Учебное пособие 1242
.pdf
КПД механизмов и кинематических пар, входящих в привод:
|
|
|
1 2 3 ... k . |
|
|
Значения КПД различных передач и подшипников |
|||
|
приведены в табл. 5.1. |
|
|
|
|
Если указаны вращающий момент Мр (Н*м) на |
|||
|
ведомом валу и его угловая скорость p |
(рад/с), то |
||
|
потребная мощность электродвигателя (кВт) |
|
||
|
10 3 |
p |
/ . |
(5.3) |
|
p |
|
|
|
Рис. 5.1 |
В заданиях на проектирование приводов к |
|||
|
||||
конвейерам и транспортерам указывают обычно тяговое усилие |
Pv (Н) и |
|||
скорость v (м/с) конвейерной ленты. Тогда потребная мощность электродвигателя (Вт)
v / . |
(5.4) |
Рис. 5.2. Асинхронный двигатель трехфазного тока.
Исполнение М200
По мощности N выбирают, как правило, асинхронный электродвигатель трехфазного тока.
5.2. Асинхронные электродвигатели трехфазного тока
На рис. 5.1 представлена механическая характеристика асинхронного двигателя, выражающая зависимость частоты вращения вала двигателя от величины вращающего момента, приложенного к этому валу. Здесь Мном- номинальный вращающий момент; Мнач (или Мпуск) - момент, развиваемый при пуске двигателя; Ммах - максимальный кратковременный момент; nном – номинальная частота вращения, об/мин; nкр- критическая частота вращения; nс –
31
синхронная частота вращения, т. е. частота вращения магнитного поля, зависящая от частоты тока f и числа пар полюсов р nc 60 f / p .
При отсутствии нагрузки на двигатель вал двигателя вращается с частотой, близкой с синхронной частоте.
Синхронная угловая скорость в рад/с
c 2 f / p .
При стандартной частоте электосети f= 50 с-1 и числе пар полюсов от 1 до 6 (т. е. при числе полюсов 2р = 2 ... 12) синхронная частота вращения nс соответственно равна 3000, 1500, 1000, 750, 600, 500 об/мин. Применение тихоходных электродвигателей, имеющих nс< 750 об/мин (при 2 p 8 ), может быть вызвано только существенной необходимостью.
Для приводов, разрабатываемых в курсовых проектах, рекомендуется выбирать электродвигатели, имеющие не более 4 пар полюсов, т. е. с nс 750 об/мин.
Под действием нагрузки частота вращения ротора n умень-шается в сравнении с nс, и возникает скольжение s, определяемое по формуле s ( nc n ) / nc .
Следовательно,
n nc 1 s . |
(5.5) |
При определении общего передаточного отношения привода используют частоту вращения, указываемую в каталогах электродвигателей и в таблицах, соответствующую номинальному режиму.
В некоторых каталогах двигателей приводится синхронная частота вращения ротора и скольжение s в процентах. В таких случаях для определения nном используют формулу (5.5).
Механическая характеристика трехфазного асинхронного двигателя
имеет две характерные точки: при пуске двигателя n = 0; s = 1; M= Mпуск; при n= nс скольжение s = 0; M = 0.
К основным типам асинхронных электродвигателей трехфазного тока, предназначенных для приводов общего применения, относят двигатели единой серии марок:
4А - электродвигатели в закрытом обдуваемом исполнении. Технические данные двигателей этих типов указаны в ГОСТах и технических условиях.
АОП2 - то же, с повышенным пусковым моментом, для привода машин, имеющих большую пусковую нагрузку (конвейеры, транспортеры и т. д.);
АОС2 - то же, с повышенным скольжением, для приводов машин с ударными нагрузками, с частыми пусками и переключениями (прессы, молоты
32
ипр.).
Втипоразмере двигателя цифра 4 означает порядковый номер серии, А- род двигателяасинхронный. Буква А на третьем месте означает, что корпус и щиты двигателя алюминиевые. Если эта буква отсутствует, то корпус и щиты двигателя изготовлены из чугуна. Цифры и буквы, идущие далее, означают габариты статора, сердечника. Число полюсов указывается цифрами 2, 4, 6, 8 перед буквами УЗ, обозначающими и особенности исполнения двигателя, рассчитанные на различные климатические условия эксплуатации двигателя. Например, 4АА250М2УЗ означает: электродвигатель асинхронный закрытый обдуваемый с высотой расположения оси ротора 250 мм, число полюсов 6, двигатель предназначен для работы в зонах с умеренным климатом.
Следовательно, синхронная частота вращения ротора этого электродвигателя пс
= 3000 об/мин.
Форма исполнения электродвигателей:
M100 - электродвигатели горизонтальные, станина на лапах; М200 - то же и дополнительно с фланцем на щите (рис. 5.2); М300 - горизонтальные, с фланцем на щите, без лап; М302 - вертикальные, с фланцем на щите, без лап.
Технические данные электродвигателей содержатся в таблицах,
приведенных в справочниках по электродвигателям. |
|
Используются следующие обозначения: |
|
nном - номинальная частота вращения вала двигателя в об/мин; |
|
Kmax M max / M ном - коэффициент максимальной перегрузки - |
кратность |
пускового момента; |
|
M max , M ном - максимальный (опрокидывающий, приводящий к останову |
|
двигателя) и номинальный вращающие моменты на валу |
двигателя. |
5.3. Передаточное число привода
Для определения передаточного числа привода надо знать частоту вращения п двигателя в номинальном режиме (частоты приведены в соответствующих справочниках) и частоту вращения входного вала привода np.
Если np не задана непосредственно, то ее определяют по другим
исходным данным, например, если даны скорость v (м/с) ленты транспортера и диаметр барабана D (м), то
np 60v об мин .
D
33
Передаточное число привода i |
n |
i i |
...i |
, |
|
||||
|
1 2 |
|
k |
|
|
np |
|
|
|
где il, i2, ..., ik - передаточные числа отдельных передач, входящих в привод (средние значения их указаны в табл. 5.2).
Таблица 5.2 Рекомендуемые средние значения передаточных чисел передач
Передача |
|
i |
Зубчатая: |
|
|
с цилиндрическими колесами |
3 |
- 6 |
с коническими колесами |
2 |
- 4 |
Червячная |
8 |
- 40 |
Цепная |
3 |
–6 |
Ременная |
2 |
- 4 |
При выборе передаточного числа передачи следует иметь в виду, что передаточные числа стандартизованы и входят в стандартные ряды, приведенные в табл. 5.2, 5.4
Таблица 5.3
Рекомендуемые передаточные числа для закрытых одноступенчатых цилиндрических и конических редукторов
1-й ряд |
1,0 |
1,25 |
1,6 |
2,0 |
2,5 |
3,15 |
4,0 |
5,0 |
6,3 |
8,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2-й ряд |
1,12 |
1,4 |
1,8 |
2,24 |
2,8 |
3,55 |
4,5 |
5,6 |
7,1 |
9,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 5.4
Рекомендуемые передаточные числа для закрытых одноступенчатых червячных редукторов при числах заходов червяка z1 =1; 2 и 4
1-й ряд |
8,0 |
10,0 |
12,5 |
16 |
20 |
25 |
31,5 |
40 |
50 |
63 |
80 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2-й ряд |
9,0 |
11,2 |
14 |
18 |
22,4 |
28 |
35,5 |
45 |
56 |
71 |
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
34
При выборе передаточных чисел первый ряд следует предпочитать второму.
Отклонение расчетного передаточного числа от стандартного значения не должно превышать 2,5% при и < 4,5 и 4% при и > 4,5.
Оптимальное распределение передаточных чисел по отдельным передачам, а также по ступеням редуктора, позволяет значительно снизить габаритные размеры привода в целом.
5.4. Пример расчета.
Произвести кинематический расчет привода, схема которого показана на рис. 4.1, при следующих данных; диаметр барабана D = 500 мм, тяговое усилие на ленте Р = 4000 Н, скорость ленты v = 0,8 м/с. Подобрать двигатель.
Решение.
Принимаем КПД передач, показанных на рис. 4.1, в соответствии с табл. 5.1: ременной передачи 1 = 0,98; зубчатой кинематической пары z = 0,98;
цепной передачи 3 = 0,96; потери в опорах трех валов 3p = 0,993.
КПД всего привода
1 z 3 3p 0,98 0,98 0,96 0,993 0,89 .
Потребная мощность электродвигателя
v 4000 0,8 3600Вт .
0,89
Частота вращения вала барабана
np |
60v |
|
60 0.8 |
30,5 об мин . |
|
D |
3,14 0,5 |
||||
|
|
|
Из таблицы параметров двигателя выбираем ближайшие по мощности электродвигатели:
4А112МВ6УЗ, с N= 4 кВт и nном = 950 об/мин; 4А100L4УЗ, с N = 4 кВт и nном = 1430 об/мин.
Тогда
n1 950 об/мин, n2 1430 об/мин.
Определяем передаточные числа привода:
в первом случае i1 n1 950 31,02 ; np 30,5
35
во втором i |
n2 |
|
1430 |
46 ,89 . |
|
|
|||
2 |
np |
30,5 |
|
|
|
|
|||
Для первого варианта по табл. 5.4 выбираем для ременной передачи u1 = 2; для редуктора u2 = u = 4 и для цепной передачи u3 = 4. В тех случаях, когда передаточное число редуктора задано, выбираются передаточные отношения остальных механизмов, входящих в привод.
Общее передаточное число привода
i u1u2 u3 2 4 4 32 .
Отклонение от заданного передаточного числа
i |
|
|
|
|
32 31,02 |
|
100 3,15% . |
|
|
i1 i |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
||||
|
i |
|
31,02 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|||
Для второго варианта по табл. 2.4 выбираем для ременной передачи u1 = 3; для редуктора u2 = u = 4 и для цепной передачи u3 = 4. Общее передаточное число привода
i u1u2 u3 3 4 4 48 .
Отклонение от заданного передаточного числа
i |
|
|
|
|
48 46 ,89 |
|
100 2,36% . |
|
|
i2 i |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
||||
|
i |
|
46 ,89 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|||
Допускаемое отклонение передаточного числа равно 3%. Поэтому более приемлем второй двигатель.
Следует отметить, что во всех дальнейших расчетах привода следует использовать требуемую мощность двигателя, равную в данном случае 3600 Вт, а не номинальную мощность двигателя.
Следует всячески избегать превышения потребной мощности для двигателя его номинальной мощности. В особых случаях ели требуемая мощность двигателя превышает его номинальную мощность, то необходима проверка двигателя по перегрузке по мощности по формуле
N Nном N 100% .
Nном
Допустимая перегрузка по мощности составляет 3%.
В общем случае выбор варианта кинематической схемы и разбивка общего передаточного числа привода по входящим в него передачам допускают множество решений. Например, установка двухступенчатого редуктора позволяет не использовать ременную или цепную передачу, а червячный редуктор дает возможность получить заданное передаточное число в одной ступени. Однако КПД червячного редуктора значительно ниже, чем у зубчатого редуктора. Червячный редуктор менее долговечен, чем двухступенчатый редуктор и при длительной работе может потребоваться его принудительное
36
охлаждение.
На практике при выборе того или иного варианта кинематической схемы привода и распределении передаточных чисел по передачам, входящим в привод, следует принимать во внимание не только габариты этих передач, но и их надежность, экономичность, удобство монтажа и эксплуатации.
37
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.Александров А. В. Сопротивление материалов : учебник / А.В. Александров, В.Д. Потапов, Б.П. Державин. - 2-е изд., испр. - М. : Высш.
шк., 2001. – 560 с.
2.Олофинская В.П. Техническая механика: Курс лекций с вариантами практических и тестовых заданий: учеб. пособие / В. П. Олофинская. - М.: Форум; Инфра-М, 2005. - 349 с.
3.Курсовое проектирование деталей машин: Учеб. пособие для техникумов / С.А. Чернавский, Г.М. Ицкович, К.Н. Боков и др. – М.: Машиностроение, 1979, - 315 с., ил.
4.Конструирование узлов и деталей машин: Учебное пособие для втузов/ П.Ф.Дунаев, О.П.Леликов - М.: Высшая школа, 1995, 416 с.
5.Д.В. Хван В.А. Рябцев В.В. Елисеев Проектирование зубчатых редукторов: Допущено Учебно –методическим объединением вузов по образованию в области автоматизированного машиностроения (УМО АМ) в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки дипломированных специалистов “Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств”.
38
|
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
Введение.……………………………………………………………………... |
3 |
|
Занятие 1. 1. Растяжение – сжатие стержней и стержневых систем…..… |
4 |
|
Задача 1.1 (Построение эпюр нормальных сил и апряжений)…………… |
6 |
|
Задача 1.2 (Определение удлинений стержней и напряжений в стерж- |
8 |
|
нях плоской статически неопределимой системы) |
|
|
2. Кручение круглых прямых стержней валов)……………… |
11 |
|
Задача 2.1 (Построение эпюр крутящих моментов и максимальных |
|
|
касательных напряжений в сечениях статически определимого вала, |
|
|
определение |
диаметра вала и углов закручивания его |
|
сечений…………………………………………………………………………… |
13 |
|
Задача 2.2 (Определение диаметров сечений и деформаций |
|
|
ступенчатого стержня при кручении) ……………… |
16 |
|
Занятие №2. |
3. Определение внутренних силовых факторов в балках при |
|
плоском изгибе………………………………………………………………… |
20 |
|
Задача 3.1. ……….…………….………………………………………..… |
22 |
|
….Задача 3.2 (Построение эпюр поперечных сил и изгибающих моментов, |
|
|
подбор сечений заданного типа для двуопорной балки ………………….. |
24 |
|
Занятие №3. 4. Общие сведения о зубчатых передачах....………….…….… |
27 |
|
4.1 Общие сведения………………………………………..…….……...… |
27 |
|
4.2. Обзор основных типов редукторов ………………………………… |
27 |
|
4.2.1. Одноступенчатые цилиндрические редукторы…………………….. |
27 |
|
4.2.2. Одноступенчатые конические редукторы…………………………. |
28 |
|
5 Кинематический расчет привода……………………………………………. |
30 |
|
5.1. Определение мощности электродвигателя………………………………. |
30 |
|
5.2. Асинхронные электродвигатели трехфазного тока……………………… |
31 |
|
5.3. Передаточное число привода……………………………………………… |
33 |
|
5.4. Пример расчета…………………………………………………………….. |
35 |
|
Библиографический список…………………..………………………..……… |
38 |
|
Оглавление ……………………………………….………………………….… |
39 |
|
39
ПРИКЛАДНАЯ МЕХАНИКА
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к проведению практических занятий №№ 1-3 для студентов направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника» всех профилей заочной формы обучения
Составитель Рябцев Владимир Андреевич
В авторской редакции
Подписано к изданию .12.2021. Уч.-изд. л. 2.
ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический университет» 394026 Воронеж, Московский просп., 14
40