передачами.

Гидро- и пневмодвигатели используются преимущест-

венно в многодвигателевых приводах машин. Энергоносите-

лем таких двигателей служит сжатая жидкость или воздух.

Для использования гидро- и пневмодвигателей в приводах

отдельных агрегатов машины необходимо иметь соответст-

вующие централизованные системы подачи энергоносителя.

Двигатели внутреннего сгорания наибольшее приме-

нение находят в транспорте и приводах энергетических ма-

шин - электрогенераторов и компрессоров. Они незаменимы

для приводов машин, работающих в отдаленных районах, где

отсутствуют линии электропередач. Главный недостаток дви-

гателей внутреннего сгорания – загрязнение окружающей

среды продуктами отработанных выхлопных газов

Электродвигатели наиболее широко используются в

приводах энергетических, технологических и транспортных

машин. Они стандартизованы и выпускаются промышленно-

стью разных типоразмеров в диапазоне мощностей- от 10 Вт

до 400 кВт иболее. 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 обеспечи-

вают плавное регулирование скоростей и широких пределах,

имеют соответствующие механические характеристики, дают

возможность добиться достаточной точности движения. Эти

двигатели используются в приводах электрических транс-

портных средств, некоторых подъемных кранов и технологи-

ческих машин. Двигатели переменного тока бывают одно-

фазные асинхронные (имеют небольшую мощность и исполь-

зуются преимущественно в приводах бытовых машин и уст-

ройств), трехфазные синхронные (их частота вращения не за-

висит от нагрузки, применяют в приводах большой мощно-

сти) и трехфазные асинхронные. Последние имеют наиболь-

шее распространение в разных отраслях хозяйства. Их пре-

имущества по сравнению с другими типами двигателей: про-

стота конструкции, меньшая стоимость, более высокая экс-

плуатационная надежность. К основным типам современных

электродвигателей относятся трехфазные асинхронные элек-

тродвигатели серий 4A, 4АС,4АР, МTKF, MTF, МТН. Трех-

фазные асинхронные двигатели единой серии 4А с коротко-

замкнутым ротором выпускаются мощностью 0,06…400 кВт

и частой вращения ротора 50…355 мм. Такие двигатели ис-

пользуются 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

n - фактиче-

скую частоту вращения ротора (или номинальную). Синхрон-

ная частота вращения, т.е. частота вращения магнитного по-

ля, зависит от частоты тока

f и числа пар полюсов p :

pfn

/60= .

Синхронная угловая скорость

p/f2

πω

= .

У нагруженного двигателя частота вращения ротора

всегда меньше синхронной:

)1(

snnn

−== ,

где

s-скольжение:

nnns /)( −= .

При 10 ==

sn , при 0== snn

Трехфазные асинхронные электродвигатели изготов-

ляют с числом пар полюсов p от 1 до 6. При частоте тока

Гцf 50= синхронная частота вращения зависит от p :