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 этим 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.

Вращающий момент на выходном валу привода определяется по зависимости [13]:

Если задано окружное усилие на выходе привода, то расчет начинается следующим образом:

;

где Р₃ – мощность на выходном валу привода, Вт; F – окружное усилие на выходном колесе, шкиве или барабане, Н; D – диаметр наружного барабана, шкива, любого рабочего органа, м; Т₃ – вращающий момент на выходном валу, Н.м; ω₃ – угловая скорость на выходном валу, рад/с.

Рассмотрим порядок расчета на примере привода с открытой цепной передачей и одноступенчатым цилиндрическим редуктором (Рис. 3.1).

F 1

Р_д ω₁

2

5 3

4 А

а_ц γ Р₃ ω₃ ω₂

С 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, рад/с, γ – угол расположения цепной передачи, град, а_ц – межосевое расстояние цепной передачи, мм, Р_д и Р₃ – мощность электродвигателя и на валу барабана, Вт, F – сила натяжения ленты транспортера или другое рабочее усилие привода, Н.

Общий КПД привода: η = η₁ η₂^к η₃ η₄ η₅

где η₁ – КПД пары зубчатых колес редуктора, η₂ – КПД пары подшипников зубчатой передачи (степень к указывает на число пар подшипников в редукторе и приводе), η₃ – КПД открытой передачи, η₄ – КПД опор внешнего механизма (например, опор приводного барабана ленточного транспортера), η₅ – КПД муфты.

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
Муфта (соединительная или предохранительная)	0,98

Требуемая мощность электродвигателя:

Р_ТР = Р_д = Р₃ / 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:

n_дв = n₃ u

где n₃ – заданная частота вращения выходного элемента привода (например – барабана), u - общее передаточное число передач привода.

u = u_ред u_вн

где u_ред – передаточное число редуктора, u_вн – 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

С учетом изложенного находят диапазон (минимальные и максимальные) частот вращения двигателя:

n_дв = n_б (u_редmin … u_редmax)( u_внmin ... u_внmax)

Тип двигателя выбирают в зависимости от условий эксплуатации привода [13], приложение 1. При этом мощность двигателя выбирают в левой графе, принимая относительно найденной Р_д большее значение. Частоту вращения выбирают по первой горизонтальной строке в соответствии с приведенными выше рекомендациями. Тип двигателя и частота вращения его ротора будут найдены на пересечении линий от величины мощности и частоты вращения.

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 м
А	n1= nдв	ω 1=π nдв/30	Т1 = Т2 /( uред η1 η2к) или Т1 = Р3 / (ω 1 η1 η2к)
В	n2= n3 uвн	ω 2= ω3 uвн	Т2 = Т3 /(uвн η3 η4) или Т2 = Р3 / (ω 2 η3 η4)
С	n3 = nзад	ω3=π n3/30	Т3 = Р3 / ω 3