Кинематический и силовой расчеты привода
Привод – это устройство, предназначенное для приведение в действие рабочего органа различных машин. В большинстве случаев привод состоит из двигателя и передач. Если частота вращения вала рабочего органа машины совпадает с частотой вращения вала двигателя, тог движение непосредственно передается от двигателя к рабочему органу. Чаще всего эти частоты не совпадают. В этом случае для изменения скорости и направления движения между двигателем и рабочим органом устанавливают механические передачи: закрытые и открытые. Закрытыми передачами являются редукторы, а открытыми – зубчатые цилиндрические и конические, червячные, ременные, цепные и др. передачи. Для соединения валов двигателя, редуктора и рабочего органа машины в составе привода предусмотрены муфты.
Проектирование привода начинают с разработки его кинематической схемы. При этом необходимо учитывать следующее:
при выборе частоты вращения электродвигателя нужно иметь в виду, что чем быстроходнее электродвигатель, тем меньше его размеры, масса, стоимость и выше КПД. Но с увеличением частоты вращения возрастает общее передаточное отношение привода, что в свою очередь неизбежно ведет к увеличению габаритов, массы и стоимости механических передач или к усложнению самой кинематической схемы;
при разбивке общего передаточного отношения между ступенями для получения более компактной конструкции привода для закрытых передач целесообразнее назначать большее передаточное отношение, чем для открытых.
Кинематический и силовой расчеты привода включают следующие этапы:
– подбор электродвигателя по заданным параметрам выходного вала рабочей машины;
– определение кинематических параметров проектируемого привода;
– определение силовых параметров проектируемого привода.
Выбор электродвигателя
В общем машиностроении большинство машин приводятся в движение от трехфазных электродвигателей переменного тока. Наиболее широкое распространение имеют двигатели серии 4А (табл.1), основными характеристиками которых являются номинальная мощность Рэд. и номинальное число оборотов вращения ротора nэд..
Таблица 1- Технические данные асинхронных двигателей
Тип двигателя |
Номинальная мощность, Рном..,кВт |
Номинальная частота вращения nэд.., об/мин. |
Диаметр выходного конца вала dэд., мм |
Длина выходного конца вала l., мм |
Синхронная частота вращения 3 000 об/мин. (nэд. синх.) |
||||
4ААМ63В2У3 4АМ71А2У3 4АМ71В2У3 4АМ80А2У3 4АМ80В2У3 4АМ90L2У3 4АМ100S2У3 4АМ100L2У3 4АМ112М2У3 4АМ132М2У3 4АМ160S2У3 4АМ160М2У3 4АМ180S2У3 |
0,55 0,75 1,1 1,5 2,2 3,0 4,0 5,5 7,5 11,0 15,0 18,5 22,0 |
2 710 2 810 2 840 2 850 2 850 2 860 2 880 2 880 2 900 2 900 2 940 2 940 2 950 |
14 19 19 2 22 24 28 28 32 38 42 48 48 |
30 40 40 50 50 60 60 60 80 80 100 100 110 |
Синхронная частота вращения 1 500 об/мин. (nэд. синх.) |
||||
4АМ71А4У3 4АМ71В4У3 4АМ80А4У3 4АМ80В4У3 4АМ90L4У3 4АМ100S4У3 4АМ100L4У3 4АМ112М4У3 4АМ132S4У3 4АМ132М4У3 4АМ160S4У3 4АМ160М4У3 4АМ180S4У3 |
0,55 0,75 1,1 1,5 2,2 3,0 4,0 5,5 7,5 11,0 15,0 18,5 22,0 |
1 390 1 390 1 415 1 420 1 425 1 430 1 435 1 445 1 455 1 460 1 465 1 470 1 470 |
19 19 22 22 24 28 28 32 38 38 42 48 48 |
40 40 50 50 60 60 60 80 80 80 100 100 110 |
Синхронная частота вращения 1 000 об/мин. (nэд. синх.) |
||||
4АМ71В6У3 4АМ80В6У3 4АМ80В6У3 4АМ90L6У3 4АМ100L6У3 4АМ112МА6У3 4АМ112МВ6У3 4АМ132S6У3 4АМ132М6У3 4АМ160S6У3 4АМ160М6У3 4АМ180М6У3 4АМ200М6У3 |
0,55 0,75 1,1 1,5 2,2 3,0 4,0 5,5 7,5 11,0 15,0 18,5 22,0 |
900 915 920 935 950 955 950 965 970 970 970 975 975 |
19 22 22 24 28 32 32 38 38 42 48 55 60 |
40 50 50 60 60 80 80 80 80 100 100 110 140 |
Синхронная частота вращения 1 000 об/мин. (nэд. синх.) |
||||
4АМ80В8У3 4АМ90LА8У3 4АМ90LВ8У3 4АМ100L8У3 4АМ112МА8У3 4АМ112МВ8У3 4АМ132S8У3 4АМ132М8У3 4АМ160S8У3 4АМ160М8У3 4АМ180М8У3 4АМ200М8У3 4АМ200L8У3 |
0,55 0,75 1,1 1,5 2,2 3,0 4,0 5,5 7,5 11,0 15,0 18,5
|
700 700 700 700 700 700 720 720 730 730 730 735 740 |
22 24 24 28 32 32 38 38 42 48 55 60 60 |
50 60 60 60 80 80 80 80 100 100 110 140 140 |
Рекомендуется следующая последовательность расчета при выборе электродвигателя:
Находим коэффициент полезного действия привода η0 ( с точностью до трех знаков после запятой):
η0 = η1η2η3…ηn,
где ηn– ориентировочные величины КПД различных видов механических передач и отдельных элементов привода (табл.2).
Таблица 2 - Ориентировочные значения передач и элементов привода
Передача и элемент привода |
Значения КПД |
|
при закрытой передаче |
при открытой передаче |
|
Цилиндрическая зубчатая передача Коническая зубчатая передача Червячная передача с числом заходов червяка z1: z1 = 1 z1 = 2 z1 =4 Цепная передача Ременная передача: клиновая плоская |
0,95…0,98 0,94…0,97
0,68…0,72 0,73…0,78 0,78…0,84 0,94…0,96
– – |
0,92…0,94 0,91…0,93
0,52…0,62 0,62…0,72
0,90…0,92
0,93…0,95 0,94…0,96 |
Подшипники качения (одна пара) Подшипники качения (одна пара): жидкостного трения полужидкостного трения Муфты |
0,990…0,995
0,990…0,995 0,975…0,985 0,98…0,99 |
|
Примечание. КПД передач представлены без учета КПД подшипников.
При определении η0 рекомендуется КПД отдельных передач и элементов привода размещать в порядке передачи момента от электродвигателя к выходному валу привода, группируя их по отдельным валам. На этом этапе работы КПД червячной передачи предварительно можно принять равным 0,8.
Расчетную мощность электродвигателя, кВт, определяем по формуле
Общее передаточное отношение привода равно произведению передаточных отношений каждой из передач, входящих в привод. На основании рекомендуемых минимальных и максимальных величин передаточных отношений и для различных видов механических передач (табл.3) определяем рекомендуемые минимальные и максимальные передаточные отношения привода:
Рассчитаем минимальную и максимальную частоту вращения вала электродвигателя, мин-1:
По табл. 1 выбираем электродвигатель, исходя из условий:
Таблица 3 - Рекомендуемые значения передаточных чисел и одноступенчатых передач
Вид передачи |
Передаточное число |
|
рекомендуемое |
максимальное |
|
Закрытая цилиндрическая быстроходная тихоходная шевронная Закрытая коническая Открытая: цилиндрическая коническая Червячная с числом заходов червяка z1: z1 = 1 z1 = 2 z1 =4 Клиноременная Плоскоременная Цепная |
3,15…5,6 2,5…4,0 3,15…5,6 1,0…4,0
4,0…7,0 3,15…5,6
28…50 14…40 8,0…30 2,0…3,0 2,0…3,0 1,5…3,0 |
8,0 6,3 8,0 6,3
12 6,3
80 60 40 6,0 6,0 7,0 |
Выписываем тип электродвигателя, его мощность Рэд., частоту вращения nэд., размеры конца вала dэд. и l. Эти характеристики необходимы для дальнейших расчетов и конструирования передач, входящих в состав привода.