Кинематический и силовой расчет электромеханического привода

     Кинематический  и силовой расчет электромеханического привода 

     1. Исходные данные

      Окружная  сила на барабане F=8 кН

      Скорость  движения ленты V=0,8 м/с

      Шаг тяговой звездочки t=100 мм

      Число зубьев тяговой звездочки z=11 

     2. Выбор электродвигателя

     2.1 Требуемая мощность электродвигателя

            Р_эт=Р_в/η_общ

     1) Потребляемая мощность для приводного  вала по (2)

            Рв=F·V= 8·0,70 = 5,6 кВт

2) общий КПД  привода по (3) с учетом звеньев  кинематической цепи для проектируемого  привода

            η_общ=η_рем·η_ц.б.·η_ц.т.·η_м.т.·η_оп,

где η_рем – КПД ременной передачи, η_ц.б., η_ц.т. – КПД цилиндрической быстроходной  и тихоходной передач, η_м.т. – КПД муфты тихоходной, η_оп – КПД опор вала машины.

      По  табл. 1: η_м.т. = 0,98; η_рем = 0,95; η_ц.б. = η_ц.т. = 0,97; η_оп = 0,99.

      Тогда η_общ = 0,95·0,97·0,97·0,98·0,99 = 0,867.

      Требуемая мощность электродвигателя

            Р_эт = 5,6/0,867 = 6,46 кВт.

     2.2 Требуемая частота вращения вала  электродвигателя

            n_э.т. = n_в·u`_общ.

     1) Частота вращения вала машины  по (5)

           

2) Ожидаемое  общее передаточное число по (6) с учетом передач для проектируемого двигателя

      u`<sub>общ</sub> = u`_рем· u`<sub>ц.б.·</sub> u`_ц.т.,

где u`<sub>рем</sub> – передаточное число ременной передачи, u`_ц.б., u`_ц.т. – передаточные числа цилиндрической быстроходной и тихоходной ступеней редуктора.

      По  табл. 2: u`<sub>рем</sub> = (2…4), u`_ц.б. = (2,5…6,3), u`_ц.т. = (2,5…5).

      Минимальное и максимальное передаточное число

            u^min_общ = u^min_рем· u^min_ц.б.· u^min_ц.т. = 2·2,5·2,5 = 12,5;

            u^max_общ = u^max_рем· u^max_ц.б.· u^max_ц.т. = 4·6,3·5 = 126.

      Тогда минимальная и максимальная требуемая частота вращения электродвигателя

            n^min_э.т. = n_в·u^min_общ = 38,18·12,5 = 477,25 мин^-1,

            n^max_э.т. = n_в·u^max_общ. = 38,18·126 = 4810,68 мин^-1.

     2.3 По табл. 3 с учетом чловий (8) выбираем  электродвигатели:

      Мощность  двигателя по табл. 3.1 Р_э = 7,5 кВт > 0,96Р_э.т. = 6,2 кВт.

      По  диапазону требуемой частоты  вращения n_э.т. = (477,25…4810,68) мин^-1 подходят несколько двигателей. Предварительно выбираем два наиболее быстроходных двигателя , технические данные которых заносим в таблицу: 

 

     3. Определяем передаточное число  привода

     3.1 Общее передаточное число привода  для выбранных электродвигателей:

      u_общ = n_э/n_в = 2895/38,18 = 75,83;   u_общ = n_э/n_в = 1440/38,18 = 37,72.

     3.2. Передаточное число редуктора  определяем по (11) с учетом передаточного  числа ременной передачи, которое  предварительно принимаем: u_рем = 2,0; u_рем = 2,5; u_рем = 3,15:

      Двигатель АИР 112М2:

   

      Двигатель АИР 132S4:

   

      Результаты  расчета u_ред заносим в таблицу: 

 

Все расчетные  значения входят в диапазон предельных значений u_ред = [7,1…40] для цилиндрических соосных редукторов (табл. 5). В диапазон рекомендуемых передаточных чисел u_ред=(12,5…22,4) входят несколько расчетных значений u_ред (не вошли расчетные значения u_ред=37,92, u_ред=30,33 и u_ред=11,97), поэтому необходимо проанализировать полученные величины u_ред. В соответствии с рекомендациями п.2.2 при выборе оптимального варианта исключаем значение u_ред=24,07, т.к. оно получено при максимальном передаточном числе u_рем=3,15 и для самого быстроходного двигателя (асинхронная частота 3000 мин^-1). Отдаем предпочтение значению u_ред=18,86, полученному для двигателя с синхронной частотой вращения 1500 мин^-1. Выбираем для проектирования

      u_ред=18,86; u_рем=2,0; u_общ=37,72;  n_э=1440 мин^-1.

     3.3. По формулам табл. 5 определяем  передаточные числа u_б быстроходной и u_т тихоходной ступеней редуктора:

       ;

       ;

      Расчетные значения u_б и u_т округляем до ближайшего стандартного по табл. 6.1 - u_т=4,0; u_б=4,5. Уточняем передаточное число редуктора

      u_ред=u_б·u_т=4,0·4,5=18,0.

     3.4. С учетом принятых значений  u_б и u_т уточняем по (12) передаточное число ременной пердачи:

      u_рем=u_общ/u_ред=37,72/18=2,1.

      Результаты  расчета передаточных чисел заносим  в таблицу:

     4. Определяем частоту вращения, мощность  и вращающий момент на валах привода по формулам табл. 8:

     4.1. Частота вращения:

1. вал электродвигателя: n_э=1440 мин^-1;

2. быстроходный  вал редуктора: n_б=n_э/u_рем=1440/2,1=685,71 мин^-1;

3. промежуточный  вал редуктора: n_п=n_б/u_б=685,71/4,0=172,43 мин^-1;

4. тихоходный  вал редуктора: n_т=n_п/u_т=172,43/4,5=38,32 мин^-1;

5. вал машины: n_в=n_т=38,32 мин^-1.

      Полученное  значение частоты вращения n_в=38,32 мин^-1 практически совпадает, с учето погрешности вычислений, с величиной n_в=38,18 мин^-1, которую определяли выше по исходным данным.

     4.2. Мощность:

1. вал электродвигателя: Р_э.т.=6,46 кВт;

2. быстроходный  вал редуктора: Р_б=Р_э.т.·η_рем=6,46·0,95=6,137 кВт;

3. промежуточный  вал редуктора: Р_п=Р_б·n_ц.б.=6,137·0,97=5,953 кВт;

4. тихоходный  вал редуктора: Р_т=Р_п·η_ц.т.=5,953·0,97=5,774 кВт;

5. вал машины: Р_в=Р_т·η_мт·η_оп=5,774·0,98·0,99=5,6 кВт.

      Полученное  значение мощности Р_в=5,6 кВт совпадает с величиной потребляемой мощности Р_в=5,6 кВт, которую определяли выше по исходным данным.

      4.3. Вращающие моменты:

1. вал электродвигателя: Т_э=9554·Р_э.т./n_э=9554·6,46/1440=42,86 Н·м;

2. быстроходный  вал редуктора: Т_б=Т_э·η_рем·u_рем=42,86·0,95·2,1=85,51 Н·м;

3. промежуточный  вал редуктора: Т_п=Т_б·η_ц.б.·u_б=85,51·0,97·4,0=331,78 Н·м;

4. тихоходный  вал редуктора: Т_т=Т_п·η_ц.т.·u_т=331,78·0,97·4,5=1448,22 Н·м;

5. вал машины: Т_в=Т_т·η_мт·η_оп=1448,22·0,98·0,99=1405,1 Н·м.

      Результаты  расчета n, P, T заносим в таблицу: