Выбор электродвигателя. Расчет кинетики привода

 

Выбор электродвигателя

 

Выбор электродвигателя производят по каталогам (ГОСТ 19523-81) в зависимости от рассчитанной требуемой мощности электродвигателя Р_дв и числа оборотов его вала n _дв.

Требуемую расчетную мощность электродвигателя определяют по формуле:

(1)

где: η_S – общий КПД привода.

 

КПД привода характеризует потери мощности при передаче энергии от электродвигателя к исполнительному органу машины. Его вычисляют как произведение КПД элементов привода. Например, для привода, приведенного на рис. 1, состоящего из электродвигателя, соединительных муфт и червячного цилиндрического редуктора, то КПД вычисляют по зависимости:

(2)

где η_{М –} КПД муфты_; η_ЗАЦ - КПД червячной передачи; η_{ПК –} КПД одной пары подшипников (показатель степени η_ПК в (2) соответствует числу валов привода).

Рисунок 1 – Кинематическая схема привода подъемника: 1 – электродвигатель; 2 – муфта; 3 – редуктор; 4 – муфта зубчатая; 5 – исполнительный орган машины	Рисунок 2 – Схема редуктора

Затем следует вычислить общий КПД привода согласно (2) и величину требуемой мощности электродвигателя по формуле (1). Значения КПД основных механических передач приводов технологических машин приведены в таблица1.

 

Таблица 1 – Значения КПД [10, с. 7].

 

Передача	КПД
Зубчатая редукторная цилиндрическая передача	0,97 – 0,98
Зубчатая редукторная коническая передача	0,96 – 0,97
Червячная редукторная передача:
при числе заходов червяка z1 = 1	0,70 – 0,75
при числе заходов червяка z1= 2	0,80 – 0,85
при числе заходов червяка z1= 4	0,85 – 0,95
Цепная открытая	0,90 – 0,95
Клиноременная	0,95 – 0,97
Одна пара подшипников качения	0,99
Муфта соединительная	0,98

Примечание. Поскольку на данном этапе проектирования число заходов червяка не известно, то значение КПД следует выбирать из диапазона, соответствующего числу заходов червяка z₁ = 2.

 

Требуемую частоту вращения вала электродвигателя вычисляют по зависимости: n _ДВ = n _ВЫХ. u _ЗАЦ, (3)

где u _ЗАЦ – передаточное число редуктора.

С целью сокращения времени на выбор электродвигателя, отвечающего требованиям исходных данных к проектированию машины, следует рассчитать диапазон возможных частот вращения вала электродвигателя по наиболее используемому диапазону передаточных чисел механических передач (таблица 2).

n _{дв min} = n_вых^. u_{ЗАЦ min} и n_{дв max} = n_вых ^. u_{ЗАЦ max} (4)

 

Таблица 2 – Некоторые значения передаточных чисел

 

Вид передачи	Передаточное число
наименьшее	наибольшее
Зубчатая цилиндрическая:
быстроходная ступень	3,15	5,0
тихоходная ступень	2,50	5,0
Зубчатая коническая	1,50	4,0
Цепная	1,50	4,0
Ременная	2,00	4,0
Червячная	16,00	50,0

 

Затем по каталогу электродвигателей (таблица 3) выбирают несколько электродвигателей, имеющих мощность большую, чем рассчитанная по (1), и частоту вращения вала, входящую в диапазон от n_{дв min} до n_{дв max}, рассчитанный по (4).

 

Таблица 3 – Двигатели закрытые обдуваемые единой серии 4А по ГОСТ 19523-81

 

Мощность Р, кВт	Синхронная частота вращения вала электродвигателя, об/мин
Марка	nдв	Марка	nдв	Марка	nдв	Марка	nдв
1,5	80А2		80B4		90L6		100L8
2,2	80В2	90L4		100L6		112MA8
3,0	90L2		100S4		112MA6		112MB8
4,0	100S2		100L4		112MB6		132S8
5,5	100L2	112M4		132S6		132M8
7,5	112M2		132S4		132M6		160S8
11,0	132M2	132M4		160S6		160M8
Примечание. 1. Пример условного обозначения электродвигателя мощностью 11 кВт с синхронной частотой вращения вала, равной 1500 об/мин: Электродвигатель 4А 132М4 У3 ГОСТ 19523–81 2. При выборе электродвигателя по таблица1.3 следует иметь в виду, что с увеличением частоты вращения его вала растет КПД привода. Однако, одновременно увеличивается суммарное передаточное число привода, следовательно, габариты, металлоемкость и стоимость привода.

 

Затем следует создать таблицу параметров (таблица4) к окончательному выбору электродвигателя. Выбираемый электродвигатель должен иметь мощность больше, чем рассчитанная по (1), т.е. Р_ДВ > . Частота вращения вала выбираемого электродвигателя должна входить в диапазон, рассчитанный по (4), то есть: .

В таблице 4 приняты обозначения: n _синхр – синхронная частота вращения вала электродвигателя, т.е. частота вращения вала на холостом ходу электродвигателя (без подключения к приводу); n _ДВ – частота вращения вала электродвигателя под нагрузкой; u_ФАКТ – фактическое передаточное число редуктора;

u_СТД – стандартное значение передаточного числа редуктора; ∆ u – отклонение фактического передаточного числа редуктора от стандартного значения.

 

Таблица 4 – Таблица параметров к выбору электродвигателя (пример)

 

Параметр	№ 1	№ 2	№ 3
Частота вращения вала без нагрузки (синхронная) n синхр, об/мин
Частота вращения вала под рабочей нагрузкой nДВ, об/мин
Фактическое передаточное число редуктора uФАКТ	8,58	11,41	17,11
Стандартное передаточное число редуктора uСТД		11,2
Отклонение фактического передаточного числа от стандартного ∆ u	4,6%	1,87%	4,9%

 

Фактическое передаточное число редуктора вычисляют по зависимости:

(5)

 

 

По таблице 5 следует выбрать ближайшее стандартное значение передаточного числа редуктора и занести его в таблицу 4.

 

Таблица 5 – Стандартные передаточные числа u одноступенчатых червячных передач по ГОСТ 2144-93

 

1 ряд	8,0	10,0	12,5	16,0	20,0	25,0	31,5	40,0	50,0	63,0	80,0
2 ряд	9,0	11,2	14,0	18,0	22,4	28,0	35,5	45,0	56,0	71,0

 

Примечание. 1-ый ряд предпочтителен 2-ому.

 

Отклонение фактического передаточного числа редуктора от стандартного значения вычисляют по зависимости:

(6)

Электродвигатель выбран верно, если отклонение фактического передаточного числа редуктора от стандартного значения ∆ u не превысит [4%].

Из предварительно выбранных электродвигателей следует окончательно выбрать тот, который обеспечивает МИНИМАЛЬНОЕ отклонение ∆ u фактического передаточного числа от стандартного.

Затем выписать из таблиц (Приложения 1) габаритные размеры и диаметр вала выбранного электродвигателя. При расчете редуктора следует согласовать его размеры с размерами выбранного электродвигателя, чтобы получился рациональный по габаритам привод.

После согласования значения передаточного числа привода со стандартным значением следует принять решение:

1) проектировать редуктор со стандартным передаточным числом или

2) проектировать редуктор с фактическим передаточным числом.

При выборе первого варианта проектируемый привод будет экономически выгоднее – составляющие привода и редуктора можно будет при необходимости легко и дешево заменить.

При выборе второго варианта проектируемый привод будет обеспечивать требуемую в задании частоту вращения вала исполнительного органа машины, НО обеспечить величину фактического передаточного числа возможно не удастся по причине, что число зубьев колеса и число витков червяка не может быть дробным.