Как вычислить мощность двигателя для кинематической схемы

Определение мощности электродвигателя и кинематический расчет привода. Практическая работа №1

Цель работы – закрепить материал по разделу,
включающему в себя приводы и трансмиссии
строительных машин.
Задание. По заданной кинематической схеме
привода и исходным данным определить коэффициент
полезного действия (КПД) привода, частоту вращения
вала
электродвигателя,
потребную
мощность
электродвигателя, общее передаточное число привода
и передаточные числа передач, входящих в состав
привода; подобрать приводной электродвигатель,
определить параметры механических передач.

3.

Приводом называют энергосиловое устройство,
приводящее в движение машину. Привод состоит
из источника энергии (силовой установки),
передаточного устройства (трансмиссии) и системы управления для приведения в действие
механизмов машины, а также для их отключения.

4.

Трансмиссии – это устройства, обеспечивающие передачу
движения от силовой установки к исполнительным
механизмам и рабочим органам машины. Они позволяют
изменять по величине и направлению скорости, крутящие
моменты и усилия. Трансмиссии также содержат элементы,
предохраняющие двигатель и отдельные узлы от перегрузок.
По способу передачи энергии трансмиссии подразделяют на
механические,
электрические,
гидравлические,
пневматические и комбинированные.
Наиболее распространены механические, гидравлические и
комбинированные трансмиссии.
Одним из основных показателей эффективности работы
трансмиссии является их КПД

5.

6.

7.

Исходные данные для расчета принимаются согласно варианту задания, рис. 7.1.1 и табл. 7.1.1
1
2
а
а
5,0
5,5
Частота
вращения
выходного вала
nв, мин–1
150
145
3
а
6,0
140
4
а
6,5
125
5
а
7,0
130
6
а
7,5
125
7
а
8,0
120
8
б
9,0
110
9
б
9,5
105
10
11
12
13
14
б
б
б
б
б
10,0
11,0
11,5
12,0
12,5
110
115
120
125
130
№ Схема
вари- по рис.
анта
1
Тип передачи
Плоскоременная и
цилиндрическая
прямозубая
Плоскоременная и
коническая
прямозубая
Мощность на
выходном валу
Nв, кВт
№ Схема
вари- по рис.
анта 1
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
в
в
в
в
в
в
в
г
г
г
г
г
г
г
г
г
Тип передачи
Клиноременная и
цилиндрическая
прямозубая
Клиноременная и
коническая
прямозубая
Мощность на
выходном валу
Nв, кВт
13,5
14,0
14,5
15,5
14,5
14,0
13,5
9,5
12,0
11,5
12,5
11,0
10,5
10,0
14,0
13,0
Частота
вращения
выходного вала
nв, мин–1
140
145
150
145
140
135
130
120
115
120
110
105
135
130
140
145

8.

Рис.7.1.1. Схемы приводов строительных машин: а – конвейера;
б – дробилки с плоскоременной передачей; в – бетононасоса;
г – дробилки с клиноременной передачей
ВЫПИСАТЬ ОПРЕДЕЛЕНИЕ И НАЗНАЧЕНИЕ СТРОИТЕЛЬНОЙ МАШИНЫ (ПО № ВАРИАНТА)

9.

МЕТОДИКА РАСЧЕТА
Определяем потребную мощность электродвигателя, кВт,
Nв
N дв =
,
hобщ
(1)
где Nв – мощность на выходном валу, кВт, ηобщ ‒ общий
коэффициент полезного действия (КПД) привода:
k
(2)
hобщ = h1 ×h2 ×. ×hi ×hоп
,
где η1 , η2 , ηi – КПД отдельных передач, определяются по табл.7.1.2;
h k – КПД, учитывающий потери в подшипниках; k – число валов или
оп
число пар подшипников, определяется по рис. 7.1.1.

10.

Таблица 7.1.2
Ориентировочные значения К ПД в элементах электропривода
Элемент электропривода
Ступень зубчатого закрытого редуктора
‒ цилиндрического
‒ конического
Открытая зубчатая передача
‒ цилиндрическая
‒ коническая
Ременная передача
‒ плоскоременная
‒ клиноременная
Подшипники качения (одна пара)
Муфта
h
0,960 – 0,980
0,950 – 0,970
0,920 – 0,940
0,910 – 0,930
0,950 – 0,970
0,940 – 0,960
0,990 – 0,995
0,965 – 0,995

11.

Частота вращения вала электродвигателя, мин–1 ,
nдв = nв ×i1 ×i 2 ×. ×i i ,
где nв – частота вращения выходного вала, мин–1 ; i1 , i2 , ii –
передаточные числа отдельных передач, рекомендуемые значения
приведены в табл. 7.1.3.
Таблица 7.1.3
Передаточные числа отдельных передач
Тип передачи
Зубчатая в редукторе
Открытая зубчатая
Цилиндрическая
К оническая
Ременная
i
3 –6
3 –6
4 –6
3 –4
2 –4

12.

На основании расчетных данных, пользуясь табл. 7.1.4,
подбираем электродвигатель мощностью Noи частотой вращения
ротора no, значения которых являются ближайшими к расчетным
Nдв и nдв.. При подборе электродвигателя допускается перегрузка
(т. е. занижение мощности) не болеечем на 5 – 6 % при постоянной
и 10 –12 % при переменной нагрузках.
В обозначении марки электродвигателя указывается (на примере
электродвигателя 132M2/2900): расстояние от опорной поверхности
до оси ротора в мм (132), класс защиты (М), число пар полюсов (2),
действительная (асинхронная) частота вращения ротора в мин-1 (2900),
которая принимается в расчетах.

13.

Таблица 7.1.4
Типы закрытых обдуваемых асинхронных электродвигателей
единой серии УА
Мощность,
кВт
0,25
0,55
0,75
1,1
1,5
2,2
3,0
4,0
5,5
7,5
11,0
15,0
18,5
22
30
Синхронная частота вращения ротора, мин–1
750
1000
1500
3000
71В8/680
–
–
–
80A8/675
71B6/980
–
–
80B8/700
71B6/900
71A4/1390
71А2/2840
90LB/700
80B6/920
80A4/1420
71В2/2310
100LB/700
90L6/935
80B4/1415
80А2/2850
100L6/950 112MAB/70
90L4/1425
80В2/2850
100S4/1435 112MA6/95 112MB8/720
90L2/2840
100L2/2880 100L4/1430 112MB6/95 132S8/720
100L2/2880 112M4/1445 132S6/965 132M8/720
112M2/2900 132S4/1455 160S6/975 160M8/730
132M2/2900 160S4/1460 132M6/970 160S8/730
160S2/2945 160S4/1470 160M6/975 180M8/730
–
–
160M2/2940 160M4/1475
–
–
180S2/2945 180S4/1470
–
–
180M2/2945 180M4/1470

14.

Уточняем общее передаточное число привода после подбора
электродвигателя:
no
(3)
i общ = ,
nв
Полученное передаточное число распределяется между типами
передач в соответствии с табл. 7.1.3.
Если в кинематической схеме привода кроме зубчатых передач
имеется ременная, то в первую очередь определяют ее передаточное
число, чтобы обеспечить соразмерность деталей таких передач с
остальными деталями привода.

15.

Диаметр меньшего шкива плоскоременной передачи, мм,
No
D1 = (1100. 1300) 3
,
no
Диаметр большего шкива, мм,
D2 = D1 ×i1 (1 — e ) ,
(4)
(5)
где ε – коэффициент, учитывающий относительное скольжение
ремня (для текстильных и прорезиненных ремней принимается
равным 0,01).
Полученные значения D1 и D2 округляют согласно
рекомендованному ряду диаметров, мм: 50; 63; 80; 90; 100; 112; 125;
140; 160; 180; 200; 225; 250; 280; 320; 360; 400; 450; 500;560; 630; 710;
800; 900; 1000; 1120;1250.
При выборе диаметра D1 меньшего шкива клиноременной
передачи предварительно определяют номинальный крутящий
момент ведущего вала, Н·м
×No ×
(6)
M н = 9550 × ×,
× no ×
По моменту Мн выбирают диаметр D1 меньшего шкива из ряда,
приведенного в табл. 7.1.5.

16.

Таблица 7.1.5
Диаметр шкива клиноременной передачи
Мн, Н·м
D 1 , мм
15
63
15–60
90
50–160
125
120–600
200
450–240
315
1600–6000
500
Диаметр D2 рассчитывается по формуле 5.
При выборе диаметров из числа стандартных следует
учитывать, что при меньших диаметрах уменьшаются габариты
передачи, но увеличивается число ремней.
На основании принятых диаметров D1 и D2 уточняем
передаточное число ременной передачи по формуле:
D2
(7)
ip =
,
D1 (1 — e )
Передаточное число зубчатой передачи iз принимается из
следующего стандартного ряда чисел: 1,25; 1,4; 1,6; 1,8; 2,0; 2,24; 2,5;
2,8; 3,15; 3,55; 4,0; 4,5; 5,0; 5,6; 6,3. Для этого первоначально
уточняют необходимое передаточное число зубчатой передачи:
i общ
(8)
iз =
,
ip
где iр – передаточное число, рассчитанное по формуле 7.

17.

Уточняем общее передаточное число привода:
i общф = i p ×i з ,
(9)
где i р – передаточное число ременной передачи,
рассчитанное по формуле 7; i з – передаточное число зубчатой
передачи, выбранное из стандартного ряда чисел.
На основании выполненных расчетов и принятого
электродвигателя определяем частоту вращения n, мин–1и
мощность N, кВт, а также крутящий момент Mкр, Н·м на
валах привода.

18.

19.

На выходном валу первой передачи:
вых
вх
N1 = N1 ×h1 ×hоп ,
n1вых =
вх
n1
,
(14)
(15)
i1
вых
вх
(16)
M кр1 = M кр1 ×i1 ×h1 ×hоп .
Аналогично ведется расчет для второй передачи. При этом
учитывается, что параметры на выходном валу первой передачи
являются параметрами на входном валу второй передачи.
Так как привод состоит из двух передач, то выходной вал
второй передачи является выходным валом всего привода с
соответствующими параметрами. Результаты расчетов основных
конструктивных и рабочих параметров лебедки сводятся в
табл.7.1.6.

20.

ОФОРМЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВРАСЧЕТОВ
По завершении расчетов результаты вычислений оформляются
в следующем виде:
Таблица 7.1.6
Результаты расчетов основных конструктивных и рабочих
параметров лебедки
Параметры
Потребная мощность электродвигателя
Марка выбранного электродвигателя
Мощность выбранного электродвигателя
Частота вращения вала электродвигателя
Общее передаточное число привода
Передаточные числа:
ременной передачи
зубчатой передачи
Частота вращения выходного вала:
ременной передачи
зубчатой передачи
Мощность на выходном валу:
ременной передачи
зубчатой передачи
Крутящий момент на выходном валу:
ременной передачи
зубчатой передачи
Единицы
измерения
кВт
кВт
мин –1
мин –1
мин –1
кВт
кВт
Н·м
Н·м
Численное
значение

1. Анализ кинематической схемы

Наш механизм состоит из привода электромашинной (1), муфты (2), цилиндрической шестерни (3), цилиндрические колеса (4), валов (7,6,9) и двух пар подшипников качения. Мощность на ведомом валу N₃=2,6 кВт, угловая скорость п₃= 320 об/мин, электродвигатель с синхронный частотой вращения вала 1000 об/мин, привод предназначен для длительной работы 20000 часов, допускаемое отклонение скорости 5%,

2. Кинематический расчет привода

2.1 Определяем общий КПД привода

Согласно таблице 5 (1) имеем

h₁=0,97 — КПД цилиндрической передачи;

h₂=0,98 — КПД муфты;

h₃=0,995 — КПД подшипников качения;

h₄=0,98 — КПД перемешивания масла

h = 0,97 * 0,98 2 * 0,995 2 * 0,98 = 0,894

2.2 Определяем номинальную мощность двигателя

2.3 Выбираем тип двигателя по таблице . Это двигатель

4АМ112МА6У3 с ближайшим большим значением мощности 3 кВт, с синхронной частотой вращения 1000 об/мин.Этому значению номинальной мощности соответствует частота вращения 955 об/мин.

2.4 Определяем передаточное число привода

2.5 Так как наш механизм состоит из закрытой цилиндрической передачи то по таблице выбираем из первого ряда рекомендуемое значения передаточного отношения цилиндрической передачи наиболее близкое по значению к полученному. U=3,15.

2.6 Определяем фактическую частоту вращения выходного вала редуктора

2.7 Определяем максимально допустимое отклонение частоты вращения выходного вала

где — допускаемое отклонение скорости по заданию.

2.8 Допускаемая частота вращения выходного вала с учетом отклонений

2.9 Отклонение частоты вращения выходного вала составляет приближенно

Таким образом, частота вращения выходного вала находится в пределах допустимой.

2.10 Определяем крутящие моменты, передаваемые валами механизма с учетом передаточных отношений и КПД:

2 .11 Аналогично определяем мощность, передаваемую валами

2.12. Сводим полученные данные в таблицу:

Тип двигателя Р_ном=3,0 кВт; n_ном=955 об/мин

Система електронного забезпечення навчання ЗНУ

Результати вибору дисциплінhttps://drive.google.com/drive/folders/1OIzzGoYaqO5TWtEULo4mJMRXsrmK2LiH?usp=sharing

пошта для здобувачів: moodle.znu@znu.edu.ua

пошти для викладачів: suprznu@gmail.com

УВАГА! Після завершення вибору дисциплін зміна дисциплін ЗАБОРОНЕНА! Свідомо обирайте дисципліни!

Шановні студенти! Оцініть дисципліни — ЗВОРОТНІЙ ЗВ’ЯЗОК є в кожній дисципліні, правий верхній куточок

П еревірте актуальність свого е-мейлу. Втрата доступу до системи Moodle — посилання

❆Поради викладачам на каналі Телеграм СЕЗН ЗНУ — приєднуйтеся СЕЗН ЗНУ ❆

Найкорисніші іконки — «Цей курс » і «коліщатко » праворуч в стрічці меню

КИНЕМАТИЧЕСКАЯ СХЕМА ПРИВОДА

Привод предназначен для получения вращающего момента на ведомом валу за счёт уменьшения его угловой скорости.

Условия работы: мощность на тихоходном валуне РТ = 2 кВт, частота вращения тихоходного вала nT = 100 об/мин, не реверсивная, число рабочих смен 1, при 8-и часовой рабочей смене срок службы привода 6 лет, характер нагрузки — спокойный без толчков.

Срок службу приводного устройства

Срок службы (ресурс) Lh, ч, определяем по формуле:

где Lh — срок службы приводного устройства;

Lr — срок службы привода, лет;

tc — продолжительность смены, ч;

Из полученного значения вычитаем 10% на профилактику, текущий ремонт, не рабочие дни.

Кинематический расчет привода

Цель: 1. Определить мощность и частоту вращения двигателя.

2. Определить передаточное число привода.
3. Рассчитать силовые и кинематические параметры привода.

Двигатель является одним из основных элементов машинного агрегата.

Для проектируемых машинных агрегатов рекомендуется трехфазные асинхронные короткозамкнутые двигатели серии 4А. Эти двигатели наиболее универсальны. Закрытое и обдуваемое исполнение позволяет применить эти двигатели для работы в загрязненных условиях, в открытых помещениях и т. п.

Определяем мощности и частоты вращения двигателя.

Мощность двигателя зависит от требуемой мощности рабочей машины, а его частота вращения — от частоты вращения приводного вала рабочей машины (ведомого вала редуктора).

Исходные данные: кВт, об/мин

где -общий КПД провода

— коэффициент полезного действия зубчатой передачи редуктора, муфты и подшипников качения.

— КПД закрытой цилиндрической зубчатой передачи. Принимаем

-КПД одной пары подшипников качения.

По табл. К1 выбираем двигатель серии 4А с номинальной мощностью. Рном = 4,0 кВт, применив для расчета четыре варианта типа двигателя.

Номинальная мощность Рном, кВт

Частота вращения, об/мин

При номинальном режиме, Пном

Выбор оптимального типа двигателя зависит от типов передач, входящих в привод, кинематических характеристик рабочей машины, и производится после определения передаточного числа привода. При этом надо учесть, что двигатели с большой частотой вращения (синхронной 3000 об/мин) имеют низкий рабочий ресурс, а двигатель с низкими частотами (синхронными 720 об/мин) весьма металлоемкими, поэтому их нежелательно применять без особой необходимости в приводах общего назначения малой мощности.

Определяем передаточное число редуктора для 4-х вариантов двигателя по формуле:

Выбираем двигатель 4АМ100L4УЗ (Рном = 4,0 кВт; nном = 1430 об/мин), передаточное число редуктора u = 5,10, что находится в диапозоне рекомендуемых значений u = 2.0…6.3

Частота вращения, угловая скорость, мощность и вращающий момент на каждом валу.

Вал I (быстроходный)