Savin_detali_mash

(Kompas, T-Flex, AutoCAD) и должен содержать изображение привода в сборе согласно кинематической схеме привода и рамы крепления привода к фундаменту в главном виде и виде сверху, а также план присоединительных отверстий крепления элементов привода на раме, технические характеристики всего привода (мощность электродвигателя, частота вращения редуктора, передаточное отношение всего привода) и основную надпись. Все чертежи выполняются в соответствии с ЕСКД, к сборочным чертежам прилагаются спецификации.

32

2 КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРИВОДОВ

Кинематический расчет электромеханического привода заключается в решении таких задач, как:

•выбор электродвигателя (тип, мощность, частота вращения, габариты);

•определение общего передаточного числа привода u;

• разбиение передаточного отношения привода по ступеням

всоответствии с заданной структурной схемой;

•определение частот вращения и крутящих моментов на валах привода.

Исходными данными для проведения расчета являются:

-структурная схема привода;

-крутящий момент Т, Н·м (сила F, Н), или мощность на исполнительном органе;

-частота вращения n, об/мин, или линейная скорость V, м/с, исполнительного органа.

2.1 Выбор электродвигателя

Двигатель является одним из основных элементов машинного агрегата. От типа двигателя, его мощности, номинальной частоты вращения зависят конструктивные и эксплуатационные характеристики рабочей машины и ее привода. Для выбора электродвигателя в качестве необходимых данных должны быть известны потребная мощность и приблизительная частота вращения, а также условия эксплуатации проектируемого привода (график нагрузки, температура, влажность окружающей среды и др.).

Для проектируемых машинных агрегатов рекомендуются трехфазные асинхронные короткозамкнутые двигатели серии 4А. Эти двигатели наиболее универсальны. Закрытое и обдуваемое исполнение позволяет применять эти двигатели для работы в загрязненных условиях, в открытых помещениях.

Двигатели серии 4А используют для приводов механизмов, имеющих постоянную нагрузку при длительном режиме работы

33

и большой пусковой нагрузке, вследствие повышенной силы трения и больших инерционных масс, например конвейеров шнеков, смесителей и т.п. Эти двигатели работают при любом направлении вращения, обеспечивая при

необходимости	реверсивность	машинного
агрегата.

В зависимости от числа пар полюсов (1, 2, 3, 4) электродвигатели массового применения имеют синхронную частоту вращения ротора,

соответственно nдв = 3000; 1500; 1000; 750 об/мин.

Номинальная частота электродвигателя nдв определяется по формуле

n	=	60 f	,
дв		p

где f – частота тока, обычно равная 50 Гц; p – число пар полюсов.

Электродвигатели серии 4А имеют следующее условное

обозначение:
а)	б)	в)	г)	д)	е)	ж)	з)
4	А	…	…	…	…	…	УЗ

где а) 4 – порядковый номер серии разработки; б) А – вид двигателя (асинхронный);

в) исполнение двигателя по способу защиты (Н – защищенные, при отсутствии данной буквы – закрытые обдуваемые);

г) высота оси вращения, мм (три или две цифры); д) условное обозначение длины станины (M, L, S); е) условное обозначение длины статора (А, В); ж) число полюсов;

з) условное обозначение климатического исполнения. Например, 4А112МА4УЗ – электродвигатель 4-й серии,

асинхронный, исполнение – закрытый обдуваемый (после буквы А отсутствует буква Н), высота оси вращения h = 112 мм, длина станины соответствует условному обозначению М, длина сердечника

– условному обозначению А, число полюсов – 4, климатическое исполнение УЗ – для эксплуатации в условиях умеренного климата.

Выбор электродвигателя начинается с расчета его потребной мощности и ориентировочной частоты вращения.

Потребная мощность электродвигателя

34

′		Nвых		,	(2.1)
Nдв	=
		η	пр

где Nвых – мощность на выходе привода, т.е. мощность на исполнительном органе;

Nвых = FV или Nвых = Tω ,

(2.2)

где F, V – сила, приложенная к исполнительному органу (ленте ленточного транспортера, цепи цепного транспортера), и его линейная скорость соответственно;

T, ω – крутящий момент и угловая скорость на валу исполнительного органа (барабана или тяговой звездочки);

ηпр – коэффициент полезного действия (КПД) всего привода, определяется путем перемножения коэффициентов составляющих привод передач и подшипников.

В общем виде можно записать:

η

пр

=η

оп1

(η

м1

)η η

(η

оп2

)ηm ,

(2.3)

где ηоп1(ηм1 )

р м2

пк

– КПД открытой передачи или муфты на входе в

редуктор;

– КПД муфты или открытой передачи на выходе

ηм2 (ηоп2 )

редуктора;

КПД редуктора, здесь n – количество сту-

пеней;

η р =η1η2 ...ηn –

ηпкm – КПД пары подшипников качения, здесь m – количество

пар подшипников (количество валов привода после электродвигателя, включая вал исполнительного органа).

КПД составляющих привод элементов приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Средние значения КПД механических передач

Тип передачи	Значение КПД передач
	в масле	открытая
Зубчатая цилиндрическая	0,96-0,98	0,91-0,95
Зубчатая коническая	0,95-0,97	0,90-0,94
Планетарная одноступенчатая	0,96-0,98	–
Планетарная двухступенчатая	0,92-0,96	–
Планетарная с двухвенцовым	0,96-0,98	–
сателлитом
Червячная при Z = 1	0,70-0,80	0,40-0,45
Червячная при Z = 2	0,75-0,85	0,40-0,45
Червячная при Z = 4	0,80-0,90	0,40-0,45
Цепная	0,94-0,98	0,90-0,95
Ременная с плоским ремнем	–	0,94-0,97
Ременная с клиновым ремнем	–	0,94-0,96

35

Тип передачи	Значение КПД передач
	в масле	открытая
Волновая	0,80-0,92	–

Примечания

1 КПД передач даны с учетом потерь энергии в опорах валов этих передач на подшипниках качения (КПД подшипников качения дополнительно не учитывать).

2 КПД червячных передач – ориентировочные. После окончательного выбора параметров червячной передачи ее КПД подлежит уточнению.

В случае если нагрузка на привод не изменяется в течение всего срока службы, условие выбора действительной мощности электродвигателя:

Nдв > Nдв.	(2.4)
′

Если нагрузка на двигатель изменяется со временем по некоторой зависимости N = f(t), мощность электродвигателя определяется по среднеквадратичной мощности. Полагается, что время цикла не превышает промежутка времени, в течение которого может произойти перегрев обмотки электродвигателя. График нагрузки дается в задании на курсовой проект (рисунок 2.1); если он не задан, то считается, что нагрузка на привод остается постоянной в течение всего срока службы.

Т, Н·м (N, кВт)

Т
1
y	Т
	2	Т
	y
		3
		y
x1t		x3t		t, час
	x2t

Рисунок 2.1 – Типовой график нагрузки

Поэтому расчет среднеквадратичной мощности электродвигателя производится (на основании заданного графика) по следующей зависимости:

Nср.кв. =	N 2t	+ N	2t			+... + N 2t	(2.5)
	1 1		2		2	i i ,
		t1 +t2		+... +ti

где Ni – значение мощностей в определенный момент цикла;

36

ti – время цикла.

		′
Учитывая, что Ni = Nдв yi и ti = xit , можно переписать (2.5) в виде
		′	y2 x + y2 x			2	+... + y2 x		,	(2.6)
			1	1	2			i i
	Nср.кв. = Nдв			x1	+ x2	+... + xi
где y1 , y2 ,
	yi , x1 , x2 ,	xi – коэффициенты (берутся из задания).
Условие выбора электродвигателя по среднеквадратичной
мощности записывается в виде					> Nср.кв. .					(2.7)
		′	> Nдв
		Nдв
Ориентировочная частота вращения электродвигателя
			′		′					(2.8)
		nдв = nвыхuпр,
где nвых	– частота	вращения		вала			исполнительного			органа, в

зависимости от типа исполнительного органа определяется по формулам (или непосредственно дана в задании на курсовой проект):

– для ленточного транспортера
				n	=	60V	,		(2.9)
						πD
				вых
где Dб – диаметр барабана;						б
– для цепного транспортера
				n	=	60V		,	(2.10)
	P			вых		πDз
где Dз =				;
		180
	sin	z

P, z – соответственно шаг и число зубьев тяговой звездочки; uпр′ – ориентировочное передаточное отношение всего

привода, определяется путем перемножения передаточных отношений всех передач, входящих в состав привода.

В общем виде можно записать

uпр = uоп1u рuоп2 ,	(2.11)
′

где uоп1 – передаточное отношение открытой передачи на входе

в редуктор;

uоп2 – передаточное отношение открытой передачи на выходе из редуктора (в случае если на входе и/или на выходе установлена

37

муфта, условно принимается u м =1, так как муфта не изменяет

параметров движения);

u р– передаточное отношение редуктора:

uр = u1u2...un ,

здесь n – количество ступеней.

Распределение общего передаточного отношения по ступеням начинается с определения передаточного отношения открытых передач (ременная или цепная), входящих в привод (таблица 2.2). Поскольку диаметры шкивов ременных передач, числа зубьев звездочек, шестерен и зубчатых колес являются дискретными величинами, то часто не представляется возможным реализовать общее передаточное отношение редуктора с заданной точностью. Поэтому при определении и назначении передаточных отношений ременных, цепных, зубчатых передач следует придерживаться ряда Ra20 по ГОСТ

8032–84:

1, 1.2, 1.25, 1.4, 1.6, 1.8, 2.24, 2.5, 2.8, 3.15, 3.55, 4, 4.5, 5, 5.6, 6.3, 7.1, 8, 9, 10, 11.2, 12.5, 14, 16, 18, 20, 22.4, 25, 28, 31.5, 35.5, 40, 45, 50, 56, 63, 71, 80, 90, 100, 112, 125, 140, 160, 180, 200, 224, 250.

Таблица 2.2 – Значения передаточных отношений механических передач

Тип передачи	Рациональное значение	Предельное значение
Зубчатая передача (закрытая):
- прямозубая	3...4	8
- косозубая	3...5	12,5
- шевронная	4...6	12,5
- коническая	2...3	6
Зубчатая передача (открытая):
- цилиндрическая	4...6	15..20
- коническая	3...4	8..10
Червячная передача (закрытая)
- число заходов червяка z1= 4	8…15
- число заходов червяка z1= 2	15…30	100
- число заходов червяка z1= 1	30…60
Цепная передача	2...4	8
Ременная передача:
- с плоским ремнем	2...4	10
- с клиновым ремнем	2...4	10
- с натяжным роликом	3...5	8

38

По технико-экономическим соображениям передаточные отношения приводов целесообразно принимать ближе к максимальным значениям.

Универсальных рекомендаций по распределению передаточного отношения редуктора по ступеням не существует. Выбор способа распределения передаточных отношений зависит от конкретных требований, которым должна отвечать конструкция: обеспечение минимальных габаритов редуктора и минимальной массы зубчатых колес, получение одинакового погружения зубчатых колес всех ступеней в масляную ванну и др.

Эти формулы допускают многовариантность решения, что связано с возможностью выбора передаточных отношений u передач

вдовольно широких пределах. Практическую целесообразность того или иного решения оценивают по пропорциональности конструкции

вцелом, ее габаритам, стоимости и т.п. Обычно конструктор рассматривает и сравнивает несколько вариантов.

Масса и габариты редуктора в значительной степени зависят от того, как распределено общее передаточное отношение по ступеням передачи. Лучшие показатели имеют редукторы, у которых диаметры колес (а не шестерён) всех ступеней близки между собой.

При этом также выполняются и условия смазки погружением колес в общую масляную ванну. Для уменьшения потерь на перемешивание и разбрызгивание масла быстроходные колеса желательно погружать в масло на меньшую глубину, чем тихоходные. Обычно рекомендуют погружать быстроходные колеса не более чем на двойную высоту зуба, а тихоходные – не более одной трети радиуса.

Так как быстроходная ступень нагружена меньше, чем тихоходная, то для получения близких диаметров колес передаточное отношение первой (быстроходной) ступени следует брать больше, чем второй, при одновременном увеличении коэффициента ширины колес от быстроходной к тихоходной ступени. Ориентировочные рекомендации по распределению передаточных отношений приведены на рисунке 2.2. График построен по условию минимальной массы зубчатых колес при одинаковых или близких допускаемых напряжениях во всех ступенях передачи.

39

Рисунок 2.2 – Распределения передаточных отношений зубчатого редуктора

Разбив передаточное отношение привода и определив ориентировочную частоту вращения электродвигателя, выбирают конкретную марку и характеристики электродвигателя. Действительная частота электродвигателя может быть как больше, так и меньше рассчитанной ориентировочной nдв′ , но желательно, чтобы эта разница была минимальной.

Рекомендуемые к выбору электродвигатели приведены в таб-

лице	2.3,		габаритные		и	присоединительные			размеры
соответствующих электродвигателей – в таблицах 2.4 и 2.5.
Таблица 2.3 – Асинхронные электродвигатели
№			Тип	Мощность		Частота			Масса
двигателя			электро-	двигателя		вращения	Tпуск/Tном	Tmax/Tном	двигате
		двигателя		Nдв, кВт		nдв, об/мин			ля, кг
1			2	3		4	5	6	7
1		4А71А2УЗ		0,75		2840	2	2,2	15,1
2		4А71В2УЗ		1,1		2910	2	2,2	15,1
3		4А80А2УЗ		1,5		2850	2,1	2,6	17,4
4		4А80В2УЗ		2,2		2850	2,1	2,6	20,4
5		4А90L2УЗ		3,0		2840	2,1	2,5	28,7
6		4А100S2УЗ		4,0		2880	2	2,5	36
7		4А100L2УЗ		5,5		2880	2	2,5	42
8		4А112М2УЗ		7,5		2900	2	2,8	56
9		4А132М2УЗ		11,0		2900	1,7	2,8	77
10		4А160S2УЗ		15,0		2940	1,4	2,2	130
11		4А71В4УЗ		0,75		1390	2	2,2	15,1
12		4А90А4УЗ		1,1		1420	2	2,2	17,4
						40

13	4А90В4УЗ	1,5	1415	2	2,2	20,4
14	4А90L4УЗ	2,2	1425	2	2,4	28,7
15	4А100S4УЗ	3,0	1435	2	2,4	36
16	4А100L4УЗ	4,0	1430	2	2,4	42
17	4А112М4УЗ	5,5	1445	2	2,2	56
18	4А132S4УЗ	7,5	1455	2,2	3	77
19	4А132М4УЗ	11,0	1460	2,2	3	93
20	4А160S4УЗ	15,0	1465	1,4	2,3	135
21	4А80А6УЗ	0,75	915	2	2,2	17,5
22	4А80В6УЗ	1,1	920	2	2,2	20,4
23	4А906УЗ	1,5	935	2	2,2	28,7
24	4А1006УЗ	2,2	950	2	2,2	42
25	4А112МА6УЗ	3,0	955	2	2,5	56
26	4А112МВ6УЗ	4,0	960	2	2,5	56
27	4А132S6УЗ	5,5	965	2	2,5	77
28	4А132М6УЗ	7,5	970	2	2,5	93
Продолжение таблицы 2.3
1	2	3	4	5	6	7
29	4А160S6УЗ	11,0	975	1,2	2	130
30	4А160М6УЗ	15,0	975	1,2	2	145
31	4А90LА8УЗ	0,75	700	1,6	1,9	28,7
32	4А90LВ8УЗ	1,1	700	1,6	1,9	28,7
33	4А100L8УЗ	1,5	700	1,6	1,9	42
34	4А112МА8УЗ	2,2	700	1,9	2,2	56
35	4А112МВ8УЗ	3,0	700	1,9	2,2	56
36	4А132S8УЗ	4,0	720	1,9	2,6	77
37	4А132М8УЗ	5,5	720	1,9	2,6	93
38	4А160S8УЗ	7,5	730	1,4	2,2	135
39	4А160М8УЗ	11,0	730	1,4	2,2	160
40	4А180М8УЗ	15,0	730	1,2	2	175

41