Выбор электродвигателя

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Филиал «СЕВМАШВТУЗ» государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный морской технический университет» в г. Северодвинске

 

А.И. Бабкин, А.С. Морозов

КИНЕМАТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ

ОБЩЕПРОМЫШЛЕННОГО ПРИВОДА

Учебно-методическое пособие для курсового проектирования

 

 

Северодвинск

2011

УДК 621.81

 

 

Бабкин А.И., Морозов А.С. Кинематические расчеты общепромышленного привода. Учебно-методическое пособие для курсового проектирования. – Северодвинск, РИО Севмашвтуза, 2011. – 33 с.

 

Ответственный редактор: к.т.н., доцент А.В. Руденко.

 

Рецензенты:  к.т.н., доцент Д.В. Кузьмин;

Генеральный директор ЗАО НТЦ «Базис» В.А. Базанов.

 

Учебно-методическое пособие «Кинематические расчеты общепромышленного привода» предназначено для студентов технических специальностей, выполняющих курсовой проект «Проектирование общепромышленного привода» при изучении дисциплины «Детали машин и основы конструирования».

Учебно-методическое пособие содержит теоретический и практический материал, необходимый для определения кинематических и силовых параметров проектируемого привода.

 

Печатается по решению редакционно-издательского совета Севмашвтуза.

ISBN 5-7723-                                                         Ó Севмашвтуз, 2011 г.

Оглавление

Введение.......................................................................................................... 3

1 Предварительные расчеты и анализ работы привода............................... 4

1.1 Исходные данные................................................................................. 4

1.2 Анализ работы привода...................................................................... 4

1.3 Срок службы привода......................................................................... 5

2 Кинематические и силовые расчеты привода............................................. 6

2.1 Выбор электродвигателя..................................................................... 6

2.2 Разбивка передаточного числа привода............................................. 9

2.3 Расчет кинематических и силовых параметров привода................... 13

3 Пример выполнения расчетов..................................................................... 15

Приложение 1 Общие сведения об асинхронных электродвигателях

общепромышленного применения............................................................ 21

Приложение 2 Характеристики асинхронных трехфазных электродвигателей

с короткозамкнутым ротором общепромышленного применения......... 25

Список литературы......................................................................................... 33

Введение

 

Данное пособие является первым в серии учебно-методических пособий, предназначенных для помощи студентам при курсовом проектировании по теме «Проектирование общепромышленного привода».

В данных пособиях будут рассматриваться вопросы проектирования приводных устройств конвейеров, грузовых тележек, лебедок, подъемников, питателей, смесителей и других средств механизации, широко применяемых в различных отраслях промышленности и использующие большинство деталей и узлов общемашиностроительного применения.

Пособие «Кинематические расчеты» затрагивает вопросы проектирования на предварительном этапе. В нем описан выбор электродвигателя, даны рекомендации по разбивке передаточного числа привода по ступеням, приведен пример расчета параметров привода. В приложении приведены характеристики асинхронных трехфазных электродвигателей, рекомендованных для применения в приводных устройствах.

 

1 Предварительные расчеты и анализ работы привода

Основные требования, предъявляемые к создаваемому приводу: требуемая производительность, надежность, технологичность, ремонтопригодность, минимальные габариты и масса, безопасность, удобство эксплуатации, экономичность, техническая эстетика. Этими требованиями следует руководствоваться при принятии конструктивных решений на всех этапах проектирования.

Исходные данные

Исходными данными при проектировании привода являются:

· кинематическая схема привода, его примерная компоновка;

· срок службы L;

· условия эксплуатации привода.

Дополнительно для приводов ленточных транспортеров:

· скорость движения конвейера v;

· тяговое усилие F;

· диаметр барабана D.

Для приводов цепных транспортеров:

· скорость движения конвейера v;

· тяговое усилие F;

· число зубьев тяговой звездочки z;

· шаг тяговой цепи t.

Для приводов поворотных платформ:

· Вращающий момент T;

· Скорость вращения платформы n_вых;

· Диаметр платформы D.

 

 

Анализ работы привода

Выполнение работы следует начинать с изучения схемы привода.

По выданному заданию необходимо проанализировать назначение привода и условия его работы, изучить конструкцию его элементов по атласам или другой подобной литературе. В задании дано место использования привода и определены условия его эксплуатации – количество рабочих смен, интенсивность использования, характер рабочей нагрузки, реверсивность и т.д.

Приводные устройства включают электродвигатель, одно-, двух- или трехступенчатые редукторы, открытые передачи (ременные, цепные) и муфты. Проектируемый привод будет массового или единичного производства малой или средней мощности, имеющий постоянную или мало меняющуюся нагрузку.

Двигатель и редуктор являются основными элементами проектируемого привода. Заданием предусмотрено проектирование цилиндрических, коническо-цилиндрических или червячных редукторов.

Для проектируемых приводов рекомендуется использовать асинхронные трехфазные двигатели. Эти двигатели наиболее универсальны. Они имеют закрытое и обдуваемое исполнение, что позволяет применять их для работы в загрязненных условиях, на открытых площадках и т.п. Двигатели используются для приводов механизмов, имеющих постоянную или маломеняющуюся нагрузку при длительном режиме работы, имеют повышенные пусковые моменты. Они могут работать в любом направлении, обеспечивая при необходимости реверсивность привода.

 

 

Срок службы привода

Срок службы (ресурс) , ч, определяется по формуле:

,

где  – срок службы привода, лет;

 – количество рабочих дней в году (  = 250 или 365 дней при пятидневной или семидневной рабочей неделе соответственно, в зависимости от характера производства);

 – коэффициент годового использования (если не указан в задании, то = 1);

 – количество смен ( = 1, 2 или 3 смены);

 – продолжительность смены (  = 8 часов);

 – коэффициент загрузки за смену.

Так как в задании не сказано о характере изменения тягового усилия F за время эксплуатации, считаем как самый неблагоприятный вариант, что режим нагрузки – постоянный, т.е. за все время работы привода рабочая нагрузка не меняется, и равна тяговому усилию F.

 

2 Кинематические и силовые расчеты привода

Выбор электродвигателя

2.1.1 Требуемая мощность привода:

для транспортеров:

,

для поворотных платформ:

,

где  – требуемая мощность привода, кВт;

F – тяговое усилие на конвейере, кН;

v – скорость движения конвейера, м/с;

T – вращающий момент, кН×м;

w – угловая скорость вращения платформы, сек ^–1;

– скорость вращения платформы, об/мин.

 

2.1.2 Требуемая мощность электродвигателя:

,

где – требуемая мощность электродвигателя, кВт;

– КПД привода;

 – КПД отдельных звеньев кинематической цепи, примерные значения которых приведены в таблице 1.1.

Таблица 1.1

Значения КПД элементов привода

Тип элемента привода
Зубчатая передача (закрытая): цилиндрическая коническая	0,97…0,99 0,96…0,98
Зубчатая передача (открытая): цилиндрическая коническая	0,93…0,95 0,92…0,94
Червячная передача (закрытая):
Ременная передача: с плоским ремнем с клиновыми (поликлиновым) ремнями	0,96…0,98 0,95…0,97
Цепная передача: открытая закрытая	0,92…0,95 0,94…0,96
Муфта соединительная	0,98
Подшипники качения (одна пара)	0,99

Примечание: КПД червячных передач сильно зависит от передаточного числа, которое на данном этапе проектирования неизвестно, поэтому предварительно рекомендуется принять . После окончательного определения передаточного числа следует уточнить КПД червячного редуктора и всего привода.

 

 

2.1.3 Подбор электродвигателей

Двигатель подбирается по передаваемой мощности. Условие выбора:

,

где  – мощность двигателя по каталогу.

Для асинхронных двигателей допускается перегрузка 8% – при постоянной нагрузке, и 12% – при переменной нагрузке.

В большинстве случаев можно подобрать несколько электродвигателей требуемой мощности, с разными скоростями вращения. Данные о выбранных электродвигателях необходимо свести в таблицу 1.2.

Если мощность двигателя по каталогу  больше требуемой мощности , то расчетная мощность двигателя . Если двигатель работает с перегрузкой (), то .

Таблица 1.2

Параметры выбранных электродвигателей

	Обозначение электродвигателя	Мощность P, кВт	n эд. ном., об/мин	u привода
1
2
3
4

 

2.1.4 Передаточное число привода

Передаточное число привода для каждого варианта электродвигателя:

,

где  – частота вращения приводного вала рабочей машины:

для ленточных транспортеров, грузоподъемных и прочих машин:

,

для цепных транспортеров:

,

где  – линейная скорость тягового органа, м/сек;

D – диаметр барабана, мм;

t – шаг тяговой цепи для цепных транспортеров, мм;

z – число зубьев тяговой звездочки.

Для поворотных платформ  указано в задании.

 

2.1.5 Определение диапазона передаточных чисел привода

Передаточное число привода равняется произведению передаточных чисел составляющих его ступеней:

.

Количество ступеней в приводе и виды передач определены в задании. Если в кинематической схеме передачи какого-либо одного вида встречается более одного раза (например, в двухступенчатом зубчатом редукторе), то обычно их различают как быстроходная и тихоходная ступени.

Рекомендованные и предельные значения передаточных чисел различных передач приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.3

Рекомендуемые и предельные значения передаточных чисел

механических передач

Вид передачи	Твердость зубьев	Передаточное число
Закрытая цилиндрическая зубчатая:
тихоходная ступень во всех редукторах ()	£ 350 HB	2,5…5,6	до 6,3
	40…56 HRC	2,5…5,6	до 6,3
	56…63 HRC	2…4	до 5,6
быстроходная ступень в редукторах по развернутой схеме ()	£ 350 HB	3,15…5,6	до 8
	40…56 HRC	3,15…5,6	до 7,1
	56…63 HRC	2,5…4	до 6,3
быстроходная ступень в соосном редукторе ()	£ 350 HB	4…6,3	до 8
	40…56 HRC	4…6,3	до 7,1
	56…63 HRC	3,15…5	до 6,3
Открытая цилиндрическая зубчатая	£ 350 HB	3…7	до 16
Коробка передач	любая	1…2,5	до 3,1
Закрытая коническая зубчатая	£ 350 HB	1…4	до 6,3
	³ 40 HRC	1…4	до 5
Открытая коническая зубчатая	£ 350 HB	2…4	до 8
Червячная	–	16…50	8…80
Ременная с клиновыми и поликлиновыми ремнями	–	2…4	1,5…8
Цепная	–	1,5…5	до 10

По табличным данным можно определить диапазон, в котором будет находится передаточное число привода.

, .

В исключительных случаях в качестве минимальной или максимальной величины можно принимать предельные значения передаточного числа.

Передаточное число привода должно находится внутри этого диапазона:

Варианты приводов, передаточное число которых не попадает в указанный диапазон можно исключить из рассмотрения. Из оставшихся вариантов необходимо выбрать один, обеспечивающий минимальные габариты и массу (следовательно, и стоимость) привода.

Обычно из оставшихся вариантов выбирают электродвигатель с меньшей частотой вращения, так как этот вариант имеет меньшее передаточное число привода, и, следовательно, меньшую массу и габариты. Кроме того, следует помнить, что чем меньше скорости вращения в приводе, тем меньше износ, шум, вибрация. Поэтому при всех одинаковых параметрах следует отдавать предпочтение вариантам с электродвигателями с меньшими скоростями вращения, хотя они больше по габаритам, массе и стоимости. Но проигрыш в массе электродвигателя, как правило, гораздо меньше, чем выигрыш в массе механических передач всего привода.