Кинематический расчет привода

Опубликовано 15 Апр 2014
Рубрика: Механика | 3 комментария



Ручная лебедка Леонардо да ВинчиКинематический расчет привода любого функционального назначения является первым этапом проектирования машины или установки после определения скоростей и нагрузок на рабочем валу. На основании определенных ранее силовых и скоростных параметров рабочего органа машины...

...на этом этапе составляется кинематическая схема привода, производится разбивка общего передаточного числа по ступеням передач и выбирается соответствующий двигатель.

Так как кроме числа оборотов вала электродвигатель характеризуется еще одним важнейшим параметром – мощностью, то параллельно кинематическому расчету привода на этом этапе ведется также общий «мощностной» расчет, который заключается в определении мощности электродвигателя и КПД всего привода.

Рассмотрим пример. Запускаем MS Excel или OOo Calc и начинаем решение задачи.

Кинематический расчет привода ленточного конвейера  в Excel.

Составляем расчетную схему привода конвейера. Допустим, у нас есть в наличии на складе цилиндрический одноступенчатый зубчатый редуктор подходящих размеров, который желательно применить в проектируемом приводе. Добавляем клиноременную передачу между двигателем и редуктором и цепную передачу между редуктором и барабаном. Получившаяся кинематическая схема показана на рисунке ниже.

Кинематическая схема привода ленточного конвейера

Обычно вал электродвигателя с быстроходным валом редуктора соединяют муфтой или ременной передачей. Тихоходный вал редуктора с валом рабочего органа соединяют муфтой или цепной передачей. Это обусловлено скоростными и силовыми возможностями указанных передач и элементов привода.

Дальнейшая работа будет построена по принципу диалога. Ввод исходных данных будет чередоваться с получением и анализом промежуточных результатов.

Исходные данные:

Проектируемый конвейер должен иметь следующие характеристики:

1. Тяговое усилие F в Н записываем

в ячейку D3: 2500

2. Скорость перемещения ленты v в м/с вписываем

в ячейку D4: 0,480

3. Значение диаметра барабана D в м заносим

в ячейку D5: 0,240

Результаты расчетов:

4. Вычисляем расчетную частоту вращения вала рабочего органа np в об/мин

в ячейке D6: =60*D4/(ПИ()*D5) =38,2

np=60*v/(π*D)

5. Находим вращательный момент на валу рабочего органа – на валу барабана конвейера – Tp в Н*м

в ячейке D7: =D3*D5/2 =300

Tp=F*D/2

КПД и передаточные числа передач и элементов привода

Исходные данные:

6. Коэффициенты полезного действия передач ηi выбираем из представленной выше таблицы и записываем соответственно:

КПД клиноременной передачи η1

в ячейку D8: 0,95

КПД цилиндрического зубчатого закрытого зацепления η2

в ячейку D9: 0,97

КПД цепной открытой передачи η3

в ячейку D10: 0,90

Так как больше передач у нас в схеме нет, то η4  и η5  четвертой и пятой передачи вводим соответственно

в ячейку D11: 1,00

в ячейку D12: 1,00

7. «Коэффициент полезного действия» пары подшипников качения ηп, а точнее потери на трение в подшипниковых опорах валов привода  заносим



в ячейку D13: 0,99

8. Количество промежуточных валов привода m вводим

в ячейку D14: 2

Расчет в Excel кинематики привода и выбор электродвигателя

Результаты расчетов:

9. Вычисляем КПД всего привода η

в ячейке D15: =D8*D9*D10*D11*D12*D13^(D14+1) =0,805

η=η1*η2*η3*η4*η5*ηп(m+1)

10. Определяем расчетную мощность электродвигателя Nдвр

в ячейке D16: =D7*ПИ()*D6/30/D15/1000 =1,491

Nдвр=Tp*π*np/(30000*η)

Выбор электродвигателя:

Для приводов различного назначения широкое применение находят асинхронные трехфазные электродвигатели из-за небольшой стоимости и высокой надежности. Широко распространены двигатели с синхронными частотами вращения вала 750, 1000, 1500 и 3000 об/мин.

Электродвигатели с nдвс=3000 об/мин легкие, малогабаритные, но передаточное число привода, как правило, получается очень большим и проблемно реализуемым.

Электродвигатели с nдвс=750 об/мин тяжелые, крупногабаритные, дорогие.

Наиболее широко применяются электродвигатели с nдвс=1000 и nдвс=1500 об/мин.

Попробуем выбрать по расчетной мощности электродвигатель 4A90L6 ГОСТ 19523-81.

11. Характеристики выбранного электродвигателя берем в ГОСТ 19523-81 и заносим соответственно:

Мощность электродвигателя Nдв в КВт

в ячейку D17: 1,50

Синхронную частоту вращения вала двигателя nдвс в об/мин

в ячейку D18: 1000

Скольжение s в %

в ячейку D19: 6,4

Результаты расчетов:

12. Вычисляем асинхронную частоту вращения вала двигателя nдв в об/мин

в ячейке D20: =D18*(1-D19/100) =936

nдв=nдвс*(1- s/100)

13. Определяем расчетное передаточное число всего привода up

в ячейке D21: =D20/D6 =24,504

up=nдв/np

Разбивка передаточного числа привода по ступеням:

14. В соответствии с рекомендациями таблицы (диапазоны и ряды), из которой мы брали значения коэффициентов полезного действия в начале нашего расчета в п.6, назначаем  передаточные числа ступеней ui

Передаточное число 1-ой передачи (клиноременной) u1

в ячейке D22: 2,000

Передаточное число 2-ой передачи (закрытой зубчатой цилиндрической) u2

в ячейке D23: 5,000

Передаточное число 3-ей передачи (открытой цепной) u3

в ячейке D24: 2,500

Рассматриваемый расчет в Excel позволяет рассчитывать приводы с пятью передачами. Обычно этого хватает с лихвой! Так как передач у нас в схеме три, то для четвертой и пятой передачи вводим u4 и u5

в ячейку D25: 1,000

в ячейку D26: 1,000

По теме разбивки передаточного отношения редукторов стоит посмотреть статью «Передаточное число привода».

Результаты расчетов:

15. Фактическое передаточное число привода u рассчитываем

в ячейке D27: =D22*D23*D24*D25*D26 =25,000

u=u1*u2*u3*u4*u5

16. Отклонение передаточного числа от расчетного в % вычисляем

в ячейке D28: =(D27/D21-1)*100 =2,0

=(u/up-1)*100

Отклонение не должно превышать 3…4%!

17. Фактическое число оборотов вала рабочего органа n в об/мин считаем

в ячейке D29: =D20/D27 =37,4

n=nдв/u

18. Фактический момент на валу рабочего органа T в Н*м вычисляем

в ячейке D30: =30*D17*D15/ПИ()/D29*1000 =308

T=30000*Nдв*η/(π*n)

Расчет в Excel завершен, кинематический расчет привода ленточного конвейера выполнен. Можно переходить к расчетам передач, входящих в привод. О том, как это сделать рассказано в статьях:

«Расчет клиноременной передачи»

«Расчет зубчатой передачи»

«Расчет геометрии зубчатой передачи»

«Расчет цепной передачи»

О правилах цветового форматирования ячеек листа Excel, которые применены в статьях этого блога, можно почитать на странице «О блоге».

Для получения информации о выходе новых статей и для скачивания рабочих файлов программ прошу Вас подписаться на анонсы в окне, расположенном в конце статьи или в окне вверху страницы.

Прошу уважающих труд автора  скачивать файл после подписки на анонсы статей!

Ссылка на скачивание файла: kinematicheskiy-raschet-privoda (xls 41,5 KB).

Другие статьи автора блога

На главную


Введите Ваш e-mail:

Статьи с близкой тематикой

Отзывы

3 комментария на «Кинематический расчет привода»

  1. Олег 16 Апр 2014 01:19

    Привет Саша. С удовольствием читаю твой сайт. И только одна мысль не покидает меня. Почему ты не создал этот сайт 30 лет назад. Как бы ты облегчил нашу студенческую жизнь. ))

  2. Александр 16 Апр 2014 14:54

    Спасибо, рад тебя видеть на сайте.

    Ты «забыл», Олег, что первые инженерные калькуляторы появились у нас на третьем курсе и стоили 350 рублей (3 зарплаты инженера), а о Excel в 1983 году даже Билл Гейтс еще не думал... А я тогда (как и мы все) ничего того о чем сегодня пишу не знал.

  3. Генка 16 мая 2014 18:36

    Александр! Вы и Ваш сайт для меня (и наверно не только для меня) просто кладезь ПОЛЕЗНОЙ информации. Некоторые моменты начал воспринимать проще. Большое спасибо за Ваш труд!

Ваш отзыв







  • Посетители: 657 649

  • Подписчики: 3 416