Теоретические основы выбора электродвигателя

ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ И КИНЕМАТИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ

 

Методические указания к практическому занятию

по дисциплине «Детали машин и основы конструирования»

для студентов направлений 151900.62, 190600.62, 241000.62,

по дисциплине «Основы проектирования»

для студентов направления 150700.62,

по дисциплине «Прикладная механика»

для студентов специальности 130400.65

всех форм обучения

 

Составитель О. В. Любимов

 

Утверждены на заседании кафедры

Протокол № 4 от 27.11.2013

 

Рекомендованы к печати

учебно-методической комиссией

направления 151900.62

Протокол № 2 от 13.01.2014

 

Электронная копия находится

в библиотеке КузГТУ

 

Кемерово 2014

Цель занятия. Общие положения

 

Цель практического занятия – освоение методики выбора электродвигателя, являющегося основным источником движения приводов общего назначения.

Работа рассчитана на 2 часа.

Современная машина имеет, как известно, рабочие органы и их привод. Конструкция и вид рабочих органов определяются целевым назначением машины. Структурная схема машины включает двигатель какого-либо определенного типа и одну или несколько связанных между собой передач. Последние служат для передачи энергии двигателя к рабочему органу и могут быть механическими, электрическими, гидравлическими, пневматическими и комбинированными.

В современной технике у подавляющего числа машин движение рабочих органов является вращательным. К таковым относятся транспортные машины, разнообразное основное и вспомогательное оборудование, средства механизации различных работ и т.п. Приводы большинства этих машин допускают применение стандартных двигателей и типовых механических передач, т.е. это – приводы общего назначения.

Рациональное проектирование приводов общего назначения должно способствовать повышению их КПД и надежности.

Тип двигателя выбирается с учетом:

1) назначения машины;

2) наличия того или иного источника энергии;

3) величины потребной мощности;

4) ограничений по массе, габаритным размерам и условиям работы привода;

5) режима работы привода.

Наличие электроэнергии предопределяет выбор электропривода как наиболее простого и надежного [1, 2].

Кинематический расчет привода позволяет определить:

1) передаточное отношение привода при выбранном двигателе и его разбивку по ступеням;

2) частоты вращения валов привода, мин^–1;

3) мощности на валах привода, кВт;

4) вращающие моменты на валах редуктора, Н∙м.

Теоретические основы выбора электродвигателя

 

Выбор электродвигателя из стандартного ряда осуществляется по мощности и частоте вращения.

Ориентировочная мощность электродвигателя

, кВт,                            (1)

где  – мощность на приводном валу, кВт;  – общий КПД привода.

Значение мощности на приводном валу  известно из технического задания на проектирование привода или определяется:

,                                   (2)

где  – тяговое усилие на рабочем органе, Н;  – скорость рабочего органа, м/с.

Величина общего КПД  определяется по формуле

,                                 (3)

где  - КПД отдельных звеньев кинематической цепи [1], ориентировочные значения которых приведены в табл. 1.

Таблица 1

Тип передачи	h
Зубчатая (с опорами, закрытая):
- цилиндрическая	0,96...0,98
- коническая	0,95...0,97
Планетарная (закрытая):
- одноступенчатая	0,9...0,95
- двухступенчатая	0,85...0,9
Червячная (закрытая) при передаточном числе:
- св. 30	0,7...0,8
- св. 14 до 30	0,75...0,85
- св. 8 до 14	0,8...0,9
Ременная (все типы)	0,94...0,96
Цепная	0,92...0,95
Муфта соединительная	0,98
Подшипники качения (одна пара)	0,99

Принимаемая паспортная мощность двигателя и его габариты, оказывающие влияние на общие габариты привода, будут меньше, если вести выбор по эквивалентной мощности, учитывающей переменный режим работы привода:

, кВт,                        (4)

где  – мощность двигателя при i -м режиме работы, кВт;  – время действия i -го режима работы, ч; t – общее время работы привода, ч.

Ориентировочная частота вращения электродвигателя

, мин^-1,                       (5)

где  – частота вращения приводного вала, мин^-1;  – ориентировочное общее передаточное отношение привода.

Значение частоты вращения на приводном валу  известно из технического задания на проектирование привода или определяется:

а) для привода ленточного конвейера

, мин^-1,                  (6)

где  – диаметр тягового барабана, мм;

б) для привода цепного конвейера

, мин^-1,                 (7)

где z – число зубьев тяговой звездочки; t – шаг тяговой звездочки, мм.

Величина ориентировочного общего передаточного отношения определяется по формуле

,                                (8)

где  - передаточные отношения механических передач, входящих в кинематическую цепь привода [1], рекомендуемые значения которых приведены в табл. 2.

Таблица 2

Вид передачи	Твердость зубьев	Значение передаточных отношений
Зубчатая цилиндрическая:
- тихоходная ступень во	£ HB 350	2,5...5	6,3
всех редукторах ( Т)	HRC 40...56	2,5...5	6,3
	HRC 56...63	2...4	5,6
- быстроходная ступень в	£ HB 350	3,15...5	8
редукторах с развернутой	HRC 40...56	3,15...5	7,1
схемой ( Б)	HRC 56...63	2,5...4	6,3
- быстроходная ступень в	£ HB 350	4...6,3	10
соосном редукторе ( Б)	HRC 40...56	4...6,3	9
	HRC 56...63	3,15...5	8
Коробка передач	Любая	1...2,5	3,15
Зубчатая коническая	£ HB 350 ³ HRC 40	1...4 1...4	6,3 5
Червячная	–	16...50	80
Цепная	–	1,5...4	10
Ременная	–	2...4	8

По полученным значениям осуществляется выбор электродвигателя из стандартного ряда таким образом, чтобы его паспортная мощность  несколько превышала ориентировочную , а паспортная частота вращения  как можно меньше отличалась от ориентировочной .

Допускается перегрузка двигателя до 5...8 % при постоянном режиме работы и до 10...12 % при переменном режиме [2].

При выборе  предпочтение отдается двигателям с большей паспортной (асинхронной) частотой вращения – из габаритных соображений.

В качестве примера стандартного ряда в табл. 3 приведены паспортные данные трехфазных асинхронных короткозамкнутых двигателей серии АИР ТУ 16-525.564-84 [1]; в прил. А – эскизы основных исполнений электродвигателей этой серии. В аналогичный стандартный ряд организованы двигатели серии 4А ГОСТ 19523-74 [2].

Таблица 3

, кВт	Синхронная частота, мин-1
	3000			1500
	Тип	, мин–1		Тип	, мин–1
0,25
0,37
0,55				71A4	1390
0,75	71A2	2840		71B4	1390
1,1	71B2	2810		80A4	1420
1,5	80A2	2850		80B4	1415
2,2	80B2	2850		90L4	1425
3	90L2	2840		100S4	1435
4	100S2	2880		100L4	1430
5,5	100L2	2880		112M4	1445
7,5	112M2	2900		132S4	1455
11	132M2	2900		132M4	1460
15	160S2	2940		160S4	1465
18,5	160M2	2940		160M4	1465
22	180S2	2945		180S4	1470
30	180M2	2945		180M4	1470
, кВт	Синхронная частота, мин-1
	1000		750
	Тип	, мин–1	Тип		, мин–1
0,25			71B8		680
0,37	71A6	910	80A8		675
0,55	71B6	900	80B8		700
0,75	80A6	915	90LA8		700
1,1	80B6	920	90LB8		700
1,5	90L6	935	100L8		700
2,2	100L6	950	112MA8		700
3	112MA6	955	112MB8		700
4	112MB6	950	132S8		720
5,5	132S6	965	132M8		720
7,5	132M6	970	160S8		730
11	160S6	975	160M8		730
15	160M6	975	180M8		730
18,5	180M6	975
22
30