1. Выбор двигателя и кинематический расчет привода
Тип электродвигателя и его серию для проектируемого привода необходимо назначать в соответствии с принятыми условиями его эксплуатации.
Выбор производим согласно рекомендациям [4].
Двигатели постоянного тока характеризуются широкими возможностями регулирования величин вращающего момента и угловой скорости, что является их основным преимуществом. Они позволяют осуществлять плавный пуск, торможение и реверс. Регулирование осуществляют с помощью переменного сопротивления (реостата), включенного в цепь обмотки возбуждения.
К недостаткам двигателей постоянного тока относятся: потребность в специальных источниках постоянного тока или в преобразователях переменного тока в постоянный, так как общая сеть питается обычно переменным током; подвод тока к обмотке ротора через скользящие контакты – коллекторы; наличие дополнительного регулируемого сопротивления; повышенные габариты, вес и стоимость по сравнению с двигателями переменного тока. Поэтому двигатели постоянного тока распространены значительно меньше, чем двигатели переменного тока. Их применяют преимущественно для транспортных машин, испытательных стендов и т. п.
Двигатели переменного тока делятся на трехфазные и однофазные.
Однофазные двигатели сравнительно небольшой мощности можно включать в осветительную сеть. Поэтому они удобны для различных бытовых приборов. Недостатки – сравнительно низкий к. п. д., наличие скользящих контактов.
В промышленности используют преимущественно трехфазные двигатели. Трехфазные двигатели в свою очередь разделяются на синхронные и асинхронные.
Трехфазные синхронные двигатели имеют постоянную угловую скорость независимо от величины нагрузки и практически не регулируются. Синхронная угловая скорость двигателя определяется частотой переменного тока и числом пар полюсов.
Преимущества по
сравнению с асинхронными двигателями
– повышенные к.п.д. и
,
большой коэффициент перегрузки.
Недостатки – сравнительно сложное оборудование и относительно высокая стоимость, так как пуск синхронного двигателя (его разгон до синхронной угловой скорости) связан с применением дополнительного оборудования. Поэтому синхронные электродвигатели применяют в тех случаях, когда к. п. д. двигателя и величина имеют решающее значение (например, при больших мощностях в сочетании с редкими пусками и остановами), а также тогда, когда необходимо строгое постоянство угловой скорости.
Трехфазные асинхронные двигатели изготовляют с фазным и короткозамкнутым роторами.
Трехфазные асинхронные двигатели с фазным ротором имеют скользящие контакты для включения реостата в цепь ротора. Это усложняет их конструкцию и эксплуатацию, но позволяет осуществлять плавный разгон с регулированием скорости.
Трехфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором не имеют скользящих контактов и непосредственно, без дополнительных устройств, включаются в сеть. У этих двигателей обмотка ротора замыкается в самом двигателе. Их преимущества: простота конструкции, сравнительно низкая стоимость, простота обслуживания, надежность. Недостатки – меньшие к. п. д. и по сравнению с синхронными двигателями; ограниченная возможность регулирования по сравнению с двигателями постоянного тока и асинхронными двигателями с фазовым ротором.
Во многих случаях отмеченные недостатки не являются решающими и поэтому трехфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором получили самое широкое применение. Для транспортеров, конвейеров и других механизмов, распространенных в заданиях на проект по курсу деталей машин, рекомендуется выбирать именно такие двигатели. Поэтому ниже излагаются более подробные сведения об этих двигателях.
Двигатели общего применения (основное исполнение) предназначены для механизмов, не предъявляющих специальных требований к пусковым характеристикам, скольжению, энергетическим показателям и пр.
Конкретную марку
(типоразмер) электродвигателя подбираем
по каталогу назначенной серии двигателей
(асинхронных с короткозамкнутым ротором
типа АИР) в соответствии с желаемым
диапазоном D
частоты вращения ротора и требуемой
(необходимой) величиной его расчетной
мощности
по следующему условию:
,
где
- номинальная мощность двигателя,
указанная в его каталоге (максимальная
мощность
,
при которой двигатель еще может длительно
работать без перегрева).
Требуемую
величину расчетной мощности электродвигателя
определяем
в соответствии с принятыми условиями
нагружения проектируемого изделия.
При непрерывном
режиме нагружения привода (когда
продолжительность
его работы без пауз под нагрузкой, в том
числе и номинальной, составляет не
менее 60 мин,
что является достаточным для достижения
установившейся температуры нагрева
электродвигателя) расчетную мощность
двигателя даже при нестационарной
(переменной во времени) внешней нагрузке
принимают
равной мощности двигателя
необходимой
при номинальном нагружении
проектируемого изделия, т.е. в этом
случае имеем:
.
Так как задана
номинальная мощность
,
кВт, на
приводном валу и частота вращения
приводного вала,
мин-1,
значение мощности двигателя
,
необходимой
при номинальном нагружении проектируемого
изделия, определяют по следующим
зависимостям:
где
-
общий КПД
заданного привода, в величину которого
входят КПД механических передач и муфт,
последовательно расположенных от
приводного вала изделия или тихоходного
вала редуктора до электродвигателя,
рассчитываемый по формуле:
.
КПД соединительных
муфт составляет
.
Так как проектируется одноступенчатый редуктор, то КПД редуктора совпадает с КПД зубчатой конической передачи. Согласно [табл. 6.3, 4, с. 96]:
(передача закрытая).
(передача открытая).
Выбираем минимальные значения КПД из промежутка, т. к. если работать с меньшими значениями КПД, то будет некоторый запас мощности для возможности дальнейшей модернизации привода.
.
.
Из таблицы ТУ
16-525 564-84:
Рассчитываем желательный диапазон вращения ротора двигателя:
,
где
- заданная
частота вращения приводного вала, мин-1
;
- диапазон
рекомендуемых для заданного привода
значений его общего передаточного
числа.
Диапазон рекомендуемых для приводов значений их общих передаточных чисел рассчитывают по формуле
где k - число последовательно расположенных механических передач, составляющих рассматриваемый привод;
- диапазон
значений передаточного числа, рекомендуемый
для i-ой,
последовательно расположенной
механической передачи, входящей в
состав рассматриваемого привода.
В нашем случае
.
Так как редуктор одноступенчатый, то согласно [табл. 1.1, 2,]:
;
.
Искомый диапазон D частоты вращения ротора электродвигателя составит:
.
Т.
к. в найденный диапазон D
укладывается
несколько стандартных частот вращения
ротора двигателя,
то в этом случае
предпочтение необходимо отдать
электродвигателям,
имеющим частоту вращения ротора nэ.д ≈ 1500 мин-1, как наиболее распространенным в машинных приводах общего назначения.
По каталогу ТУ 16-525.564-84 принимаем электродвигатель типа АИР 100S4, имеющий следующую техническую характеристику:
Номинальная мощность:
.
Частота вращения ротора под номинальной нагрузкой:
.
Кратность максимального пускового момента:
.
Выбор электродвигателя выполнен.
Проведем кинематический расчет привода, если в нем применяется данный электродвигатель.
Определяем необходимое значение общего передаточного числа привода:
.
Произведем разбивку
по ступеням привода. В первом приближении
принимаем:
.
Тогда передаточное
число редуктора
будет составлять:
.
Полученное значение
передаточного числа конической зубчатой
передачи редуктора согласовываем с
ближайшим меньшим значением
стандартизованного ГОСТ 12289 - 76 ряда
передаточных чисел
,
что не соответствует рекомендуемым значениям передаточного числа одноступенчатого конического редуктора.
Выбираем другой электродвигатель. По каталогу ТУ 16-525.564-84 принимаем электродвигатель типа АИР 112 МА6, имеющий следующую техническую характеристику:
Номинальная мощность:
.
Частота вращения ротора под номинальной нагрузкой:
.
Кратность максимального пускового момента:
.
Определяем необходимое значение общего передаточного числа привода:
.
Пересчитываем передаточное число редуктора :
.
Полученное значение передаточного числа конической зубчатой передачи редуктора согласовываем с ближайшим меньшим значением стандартизованного ГОСТ 12289 - 76 ряда передаточных чисел :
,
что соответствует рекомендуемым значениям передаточного числа одноступенчатого цилиндрического редуктора.
Определяем требуемое передаточное число цепной передачи:
,
что соответствует рекомендуемым значениям передаточного числа цепной передачи.
Определяем частоты вращения валов привода при его номинальном нагружении.
одноступенчатого
конического редуктора соединяется с
валом двигателя муфтой. В этом случае
частота вращения n1
быстроходного
вала редуктора составит:
.
Частота вращения тихоходного (выходного) вала редуктора:
Частота вращения приводного вала редуктора:
,
использовании в приводе цепной или ременной передачи) с его заданной частотой вращения.
Кинематический расчет закончен.