3229
.pdfГлава 2. КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА
§ 2.1. Определение мощности электродвигателя
Выполнение проекта следует начинать с выбора электродвигателя по каталогу, для чего нужно определить требуемую для привода мощность. В общем случае двигатель проверяют на нагрев, как это изложено в курсе электропривода. Однако необходимость такой проверки отпадает, если привод предназначен для машин, эксплуатируемых при постоянной (или мало отличающейся от постоянной) нагрузке. Именно такие условия и предполагаются в типовых заданиях на курсовое проектирование.
Требуемую мощность электродвигателя определяют на основании исходных данных для проектирования. Если указана мощность NР (кВт), передаваемая выходным валом редуктора, то потребная мощность электродвигателя
p / |
(2.1) |
где - коэффициент полезного действия (КПД) привода, рав-
ный произведению КПД механизмов и кинематических пар, входящих в привод:
1 2 3 ... k |
(2.2) |
Значения КПД различных передач и подшипников приведены в табл. 2.1.
Если указаны вращающий момент Мр (Н*м) на ведомом
валу и его угловая скорость |
p (рад/с), то потребная мощ- |
|
ность электродвигателя (кВт) |
|
|
10 3 |
p p / . |
(2.3) |
В заданиях на проектирование приводов к конвейерам и транспортерам указывают обычно тяговое усилие Pv (Н) и
скорость v (м/с) конвейерной ленты. Тогда потребная мощность электродвигателя (Вт)
129
v / . |
(2.4) |
По найденному значению мощности N выбирают, как правило, асинхронный электродвигатель трехфазного тока.
Таблица 2.1. Средние значения коэффициентов полезного действия элементов механических передач
Элемент передачи |
КПД |
|
Закрытая зубчатая кинематическая пара с |
|
|
цилиндрическими прямозубыми, косозу- |
|
|
быми и шевронными колесами |
0,97 |
– 0,98 |
с коническими колесами |
0,96 |
– 0,97 |
Открытая зубчатая кинематическая пара |
0,95 |
– 0,96 |
Закрытая червячная кинематическая пара |
|
|
при числе заходов червяка |
|
|
z1= 1 |
0,70 |
– 0,75 |
z1= 2 |
0,80 |
– 0,85 |
z1= 4 |
0,80 |
– 0,95 |
Цепная передача (без учета опор): |
|
|
закрытая |
0,96 |
– 0,97 |
открытая |
0,90 |
– 0,95 |
Ременная передача (без учета опор): |
|
|
с плоским ремнем |
0,96 |
– 0,98 |
с клиновым и поликлиновым ремнем |
0,95 |
– 0,97 |
Подшипники качения (на одну пару) |
0,99 |
– 0.995 |
Муфты компенсирующие |
0,98 |
– 0,99 |
§ 2.2. Асинхронные электродвигатели трехфазного тока
На рис. 2.1 представлена механическая характеристика асинхронного двигателя, выражающая зависимость частоты вращения вала двигателя от величины вращающего момента, приложенного к этому валу. Здесь Мном- номинальный вращающий момент; Мнач (или Мпуск) - момент, развиваемый при пуске двигателя; Ммах - максимальный кратковременный мо-
130
мент; nном – номинальная частота вращения, об/мин; nкр- критическая частота вращения; nс - синхронная частота вращения, т. е. частота вращения магнитного поля, зависящая от частоты тока f и числа пар полюсов р:
nc 60 f / p .
При отсутствии нагрузки на двигатель вал двигателя вращается с час-
Рис. 2.1. Характеристика |
тотой, близкой с синхронной частоте. |
|
Синхронная угловая скорость в рад/с |
||
асинхронного двигателя |
||
|
||
трехфазного тока |
c 2 f / p . |
При стандартной частоте f= 50 с-1 и числе пар полюсов от 1 до 6 (т. е. при числе полюсов 2р = 2 ... 12) синхронная частота вращения nс соответственно равна 3000, 1500, 1000, 750, 600, 500 об/мин. Применение тихоходных электродвигателей, имеющих nс< 750 об/мин (что соответствует 2 p 8 ), разреша-
ется только при существенной необходимости и достаточном обосновании.
Для приводов, разрабатываемых в курсовых проектах, рекомендуется выбирать электродвигатели, имеющие не более 4 пар полюсов, т. е. с nс 750 об/мин.
Под действием нагрузки частота вращения ротора n уменьшается в сравнении с nс, и возникает скольжение s, определяемое по формуле
s |
( nc |
n ) / nc . |
|
Следовательно, |
|
|
|
n |
nc |
1 s . |
(2.5) |
Частота вращения, указываемая в каталогах электродвигателей и в таблицах, приведена для номинального режима, ее и используют при определении общего передаточного отношения привода.
В некоторых каталогах двигателей приводится синхронная частота вращения ротора и скольжение s в процентах. В таких
131
Рис. 2.3. Асинхронный двигателя трехфазного тока.
Исполн ние М200. |
|
Рис. 2.2. Асинхронный двигателя трехфазного тока. |
|
случаях для определения n |
используют формулу (2.5). |
n
х-
-
-
вейеры, Ристранс. 2.портеры4. Асинхронныйт. д.);двигателя трехфазного тока. АОС2 - то же, с повышеннымИсполн ние скольжениемМ300. , для приводов
машин с ударными нагрузками, с частыми пусками и переключениями (прессы, молоты и пр.).
В типоразмере двигателя цифра 4 означает порядковый номер серии, А- род двигателяасинхронный. Буква А на третьем месте означает, что корпус и щиты двигателя алюминиевые. Если эта буква отсутствует, то корпус и щиты двигателя изготовлены из чугуна. Цифры и буквы, идущие далее,
132
означают габариты статора, сердечника. Число полюсов указывается цифрами 2, 4, 6, 8 перед буквами УЗ, обозначающими и особенности исполнения двигателя, рассчитанные на различные климатические условия эксплуатации двигателя. Например, 4АА250М2УЗ означает: электродвигатель асинхронный закрытый обдуваемый с высотой расположения оси ротора 250 мм, число полюсов 6, двигатель предназначен для работы в зонах с умеренным климатом. Следовательно, синхронная частота вращения ротора этого электродвигателя пс = 3000 об/мин.
Форма исполнения электродвигателей:
M100 - электродвигатели горизонтальные, станина на ла-
пах (рис. 2.2);
М200 - то же и дополнительно с фланцем на щите (рис.
2.3);
М300 - горизонтальные, с фланцем на щите, без лап (рис.
2.4);
М302 - вертикальные, с фланцем на щите, без лап. Технические данные электродвигателей содержатся в таб-
лицах 2.2 и 2.3.
Обозначения:
nном - номинальная частота вращения вала двигателя в об/мин;
K max M max / M ном - коэффициент максимальной перегрузки;
M max - максимальный (опрокидывающий) вращающий момент на валу двигателя;
M ном - номинальный вращающий момент на валу двигателя.
Таблица 2.2. Двигатели асинхронные короткозамкнутые трехфазные серии 4А общепромышленного применения; закрытые, обдуваемые.
Технические данные.
133
N ном , |
Синхронная частота вращения, об/мин |
|
|||||
кВт |
3000 |
|
1500 |
|
|||
|
Тип двигателя |
nном |
K max |
Тип двигателя |
|
nном |
K max |
0,25 |
4ААМ56В2 |
2760 |
- |
4ААМ63А4 |
|
1370 |
- |
|
|
|
|
Продолжение таблицы 2.2 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
0,37 |
4ААМ63А2 |
2740 |
- |
4ААМ63В4 |
|
1365 |
- |
0,55 |
4ААМ63В2 |
2710 |
- |
4АМ471А4 |
|
1390 |
2,2 |
0,75 |
4АМ71А2 |
2840 |
2,2 |
4АМ71В4 |
|
1390 |
2,2 |
1,1 |
4АМ71В2 |
2810 |
2,2 |
4АМ80А4 |
|
1420 |
2,2 |
1,5 |
4АМ80А2 |
2850 |
2,6 |
4АМ80В4 |
1415 |
2,2 |
|
2,2 |
4АМ80В2 |
2850 |
2,6 |
4AM90L4 |
|
1425 |
2,4 |
3,0 |
4AM90L2 |
2840 |
2,5 |
4АМ10084 |
|
1435 |
2,4 |
4,0 |
4АМ10052 |
2880 |
2,5 |
4АМ100Ь4 |
|
1430 |
2,4 |
5,5 |
4AM100L2 |
2880 |
2,5 |
4АМ112М4 |
|
1445 |
2,2 |
7,5 |
4АМ112М2 |
2900 |
2,8 |
4AM132S4 |
|
1455 |
3,0 |
11 |
4АМ132М2 |
2900 |
2,8 |
4AM132М4 |
|
1460 |
3,0 |
15 |
4АМ160S2 |
2940 |
2,2 |
4AM160S4 |
|
1465 |
2,3 |
|
|
|
|
Окончание таблицы 2.2 |
|||
|
|
|
|||||
N ном , |
Синхронная частота вращения, об/мин |
|
|||||
кВт |
1000 |
|
750 |
|
|
||
|
Тип двигателя |
nном |
K max |
Тип двигателя |
|
nном |
K max |
0,25 |
4ААМ63В6 |
890 |
- |
4АМ71В8 |
|
680 |
1,7 |
0,37 |
4АМ71А6 |
910 |
2,2 |
4АМ80А8 |
|
675 |
1,7 |
0,55 |
4АМ71В6 |
900 |
2,2 |
4АМ80В8 |
|
700 |
1,7 |
0,75 |
4АМ80А6 |
915 |
2,2 |
4AM90LA8 |
|
700 |
1,9 |
1,1 |
4АМ80В6 |
920 |
2,2 |
4AM90LB8 |
|
700 |
1,9 |
1,5 |
4AM90L6 |
935 |
2,2 |
4АМ100Ь8 |
|
700 |
1,9 |
2,2 |
4АМ100Ь6 |
950 |
2,2 |
4АМ112МА8 |
|
700 |
2,2 |
3,0 |
4АМ112МА6 |
955 |
2,5 |
4АМ112МВ8 |
|
700 |
2,2 |
|
|
|
134 |
|
|
|
|
4,0 |
4АМ112МВ6 |
950 |
2,5 |
4AM132S8 |
720 |
2,6 |
|
|
|
|
|
|
|
5,5 |
4AM132S6 |
965 |
2,5 |
4АМ132М8 |
720 |
2,6 |
7,5 |
4АМ132М6 |
870 |
2,5 |
4AM160S8 |
730 |
2,2 |
11 |
4АМ160S6 |
975 |
2,0 |
4AM160М8 |
730 |
2,2 |
15 |
4АМ160M6 |
975 |
2,0 |
4AM180M8 |
730 |
2,0 |
Таблица 2.3. Двигатели асинхронные короткозамкнутые трехфазные серии 4А общепромышленного применения; закрытые, обдуваемые. Размеры в мм.
|
Тип |
Число |
|
|
Исполнения двигателей |
|
||||||||||
|
двига- |
полю- |
IM1081 |
|
IM1081, IM2081, IM3081 |
|
||||||||||
|
теля |
сов |
d 30 |
l1 |
|
l30 |
|
d 1 |
|
b1 |
|
|
h1 |
|||
|
71А, В |
2, 4 |
170 |
|
40 |
|
285 |
|
19 |
|
6 |
|
|
6 |
||
|
|
6, 8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
80А |
|
186 |
|
50 |
|
300 |
|
22 |
|
|
|
|
|
|
|
|
80В |
|
|
|
|
|
320 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
90L |
|
208 |
|
|
|
350 |
|
24 |
|
8 |
|
|
7 |
||
|
100S |
|
235 |
|
60 |
|
362 |
|
28 |
|
|
|
|
|
|
|
|
100L |
|
|
|
|
|
392 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
112M |
|
260 |
|
80 |
|
452 |
|
32 |
|
10 |
|
|
8 |
||
|
132S |
|
302 |
|
|
|
480 |
|
38 |
|
|
|
|
|
|
|
|
132M |
|
|
|
|
|
530 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
160S |
2 |
358 |
|
110 |
|
624 |
|
42 |
|
12 |
|
|
9 |
||
|
|
4, 6, 8 |
|
|
|
|
|
|
|
48 |
|
15 |
|
|
9 |
|
|
160М |
2 |
|
|
|
|
667 |
|
42 |
|
|
|
|
|
8 |
|
|
|
4,6,8 |
|
|
|
|
|
|
|
48 |
|
|
|
|
|
9 |
|
|
|
|
|
|
|
Продолжение таблицы 2.3 |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Тип |
Число |
|
|
Исполнения двигателей |
|
||||||||||
|
двига- |
полю- |
|
|
|
IM1081, IM2081 |
|
|
|
|
|
|||||
|
теля |
сов |
l30 |
|
l31 |
|
d10 |
b10 |
h |
|
h10 |
|
h31 |
|||
|
|
|
|
|
|
135 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
71А, В |
|
2, 4 |
|
90 |
45 |
|
7 |
|
112 |
71 |
|
9 |
|
|
201 |
|
||||
|
80А |
|
6, 8 |
|
100 |
50 |
|
10 |
|
125 |
80 |
|
10 |
|
|
218 |
|
|||
|
80В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
90L |
|
|
|
125 |
56 |
|
|
|
|
140 |
90 |
|
11 |
|
|
243 |
|
||
|
100S |
|
|
|
112 |
63 |
|
12 |
|
160 |
100 |
|
12 |
|
|
263 |
|
|||
|
100L |
|
|
|
140 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Продолжение таблицы 2.3 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
112M |
|
|
|
|
70 |
|
|
|
|
190 |
112 |
|
|
|
|
310 |
|
||
|
132S |
|
|
|
|
89 |
|
|
|
|
216 |
132 |
|
13 |
|
|
350 |
|
||
|
132M |
|
|
|
178 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
160S |
|
2 |
|
624 |
108 |
|
15 |
|
254 |
160 |
|
18 |
|
|
430 |
|
|||
|
|
|
4,6,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
160M |
|
2 |
|
667 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4,6,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Окончание таблицы 2.3 |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
Тип |
Число |
|
|
Исполнения двигателей |
|
|
|||||||||||||
|
двига- |
полю- |
|
|
|
|
IM2081, IM3081 |
|
|
|
|
|
||||||||
|
теля |
сов |
l20 |
|
l21 |
|
|
d 20 |
|
d 22 |
|
d 24 |
|
d 25 |
|
|||||
|
71А, В |
2, 4 |
|
3,5 |
|
10 |
|
|
165 |
|
12 |
|
200 |
|
|
130 |
|
|||
|
80А |
6, 8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
80В |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
90L |
|
|
4 |
|
12 |
|
|
215 |
|
15 |
|
250 |
|
|
180 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
100S |
|
|
|
|
14 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
100L |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
112M |
|
|
|
|
16 |
|
|
265 |
|
|
|
300 |
|
|
230 |
|
|||
|
132S |
|
|
5 |
|
18 |
|
|
300 |
|
19 |
|
350 |
|
|
250 |
|
|||
|
132M |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
160S |
2 |
|
5 |
|
15 |
|
|
300 |
|
19 |
|
350 |
|
|
250 |
|
|||
|
|
|
4,6,8 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
160M |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
136 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4,6,8
§ 2.3. Передаточное число привода
Для определения передаточного числа привода надо знать частоту вращения п двигателя в номинальном режиме (см. табл. 2.2) и частоту вращения приводного вала (входного вала привода) np.
Если np не задана непосредственно, то ее определяют по
другим исходным данным, например, если даны скорость v (м/с) ленты транспортера и диаметр барабана D (м), то
np |
60v |
об мин . |
|
D |
|||
|
|
Передаточное число привода
n
i np i1i2 ...ik ,
Таблица 2.4. Рекомендуемые средние значения передаточных чисел передач
Передача |
i |
Зубчатая: |
|
с цилиндрическими колесами |
3 - 6 |
с коническими колесами |
2 - 4 |
Червячная |
8 - 40 |
Цепная |
3 –6 |
Ременная |
2 - 4 |
где il, i2, ..., ik - передаточные числа отдельных передач, входящих в привод (средние значения их указаны в табл. 2.4).
Таблица 2.5. Рекомендуемые передаточные числа для закрытых одноступенчатых цилиндрических и конических редукторов (СТ СЭВ 221-75)
137
1-й ряд |
1,0 |
1,25 |
1,6 |
2,0 |
2,5 |
3,15 |
4,0 |
5,0 |
6,3 |
8,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2-й ряд |
1,12 |
1,4 |
1,8 |
2,24 |
2,8 |
3,55 |
4,5 |
5,6 |
7,1 |
9,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При выборе передаточные отношения отдельных передач следует иметь в виду, что значения их передаточных чисел стандартизованы и входят в стандартные ряды, приведенные в табл. 2.5, 2.6.
При выборе передаточных чисел первый ряд следует предпочитать второму.
Таблица 2.6. Рекомендуемые передаточные числа для закрытых одноступенчатых червячных редукторов
при числах заходов червяка z1 =1; 2 и 4 |
(ГОСТ 2144-75 |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1-й ряд |
8,0 |
10,0 |
12,5 |
16 |
20 |
25 |
31,5 |
40 |
50 |
63 |
|
80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2-й ряд |
9,0 |
11,2 |
14 |
18 |
22,4 |
28 |
35,5 |
45 |
56 |
71 |
|
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расхождение расчетного передаточного числа со стандартным значением передаточного числа не должно превышать 2,5% при и < 4,5 и 4% при и > 4,5.
Оптимальное распределение передаточных чисел по отдельным передачам, а также по ступеням редуктора, позволяет значительно снизить габаритные размеры привода в целом.
Пример рвсчета. Произвести кинематический расчет привода, схема которого показана на рис. 1.1, при следующих данных; диаметр барабана D = 500 мм, тяговое усилие на ленте Р = 4000 Н, скорость ленты v = 0,8 м/с.
Решение. Принимаем КПД передач, показанных на рис. 1.2, в соответствии с табл. 2.1; ременной передачи 1 = 0,98; зубчатой кинематической пары z = 0,98; цепной передачи
138