Главная | Обратная связь
МегаЛекции

У нагруженного двигателя частота вращения ротора не совпадает с частотой вращения магнитного поля статора




Методические указания

Выбор электродвигателя и энерго-кинематический расчет привода

Для практических занятий и выполнения курсового проекта по дисциплине

«Детали машин и основы конструирования»

 

 

Тольятти 2004 г.


Энерго-кинематический расчет привода

 

Выбор кинематической схемы привода и редуктора в частности (если она не задана заданием на проектирование), разбивка общего передаточного числа между отдельными передачами предполагает множество решений. Например, применение двухступенчатых редукторов позволяет исключить одну или две открытые передачи. Существенное увеличение передаточного числа дает одноступенчатый червячный редуктор. Редукторы с планетарными передачами также имеют большое передаточное число и незначительные габариты. Однако при принятии решения о выборе схемы редуктора или привода в целом необходимо учитывать не только габариты передач, но и ряд других факторов: экономичность, надежность, технологичность при производстве, сборке и в эксплуатации.

 

1. ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ.

Методические указания охватывают круг вопросов, связанных с энерго-кинематическим расчетом приводов, кинематическая схема которых предусматривает передачу вращения от электродвигателя через открытую передачу или муфту к редуктору и далее через муфту или открытую передачу, предназначенную для присоединения привода к валу исполнительного механизма.

Определение требуемой мощности электродвигателя

Выполнение проекта следует начинать с выбора электродвигателя по каталогам, где приведены паспортные данные на выпускаемые промышленностью электродвигатели. Для этого необходимо определить требуемую (расчетную) мощность электродвигателя для проектируемого привода. В общем случае после определения требуемой мощности электродвигатель проверяют на нагрев. Однако если привод предназначен для машин эксплуатируемых при постоянных или близких к ним нагрузках, необходимость в таких расчетах отпадает.

Требуемую (расчетную) мощность электродвигателя РР определяется на основе задания на проектирование. Обычно в задании на проектирование могут указываться следующие исходные данные, относящиеся либо к выходному валу привода, либо к рабочему валу механизма:

- мощность на выходном валу привода РВВ - кВт, (Вт);

- частота вращения выходного вала привода nВВ - об/мин;

- циклограмма нагружения или типовой режим нагружения, условия эксплуатации;

- вращающий момент на выходном валу привода Т - Н*м;

- угловая (рад/с) или окружная скорость V - м/с;

- тяговое усилие F - (H), диаметр звездочки цепной передачи (dЗВ) или барабана транспортера (dБ) и т. д.

Частота вращения выходного вала (если она не задана) определится по одной из следующих формул.

- Если задана окружная скорость и диаметр звездочки цепной передачи (dЗВ) или барабана транспортера (dБ) и т. д.

nВВ=60000*V/p*dЗВ(dБ);

Если задана угловая (рад/с) скорость

nBB=30ω/π

Исходя, из задания на проектирование требуемую мощность на выходном валу привода можно определить по одной из следующих формул:

РВВВВ (кВт); РВВВВ*w (Вт); РВВ=F*V (Вт); РВВ=Т*n/9550 (кВт)

При решении учебных задач по дисциплине(Детали машини основы конструирования)рекомендуется ориентироваться на применение короткозамкнутых асинхронных электродвигателей переменного тока общепромышленного назначения единой серии 4А основного исполнения по ГОСТ 19523-81.

У асинхронных электродвигателей различают: nС – синхронную частоту вращения ротора (при отсутствии нагрузки) и nАС - асинхронную или номинальную частоту вращения ротора. Синхронная частота вращения, т.е. частота вращения магнитного поля, зависит от частоты тока f и числа пар полюсов р:

nС=60f/p.

У нагруженного двигателя частота вращения ротора не совпадает с частотой вращения магнитного поля статора

nАС=nC(1-S),

где S-скольжение: S= (nС - nАС)/ nС.

Трехфазные асинхронные электродвигатели изготовляют с числом пар полюсов от 1 до 6. При промышленной частоте тока 50 Hz, синхронная частота вращения зависит от числа пар полюсов:

nС=3000/Р.

Отсюда ряд синхронных частот вращения ротора электродвигателя:

3000, 1500, 1000, 750, 600 и 500 мин-1.

Тихоходные двигатели имеют большие габариты, массу и стоимость. Поэтому электродвигатели с nС=750мин-1 и менее следует применять только в технически обоснованных случаях. Наиболее часто в приводах общего назначения используют асинхронныедвигатели счастотой вращения (синхронной) 3000 и 1500 мин-1. Технические данные электродвигателей серии 4А указаны в ГОСТ 19523-81.

Установлена следующая структура обозначения двигателей серии 4А общего назначения:

­­­­­­­­­­­­­­­­__________________________

­­­1 2 3 4 5 6 УЗ

¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾

где 4 - порядковый номер серии;

А - род двигателя (асинхронный);

1 - исполнение двигателя по способу защиты от окружающей среды: Н – защищенный от попадания частиц и капель и имеющие предохранение от прикосновения к вращающимся частям, находящихся под током, отсутствие данного знака означает закрытые, обдуваемые. Их применяют для приводов общего назначения и в механизмах, к пусковым характеристикам которых не предъявляют особых требований;

2 - исполнение двигателя по материалу станины и щитов (А - станина и щиты алюминиевые, X - станина алюминиевая, щиты чугунные, отсутствие знаков означает, что станина и щиты чугунные или стальные);

3 - высота оси вращения (две или три цифры);

4 - условная длина станины (S, М или L);

5 - длина сердечника статора (А или В) отсутствие данного знака означает одну длину в установочном размере;

6 – число пар полюсов (1, 2, 3, 4, 5, 6);

УЗ - климатическое исполнение и категория размещения по ГОСТ15150-69.

Электродвигатели 4АР с повышенным пусковым моментом ГОСТ 20818-75 применяют для привода механизмов, имеющих повышенную пусковую нагрузку.

Для выбора необходимого типоразмера электродвигателя предварительно определяются требуемые значения его номинальной мощности и частоты вращения.

Требуемая (расчетная) мощность электродвигателя:

P ,

где hПР - ориентировочное (расчетное) значение КПД привода

hПР=h1*h2*h3*…*hК*h ,

где h1,…, hК - частные значения КПД передач привода;

h -КПД пары подшипников, m – число пар подшипников привода.

Ориентировочные значения КПД передач и элементов привода указаны в таблице №1

Таблица 1. Значения КПД передач и элементов привода

Вид передачи КПД
Зубчатые передачи редуктора (закрытые)  
цилиндрическими колесами 0,96 … 0,98
коническими колесами 0,95 … 0,97
Червячная передача при числе заходов червяка  
Z1 = 1 0,70 … 0,80
Z1 = 2 0,75 … 0,85
Z1 = 4 0,80 … 0,90
Зубчатая открытая 0,95 … 0,96
Планетарная передача  
одноступенчатая 0,90 … 0,95
двухступенчатая 0,85 … 0,90
Цепная передача 0,92 … 0,96
Ременная передача 0,94 … 0,96
Муфта соединительная 0,995
Подшипники качения (одна пара) 0,995

Примечание. В курсовом проектировании рекомендуется значения КПД принимать по максимальным значениям.

По рассчитанной мощности двигателя, как правило, выбирается асинхронный электродвигатель трехфазного тока (для постоянных или близких к ним нагрузках) по условию РЭД РР, где РЭД - паспортная мощность электродвигателя.

Требуемая (расчетная) частота вращениявала электродвигателя, исходя из кинематической схемы привода:

n nВВ*UПР,

где nВВ - заданное номинальное значение частоты вращения выходного вала привода или ведущего вала исполнительного механизма;

UПР - ориентировочное (расчетное) значение передаточного числа привода:

UПР=U1*U2*U3*…UК,

где U1,…UK - передаточные числа передач привода.

Рекомендуемые значения передаточных чисел механических передач приведены в табл.2

 

Таблица 2. Рекомендуемые значения передаточных чисел механических передач

Тип передачи Передаточное число U
Зубчатая цилиндрическая 3 … 5
Зубчатая коническая 2 …4
Червячная передача при числе заходов червяка  
Z1 = 1 30 … 60
Z1 = 2 16 … 30
Z1 = 4 8 … 16
Цепная 1,5 …2,4
Ременная 2 … 4

По таблице 3 в зависимости от ранее вычисленныхи nподбирается электродвигатель по условию: чтобы номинальная (асинхронная) частота вращения двигателя nкак можно точнее соответствовала расчетной частоте n(можно просто принятьближайшую), а номинальная мощность PЭД была не меньше расчетной Р .При постоянном режиме нагружения допускается перегруз электродвигателядо 8%.

 

 

3. Двигатели закрытые, обдуваемые, единой серии 4А

(тип/асинхронная частота вращения, об/мин)

Мощность Синхронная частота вращения, об/мин
Р кВт
0,55 63В2/2960 71А4/1390 71B6/900 80B8/700
0,75 71А2/2840 71В4/1390 80A6/915 90L8/700
1,1 71В2/2810 80А4/1420 80B6/920 90LB8/700
1,5 80А2/2850 80В4/1415 90L6/935 100L8/700
2,2 80В2/2850 90L4/1425 100L6/950 112MA8/700
90L2/2840 100S4/1435 112M6/955 112MB8/700
100S2/2880 100L4/1430 112M6/950 132S8/720
5,5 100L2/2880 112M4/1445 132S6/965 132M8/720
7,5 112М2/2900 132S2/1455 132M6/970 160S8/730
132М2/2900 132M4/1460 160S6/975 160M8/730
160S2/2940 160S4/1465 160M6/975 180M8/730
18,5 160М2/2940 160M4/1465 180M6/975 200M8/735
180S2/2945 180S4/1470 200M6/970 200L8/730
180М2/2945 180M4/1470 200L6/980 225M8/735
200М2/2945 200M4/1475 225M6/980 250S8/740
200L2/2945 200L4/1475 250S6/985 250M8/740
225М2/2945 225M4/1480 250M6/985 280S8/735
250S2/2960 250S4/1480 280S6/980 280M8/735
250М2/2960 250M4/1480 280M6/980 315S8/735
280S2/2940 280S4/1465 315S6/980 315M8/735

ПРИМЕЧАНИЯ: 1. Во втором и последующих столбцах таблицы обозначен типа двигателя, после косой черты указана асинхронная частота вращения электродвигателя (n ).

Пример условного обозначения асинхронного электродвигателя закрытого обдуваемого со станиной и щитами из чугуна, с высотой оси вращения 71 мм, длиной сердечника статора А, двухполюсного, климатического исполнения У, категории размещения 3.

Электродвигатель 4А. 71А. 2. УЗ ГОСТ 19523-81

 

В табл. 4 приведены основные размеры электродвигателей серии 4А ГОСТ 19523-74.
Таблица 4. Двигатели. Основные размеры (мм).

 
 

Тип Число полюсов Установочно-присоединительные размеры, мм Габаритные размеры, мм
    d1 d10 l1 l10 l31 b10 h h10 d30 l30 h31
4А 71А,В 2,4,6,8
4А 80А 2,4,6,8
4А 80В 2,4,6,8
4А 90L 2,4,6,8
4А 100S 2,4,6,8
4А 100L 2,4,6,8
4А 112M 2,4,6,8
4А 132S 2,4,6,8
4А 132M 2,4,6,8
4А 160S
4А 160S 4,6,8
4А 160M
4А 160M 4,6,8
4А 180S
4А 180S 4,6,8
4А 180M
4А 180M 4,6,8
4А 200M
4А 200M 4,6,8
4А 200L
4А 200L 4,6,8
4А 225M
4А 225M 4,6,8
4А 250S
4А 250S 4,6,8
4А 250M
4А 250M 4,6,8

 

Энерго-кинематический расчет привода

Так как значение номинальной частоты вращения вала выбранного электродвигателя n может отличаться от исходного расчетного n ,то ранее принятые передаточные числа передач привода требуют корректировки.

Фактическое общее передаточное число привода:

U

Переразбиваем фактическое передаточное число привода по передачам с учетом рекомендаций и стандартного ряда на передаточные числа. Корректировка проводится в следующей последовательности:

1. Назначаем с учетом рекомендаций (табл.2) и стандартного ряда передаточные числа (табл.5) передаточное число открытой передачи U1.

2. Определяем передаточное число редуктора (остальных передач)

.

3.Разбиваем (с учетом рекомендаций табл.2, стандартного ряда табл. 5) и рекомендаций табл. 6. передаточное число редуктора (остальных передач) между быстроходной и тихоходной ступенями с учетом кинематической схемы редуктора.

Таблица 5. Стандартные значения U

1 ряд 1,25 1,6 2,0 2,5 3,15 4,0 5,0 6,3
2 ряд 1,12 1,4 1,8 2,24 2,8 3,55 4,5 5,6 7,1

Примечания. 1. Ряд можно продлить, умножив его на 10.

2. Передаточные числа из стандартного ряда назначают для редукторов и передач, выпускаемых массово или серийно.

Определяем фактическое передаточное число привода с учетом назначенных (стандартных) передаточных чисел передач привода:

U U …U

4. Определяем фактическую частоту вращения выходного вала привода:

Определим погрешность частоты вращения выходного вала привода и сравним с допускаемой при двух передачах Dn=3%, при трех - Dn=5%, при четырех передачах 6%

nMAX (1)

Если данное условие (1) не выполняется, следует изменить, в пределах рекомендаций, передаточные числа одной или нескольких передач. При выполнении условия (1) переходим к следующему этапу расчета.

5. Определяем частоты вращения валов привода:

-асинхронной частоте вращения вала электродвигателя, об/мин

об/мин

об/мин и так далее до последнего (выходного) вала привода.

Определяем вращающие моменты на валах привода:

,Н*м,

,Н*м,

,Н*м и так далее до последнего (выходного) вала привода. Рассчитанные крутящие моменты частоты вращения валов целесообразно оформить в виде таблицы.

Сводная таблица крутящих моментов и частот вращения валов привода

вал I II III IV V
n, об/мин.          
T, Н*м          

 

Таблица 6. Рекомендации по разбивке передаточного числа между ступенями

редукторов различных кинематических схем

Редуктор Схема Передаточное число
    Иб1) ИТ2)
Двухступенчатый по развернутой схеме     Двухступенчатый с раздвоенной быстроходной ступенью Иред.т
Двухступенчатый соосный   Иред.т
Коническо-цилиндрический Иред.т
Цилиндрическо-червячный   Червячно-цилиндрический       2...3,15   8min   2,5…3,15
Планетарный двухступенчатый Иред.£25 25< Иред.£63 Иред.>63   Иред./6,3 Иред./4 6,3 0,1 Иред.

Пример№1





©2015- 2017 megalektsii.ru Права всех материалов защищены законодательством РФ.