механика

Министерство образования и науки Российской Федерации

Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова

А.В. Баранов, С.В. Тарасевич, И.М. Ковалев

КИНЕМАТИЧЕСКИЙ И СИЛОВОЙ РАСЧЕТ СТАЦИОНАРНОГО ИНДИВИДУАЛЬНОГО ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ПРИВОДА

Методические указания по выполнению механической части расчетных заданий, курсовых и дипломных проектов для специальностей технического направления

Изд-во АлтГТУ г. Барнаул 2009

УДК 621.81

Баранов, А.В. Кинематический и силовой расчет стационарного индивидуального электромеханического привода. Методические указания по выполнению расчетных заданий и курсовых проектов по деталям машин и механике/ А.В. Баранов, С.В. Тарасевич, И.М. Ковалев; Алт. гос. техн. ун-т им. И. И. Ползунова. – Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2009. – 24 с.

Приведена методика выполнения кинематического и силового расчетов приводов, в состав которых входят электродвигатель, однодвухступенчатые редукторы, открытые передачи (зубчатые или с гибкой связью), муфты и т. д. Методические указания предназначены для студентов, изучающих курсы «Детали машин и основы конструирования» , «Механика». Также издание может быть использовано студентами специальности 260601"Машины и аппараты пищевых производств" при выполнении курсового проекта по дисциплине «Технологическое оборудование предприятий отрасли» и дипломного проектирования.

Методические указания рассмотрены и утверждены на заседании кафедры «Детали машин».

Протокол № 5 от 15.01.09 г.

2

ВВЕДЕНИЕ

Привод – это энергосиловое устройство, приводящее в движение машину или механизм. Иными словами, привод машины есть устройство, предназначенное для преобразования подводимой первичной энергии в механическую работу, выполняемую исполнительными органами машины, связанными с выходными звеньями привода. Он состоит обычно из источникаэнергии, передаточногомеханизмаиаппаратурыуправления.

Разработка конструкции и расчет стационарного индивидуального электромеханическогопривода– сутькурсовогопроектаподеталяммашин имеханике.

Первымэтапомразработкиявляется кинематический исиловойрасчеты, результаты которых используются в качестве базы для дальнейшего расчета и проектирования элементов привода. Обычно кинематический и силовойрасчетведутвследующейпоследовательности.

1.Определениемощностинавыходепривода.

2.Определениеобщегок.п.д. привода.

3.Определениетребуемоймощностиэлектродвигателя.

4.Определение кинематических параметров выходного вала привода.

5.Определениеобщегопередаточногочислапривода.

6.Определение диапазона возможныхчастотвращениядвигателя.

7.Выборэлектродвигателя.

8.Уточнение общего передаточного числа и его разбивка по ступенямпривода.

9.Определение кинематических и силовых параметров на каждом валупривода.

10.Представлениерезультатованализаирасчета.

1 ИСХОДНЫЕ ПОЛОЖЕНИЕ

Источником механической энергии в приводе (рис.1) является электродвигатель (Э). Подобрать электродвигатель скоростные и силовые характеристики которого соответствовали бы потребителю (исполнительному устройству) в большинстве случаев невозможно. Для этой цели используются передаточные механизмы, функциями которых, кроме передачи механической энергии на расстояние, являются преобразование кинематических и силовых параметров.

Передаточные механизмы представляют собой несколько последовательно включенных передач (1,2...n), постепенно преобразующие

4

параметры движения вала двигателя до требуемых значений. Следует заметить, что механическая энергия от двигателя до потребителя доходит не полностью. Часть энергии теряется. Последняя, в большей степени, рассеивается в виде тепла в окружающую среду. Эффективность передачи энергии элементами привода характеризуется механическим КПД (ηi). Эффект постепенной потери мощности при передаче движения предполагает использования двигателей, мощность которых несколько больше требуемой выходной мощности привода. Учет этого эффекта является основой энергетического расчета и выбора двигателя.

Мощности энергетических потерь элементов привода

Рп=Рэ(1-η)

Рисунок1 - Структурнаясхемапривода

2 ВЫБОРЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

2.1 ОПРЕДЕЛЕНИЕМОЩНОСТИНАРАБОЧЕМОРГАНЕ

Величину РВЫХ (кВт) определяют (только в том случае, если она не задана) в соответствии с исходными данными технического задания.

1)При поступательно движущемся рабочем органе (цепной и ленточный конвейер, лебедка и т.д.) :

РВЫХ= F V,

где F,V – соответственно окружное усилие (кН) и окружная скорость (м/с) на приводном элементе рабочей машины.

В случае, когда окружная скорость V не задана, а известны диаметр барабана или приводной звездочки (D), угловая скорость (ω) или частота вращения (n) окружная скорость определяется расчетом:

V = Dω/2 или V = π D n /60.

5

Диаметр приводной звездочки цепного конвейера определяется: D=t.10-3/sin(180/zзв) , м,

где t – шаг цепи, мм; zзв – число зубьев звездочки.

2)При вращательном движении

РВЫХ= Tвых ωвых.10-3, где ωвых= π nвых /30.

2.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕОБЩЕГОК.П.Д. ПРИВОДА

Величину общего КПД привода η определяют в зависимости от КПД (ηi) элементов кинематической цепи привода от вала электродвигателя до приводного вала машины на которых происходят потери мощности:

η= η1 η2 ....ηn.

Значения КПД некоторых элементов привода приведены в табл.1.

Таблица 1 - КПД некоторых передач (с учетом потерь в подшипниках)

2.3 ОПРЕДЕЛЕНИЕТРЕБУЕМОЙМОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Требуемаямощностьэлектродвигателяопределяетсясоотношением:

Рэ.т.=Рвых/η.

6

нематическими возможностями передач привода, и определяется в соответствииссоотношением:

nэ.т..=. (umin ... umаx) nвых= nэ.т.min... nэ.т.max.

2.7 ВЫБОРЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

В приводах общемашиностроительного применения в качестве источника механической энергии в основном применяются трехфазные асинхронные двигатели типа АИР с короткозамкнутым ротором. При постоянных выходных характеристиках они являются наиболее универсальными и наиболеедешевымидвигателямистационарного привода.

Выборэлектродвигателяосуществляетсяпотабл. 4 сучетомусловий:

1.РэП≥ Рэ.т..

2.nэ = (nэmin.т....nэmax.т. ),

где РэП – паспортная номинальная асинхронная частота вращения двигателя. nэ - асинхронная номинальная частота вращения двигателя.

Примечание: Дляасинхронныхдвигателейдопускаетсяперегрузкадо5%. В пределах полученного диапазона частот вращения могут оказаться несколько двигателей, удовлетворяющих условиям выбора. В этом случае следует руководствоваться следующими рекомендациями, хотя они не являютсястрогообязательными.

Таблица 2 - Передаточные числа некоторых типов закрытых передач

8

1. Следует сравнить размеры двигателей. Обозначения двигателей в табл. 4 содержат две или три цифры, после которых приведены буквы, например 90L, 100S, 112М. Цифрами обозначен размер h – высота оси вала от опорной поверхности лап двигателя. Рекомендуется выбирать двигатель с меньшим числом в обозначении (с меньшей высотой h). Масса, размеры и стоимостьтакогодвигателяменьше.

Таблица 4.1 - Технические данные двигателей серии АИР

1. Отношение максимального вращающего момента к номинальному Тmax / T=2,2; для двигателей, отмеченных знаками это отношение равно: 1- =2,7; 2- =2,9; 3- =2,4; 4- =2,5; 5- =2,6. 2. Пример обозначения двигателя: «Двигатель АИР100L2 ТУ 16 – 525.564 – 84».

9

Исполнение IM1081

Исполнение IM3081

2.Если число h у обоих двигателей одинаковое, надо выбирать двигатель с меньшей частотой вращения вала. Масса размеры и стоимость такого двигателя примерно одинакова, а передаточные числа и, следовательно, размерыпередачбудутменьше.

3.По возможности не выбирать двигатель значение частоты вращения nэ

валакоторогоблизкок верхнейграницедиапазона(nэmax.т. ).

4.Отдавать предпочтение наиболее распространенным двигателям с синхронной частотой вращения 1500 мин-1.

5.Использовать двигатели с синхронной частотой вращения 750 мин-1 следует только если другие двигатели не подходят.

10