Кинематический расчет и выбор электродвигателя
Расчет привода начинают с составления кинематической схемы (если она не задана) или ее анализа. Затем определяют общий КПД привода, общее передаточное число разбивают по ступеням и выбирают электродвигатель. Исходные данные для этого расчета даны в задании: мощность на выходном валу привода и его частота вращения.
По эти данным определяют мощность электродвигателя и осуществляют его выбор по быстроходности. Следует учитывать, что при одной и той же мощности более быстроходные двигатели имеют меньшие габариты и массу, однако при их выборе приходится назначать большие передаточные числа привода, что усложняет его конструкцию и приводит к увеличению габаритов. Обычно для приводов общего назначения стремятся выбирать двигатели средней быстроходности и средние передаточные числа элементов привода.
При других исходных данных мощность на выходном валу определяется по зависимостям [13]:
Р = Fv
Р = Тω
где F – окружное усилие на выходном колесе, шкиве или барабане, v – окружная скорость, Т – вращающий момент, ω – угловая скорость.
Рассмотрим порядок расчета на примере привода с открытой цепной передачей и одноступенчатым цилиндрическим редуктором (Рис. 3.1).
F 1
Рд ω1
2
5 3
 | |||||
 | |||||
 | |||||
4 С
ац γ Рб ω3 ω2
А В
 | |||
 | |||
Рис. 3.1 Схема привода
1-электродвигатель, 2-соединительная муфта, 3-редуктор, 4-цепная передача, 5-барабан, ω1 ,ω2 ,ω3 – угловая частота вращения вала двигателя (ведущего вала редуктора), ведомого вала редуктора, вала барабана, γ – угол расположения цепной передачи, ац – межосевое расстояние цепной передачи, Рд и Рпр – мощность электродвигателя и на валу барабана, F – сила натяжения ленты транспортера.
Общий КПД привода: η = η1 η22 η3 η4
где η1 – КПД пары зубчатых колес редуктора, η2 – КПД пары подшипников зубчатой передачи (степень 2 указывает на число пар подшипников в одноступенчатом редукторе), η3 – КПД открытой передачи, η4 – КПД опор внешнего механизма (например, опор приводного барабана ленточного транспортера).
Примерные КПД элементов привода приведены в табл. 3.1 [13].
Таблица 3.1 КПД передач и подшипников
| Тип передачи | Закрытая | Открытая |
| Зубчатая цилиндрическая | 0,96-0,98 | 0,93-0,95 |
| Зубчатая коническая | 0,95-0,97 | 0,92-004 |
| Червячная самотормозящая | 0,40 | 0,30 |
| Червячная несамотормозящая при числе заходов червяка: | 0,65-0,7 0,7-0,75 0,8-0,85 0,85-0,9 | 0,5-0,6 0,6-0,7 - - |
| Цепная передача | 0,95-0,97 | 0,90-0,93 |
| Фрикционная передача | 0,90-0,96 | 0,70-0,88 |
| Ременная передача плоским или клиновым ремнем | - | 0,94-0,97 |
| Одна пара подшипников качения | 0,99-0,995 | |
| Одна пара подшипников скольжения | 0,98-0,99 |
Требуемая мощность электродвигателя:
РТР = Рд = Р б / η
По полученной величине мощности и с учетом максимально возможного передаточного числа привода (редуктор + внешняя передача) из справочных таблиц выбирают электродвигатель так, чтобы его мощность превышала расчетную. Частота вращения ротора электродвигателя будет равна:
nдв = nб u
где nб – заданная частота вращения выходного элемента привода (например – барабана), u - общее передаточное число передач привода.
u = uред uвн
где uред – передаточное число редуктора, uвн – передаточное число внешней открытой передачи.
Максимальные и рекомендуемые передаточные числа для элементов передач по ГОСТ 2185 — 81 приведены в табл. 3.2 [13].
Таблица 3.2 Передаточные числа механических передач
| Тип передачи | Рекомендуемые средние значения | Наибольшие значения |
| Редуктор одноступенчатый цилиндрический | 3-6 | 12,5 |
| Редуктор конический | 2-3 | 6,3 |
| Редуктор червячный | 10-40 | |
| Открытая зубчатая передача | 3-7 | 15-20 |
| Открытая червячная передача | 10-60 | |
| Цепная передача | 2-6 | |
| Фрикционная передача | 2-4 | |
| Плоскоременная передача | 2-5 | |
| Клиноременная передача | 2-5 |
Тип двигателя выбирают в зависимости от условий эксплуатации привода [13].
Двигатели А2 – трехфазные асинхронные с короткозамкнутым ротором, защищенные от частиц и капель, падающих под углом 450 к вертикали, и предохраненные от прикосновения к вращающимся частям, находящимся под напряжением. Двигатели АО2 – закрытые обдуваемые.
Существуют следующие их модификации: АОП2 – с повышенным пусковым моментом, АОС2 – с повышенным скольжением, АОТ2 – для текстильной промышленности, АОВ2 – двигатель, встраиваемый в корпус механизма, АОЛ2 – двигатель в алюминиевом корпусе.
Двигатели А2, АО2, АОЛ2 применяют в машинах, к пусковым характеристикам которых не предъявляют повышенных требований. При этом двигатели последнего типа целесообразнее в машинах, к которым предъявляются требования малой массы. Двигатели АОП2 используют в машинах, испытывающих высокие нагрузки при пуске (плунжерные насосы, компрессоры, конвейеры, шнеки, шлифовальные станки). Двигатели АО2 используют в машинах с большими маховыми массами и неравномерной нагрузкой с частыми пусками и реверсом (ковочные прессы, лебедки, гильотинные ножницы, поршневые компрессоры). Двигатели АОТ2 используют при необходимости круглосуточной работы и в условиях мелковолокнистых загрязнений воздуха.
После выбора электродвигателя проводится расчет частот вращения, угловых скоростей и вращающих моментов всех валов привода (табл. 3.3).
Таблица 3.3 Кинематический расчет привода.
| Вал | Частота вращения, об/мин | Угловая скорость, рад/с | Вращающий момент, Н мм |
| А | nб = nзад | ω3=π nб/30 | Т3 = Т1u |
| В | n2= n1/ uред | ω 2= ω3/ uред | Т2 = Т1 uред |
| С | n1= nдв | ω 1=π nдв/30 | Т1 = Ртр / ω 1 |