Кинематический расчет привода

Опубликовано 15 Апр 2014
Рубрика: Механика | 12 комментариев



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

12 комментариев 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!

  4. Ольга 03 Июл 2017 11:34

    Пока только пробую,всегда считала в Мс.Спасибо

  5. Алексей 28 Фев 2020 14:33

    Спасибо за вашу работу, все доступно и понятно.

  6. Александр 09 Апр 2020 13:48

    Превосходная таблица, очень информативное обьяснение!

  7. Александер 28 Дек 2020 01:39

    Очень крутой блог, кладес инфы, очень крутой автор, человек знающий свое дело и умеющий обьяснять.

    Но мне кажется в 10 пункте ошибка т к мощность двигателя Nдв нужно подбирать после расчета передаточного числа привода u, потому как момент который необходим для подсчета движка будет не тот который на барабане конвеера, а на ременной передаче. Он как раз и считается от полного кпд и передаточного числа привода . Поправте коль не прав знающие люди, т к автор походу врятли выйдет на связь

  8. Александр Воробьев 28 Дек 2020 14:51

    Александер, всё в расчете верно!

    Nдв=Tp*π*np/(30000*η)=Tдв*π*nдв/30000

    u=nдв/nр

    Тр=Тдв*u*η

    Nдв=Tдв*u*η*π*np/(30000*η)=Tдв*π*nдв/30000

    Расчетную мощность двигателя нужно не подбирать, а считать по моменту и частоте вращения на валу рабочего органа и КПД привода. А потом выбирать по ней двигатель. Т.к. частоты вращения двигателей дискретны, то придется пересмотреть разные двигатели с одной мощностью, но с разными оборотами, и, соответственно, с разными моментами. Привод при этом будет иметь разные значения суммарного передаточного числа.

    Вначале считайте мощности на валах по данным на рабочем органе. Потом считайте подходящие варианты по частотам вращения валов и далее — моменты на валах.

  9. Александер 28 Дек 2020 15:53

    Извините совсем запарился тут с расчетами, да Nдв = N вх вала = N вых вала привода (без учета кпд), это моменты и обороты у них будут отличаться на коэффециент редукции (передаточное число), а т к они изменяются соразмерно на мощность они не влияют. В этом была моя ошибка. Вам спасибо!

  10. Александр Воробьев 28 Дек 2020 16:10

    Если КПД=0,5 (привод, например, содержащий в составе червячный редуктор), то от вала двигателя до вала рабочего органа дойдет только 50% мощности двигателя!

  11. Александер 24 Янв 2021 20:10

    Здравствуйте, благодарность вам за помощь в расчетах.

    Подскажите , пожайлуста, у меня привод состоит из червячной, зубчатой и реечной передачи, мною был сделан расчет на усилие перемещения рейки 500 кг по расчетному моменту получилось что необходим двигатель на 550 Вт.

    Необходимо ли пересчитывать все передачи, если закупаться будет двигатель на 1000 Вт с теми же оборотами (т е будет момент больше) если усилие на рейке будет так же не более 500 кг?

  12. Александр Воробьев 25 Янв 2021 10:02

    Добрый день!

    Если расчет выполнен верно, то ничего пересчитывать не нужно. Если усилие на рейке не превысит расчетное значение, то даже если поставите двигатель мощностью 10 КВт он будет выдавать тот же рабочий момент, что и 1 КВт. Но если рейку заклинит (усилие на рейке резко возрастет), то двигатель может переломать элементы привода.

Ваш отзыв



  • Подписчики: 7,9 тыс.

  • Посетители: 1,6 млн