КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРИВОДА
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРЕБУЕМОЙ МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
В типовых заданиях на курсовое проектирование деталей машин указывается кинематическая схема привода к конвейеру, смесителю, кормораздатчику и другим устройствам, эксплуатируемым в режиме, близком к постоянному. К исходным данным относятся эксплуатационные, загрузочные и энергетические характеристики.
Учащиеся техникума должны рассчитать все элементы привода и разработать конструкцию одноступенчатого зубчатого или червячного редуктора и дополнительно одну из гибких передач — ременную или цепную.
Первый этап проектирования — анализ кинематической схемы и выбор электродвигателя.
На рис. 1.1 показана одна из типовых схем привода к ленточному конвейеру: от электродвигателя вращение передается валу барабана через ременную передачу, зубчатый одноступенчатый редуктор и цепную передачу.
Ременной передачей называется механизм, служащий для преобразования вращательного движения при помощи шкивов, закрепленных на валах, и бесконечной гибкой связи — приводного ремня, охватывающего шкивы
Для определения требуемой мощности электродвигателя в задании должны быть указаны вращающий момент Тр (Н•м) на валу барабана и угловая скорость wр (рад/с) этого вала или же сила тяги F (Н) и скорость v (м/с) ленты.
Искомую мощность Р (Вт) электродвигателя определяют из выражения
Здесь h — коэффициент полезного действия (КПД) привода, равный произведению частных КПД передач, входящих в кинематическую схему:
Значения КПД передач отдельных типов приведены в табл. 1.1.
| Передача | КПД |
| Значения КПД механических передач Зубчатая в закрытом корпусе (редуктор): цилиндрическими колесами коническими колесами Зубчатая открытая | 0,97 — 0,98 0,96 — 0,97 0,95 — 0,96 |
Червячная в закрытом корпусе при числе витков (заходов) червяка: z1 = ! z1 = 2 z1 =4 Цепная закрытая Цепная открытая Ременная : плоским ремнем клиновыми ремнями | 0,70-0,75 0,80-0,85 0,85-0,95 0,95 — 0,97 0,90 — 0,95 0,96 — 0,98 0,95 — 0,97 |
| Примечание. Потерн на трение в опорах каждого вала учитываются множителем ho = 0,99 ¸ 0,995. |
Рис. 1.1. Кинематическая схема привода Рис. 1.2. Характеристика асинхронного
ленточного конвейера двигателя трехфазного тока
ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ
Мощность электродвигателя, подбираемого для проектируемого привода, должна быть не ниже той, которая определена по формуле (1.1). Из существующих типов двигателей выбирают преимущественно асинхронные электродвигатели трехфазного тока единой серии 4А.
На рис. 1.2 представлена характеристика асинхронного двигателя трехфазного тока, выражающая зависимость частоты вращения n (об/мин) вала двигателя от величины вращающего момента Т (Н • м). По оси абсцисс отложены значения Тном - номинального вращающего момента, Тпуск - пускового или начального вращающего момента, развиваемого при пуске двигателя, Tmах — максимального кратковременного момента; по оси ординат отложены значения частот вращения: номинальной nном, критической пкр и синхронной пс, развиваемой при отсутствии нагрузки и равной частоте вращения магнитного поля; она зависит от частоты тока f и числа пар полюсов р:
соответствующая угловая скорость рад/с,
При стандартной частоте тока f= 50 с-1 и числе пар полюсов р = 1 ¸ 6 синхронная частота вращения nс будет равна соответственно 3000; 1500; 1000; 750; 600 и 500 об/мин. Для приводов, разрабатываемых в курсовых проектах, рекомендуется выбирать двигатели с числом полюсов не более восьми, а лучше - не более шести, т. е. с р £ 3 и пс ³ 1000 об/мин.
При возрастании нагрузки частота вращения вала двигателя уменьшается вследствие скольжения s, определяемого по формуле
откуда
п = nс (1- s). (1.3.)
При пуске двигателя Т= Tпуск (или Тнач), s = 1 и п = 0; при номинальном режиме Т = Тном s = 0,02 ¸ 0,05; nпом » (0,98 ¸ 0,95)ис; при отсутствии нагрузки Т=0 s = 0; n = nc.
Технические данные асинхронных электродвигателей единой серии 4А в закрытом обдуваемом исполнении приведены в таблицах приложения.
ПЕРЕДАТОЧНОЕ ОТНОШЕНИЕ ПРИВОДА
В исходных данных на курсовое проектирование привода указывают частоту вращения nр (об/мин) рабочего приводного вала или же диаметр D (м) барабана конвейера и скорость v (м/с) ленты; по этим данным находят
60v
np = ___________ ,
pD
определяют общее передаточное отношение всего привода i = nном / np и намечают ориентировочно значения частных передаточных отношений передач, входящих в привод, так, чтобы произведение их было равно общему передаточному отношению: i1i2…Iк = i.
Средние значения i1 для зубчатых передач равны 2 — 6, для червячных передач 8 — 80, цепных 3 — 6, ременных 2 — 4.
Уточненные значения передаточных отношений конкретных видов передач приведены в гл. III, IV и V.
Пример. Провести кинематический расчет привода, показанного на рис. 1.1. Исходные данные: диаметр барабана D = 500 мм; тяговая сила F = 4•103Н;
скорость ленты v = 0,8 м/с.
Требуется подобрать асинхронный электродвигатель трехфазного тока, определить передаточное отношение всего привода и частные передаточные отношения каждой передачи.
Решение
Принимаем значения КПД по табл. 1.1:
ременной передачи h1 = 0,98;
зубчатой пары h2 = 0,98;
цепной передачи h3 = 0,96;
коэффициент, учитывающий потери на трение в опорах трех валов h30=0,993.
КПД всего привода h = h1 h2 h3 h30 = 0,98 • 0,98 • 0,96 • 0,993 = 0,89. Требуемая мощность электродвигателя по формуле (1.1)
Частота вращения вала барабана
По данным табл. П1 приложения, подходят электродвигатели четырех марок: 4А100S2УЗ, Р = 4 кВт, пс = 3000 об/мин, s = 3,3%; 4A100L4УЗ, Р = 4 кВт, пс = 1500 об/мин, s = 4,7%; 4А112МВ6УЗ, Р = 4 кВт, nс=1000 об/мин, s =
= 5,1%; 4А132S8УЗ, Р = 4 кВт, nс = 750 об/мин, s = 4,1 %.
При выборе первого из указанных двигателей с nс = 3000 об/мин возникнут затруднения в реализации большого передаточного числа порядка 100; двигатель с nс = 750 об/мин имеет большие габариты и массу; предпочтительнее двигатели с пс = 1500 и 1000 об/мин.
Номинальные частоты вращения валов этих двигателей будут соответст-
венно:
а) nном = nc (1 – s) = 1500 (1 – 0,047) = 1430 об/мин;
б) nном = 1000 (1 – 0,051) = 949 об/мин.
Передаточное отношение привода в случае варианта «а»
для варианта «б»
Разбивка обшего передаточного отношения привода допускает много решений. Например, для варианта «а» можно принять
i1 = 2,5; i2 = 5; i3 = 3,8; i = 2,5 • 5 • 3,8 = 47,5;
для варианта «б»
i1 =2; i2 = 4; i3 = 3,9; i = 2 × 4 × 3,9 = 31,2.
Намеченные передаточные отношения в дальнейшем уточняются в соответствии с указаниями, приведенными в гл. III, IV и V, причем отклонение от расчетного передаточного отношения привода не должно превышать ± 3 %.
Траверса для подъема и перемещения длинномерных изделий
Шестерня прямозубой цилиндрической передачи
Основные расчетные случаи для моделей деталей в форме стержня (бруса)