2 Кинематический и силовой расчёт привода

2.1 Выбор электродвигателя

2.1.1 Требуемая мощность электродвигателя

Р_тр =Р₄ / η , (2.1)

где Р₄ – мощность на ведомой звёздочке, кВт;

η – КПД привода.

η = η_ц · η_з · η_м · η_п², (2.2)

где, η_ц, η_з, η_м , η_п – соответственно КПД зубчатой, цепной передачи, компенсирующей муфты и пары подшипников качения.

Руководствуясь рекомендациями (2. с.4) принимаем η_з = 0,97, η_м = 0,99, η_п = 0,99, η_ц = 0,96

После подстановки численных значений параметров в формулы (2.2) и (2.1) получим КПД привода

η = 0,97 · 0,96 · 0,99 · 0,99² = 0,90

и требуемую мощность электродвигателя

Р_тр = 1,20 / 0,90 = 2,67 кВт.

2.1.2 С учётом требуемой мощности Р_тр = 2,67 кВт рассмотрим возможность выбора асинхронных двигателей серии 4А с номинальными мощностями Р_н = 2,2 кВт и Р_н = 3,0 кВт (2. с.390).

Перегрузка для первого ׃ ((2,67-2,2)· 100%)/2,2 = 21,36%

Для первого перегрузка более 5%, поэтому далее его не рассматриваем.

Для двигателей с мощностью 3,0 кВт рассчитаны следующие номинальные частоты вращения: 2871;1434;953;706,5

Для ориентации в выборе двигателя по частоте вращения оценим передаточное отношение привода i_ср, вычисленное по, примерно, средним значениям рекомендуемых передаточных отношений отдельных передач. Возьмём эти значения для зубчатых и цепной передач соответственно i_{ср з} = 4, i_{ср ц} = 4, (2. с.7). В результате имеем i_ср = 4 · 4 = 16.

При таком передаточном отношении привода и частоте вращения его ведомой звёздочки n₄ = 60 об/мин потребуется двигатель с частотой вращения n = i_ср · n₄ = 16 · 60 = 960 об/мин.

2.1.3 Окончательно выбираем (2. с.390) ближайший по частоте вращения асинхронный электродвигатель марки 4АМ112МА6У3

Номинальная мощность Р_н = 3,0 кВт;

Номинальная частота вращения n_н = 953 об/мин;

Отношение пускового момента к номинальному Т_п / Т_н = 2.

2.2 Передаточное отношение привода и отдельных его передач

Общее передаточное отношение привода при частоте вращения входного вала привода n₁ = n_н

i_общ = n₁ ׃ n₄ = n_н ׃ n₄ (2.3)

Расчёт по формуле (2.3) даёт i_общ = 953 / 60 = 15,88.

Примем передаточное отношение для зубчатой передачи i_з =4,0 (2. с.6);

Тогда на долю цепной передачи редуктора остаётся передаточное отношение i_ц = i_общ ׃ i_з = 15,88 ׃ 4,0 = 3,97.

Проверка i_общ = 3,97 · 4,0 = 15,88.

2.3 Частоты вращения, угловые скорости, мощности и моменты на валах привода.

2.3.1 Частоты вращения валов׃

n₃ = n₂ ׃ i_з = 953 ׃ 4 = 238,25 об/мин;

n₄ = n₃ ׃ i_ц = 238,25 ׃ 3,97 = 60,01 об/мин;

2.3.2 Угловые скорости валов׃

ω₁ = π · n₁ ׃ 30 = 3,14 · 953 ׃ 30 = 99,75 рад/с;

ω₂ = ω₁ = 99,75 рад/с;

ω₃ = ω₂ ׃ i₃ = 99,75 ׃ 4 = 24,94 рад/с;

ω₄ = ω₃ ׃ i_ц = 24,94:3,97=6,28 рад/с

2.3.3 Мощности на валах привода׃

Р₁ = Р_тр = 2,67 кВт;

Р₂ = Р₁ · η_м · η_п = 2,67 · 0,99 · 0,99 = 2,62 кВт;

Р₃ = Р₂ · η_з· η_п = 2,62 · 0,97 · 0,99 = 2,52 кВт;

Р₄ = Р₃ · η_ц· η_п =2,52· 0,96 · 0,99 =2,4 кВт

2.3.4 Моменты на валах привода׃

Т₁ = Р₁ ׃ ω₁ = 2,67 · 10³ ׃ 99,75 = 26,767 Н·м;

Т₂ = Р₂ ׃ ω₂ = 2,62 · 10³ ׃ 99,75 = 26,266 Н·м;

Т₃ = Р₃ ׃ ω₃ = 2,52 · 10³ ׃ 24,94 = 101,04 Н·м;

Т₄ = Р₄ ׃ ω₄ = 2,4 · 10³ ׃ 6,28 = 382,17 Н·м;

2.3.5 Максимальный момент при перегрузке на первом валу (валу двигателя) Т_1max = Т_п = 2 · Т_н (см. пункт 2.1.3).

Номинальной мощности двигателя Р_н = 3,0 кВт соответствует номинальный момент Т_н = Р_н ׃ ω₁ = 3,0 · 10³ ׃ 99,75 = 30,08 Н·м. Отсюда Т_1max = 2 · Т_н =2· ·30,08 = 60,16 Н·м.

Очевидно, при кратковременных перегрузках максимальные моменты будут превышать моменты, рассчитанные при передаче требуемой мощности (см. пункт 2.3.4) в Т_1max ׃ Т₁ = 60,16 ׃ 26,767 = 2,25 раза.

Исходя из этого соображения, получаем

Т_1max. = Т₁ · 2,25 = 26,767· 2,25 = 60,16 Н·м;

Т_2max. = Т₂ · 2,25= 26,266· 2,25 = 59,1 Н·м;

Т_3max. = Т₃ · 2,25 = 101,04 · 2,25 = 227,34 Н·м.

Т_4max. = Т₄ · 2,25 = 382,17 · 2,25 = 859,88 Н·м.

2.3.6 Результаты расчётов, выполненных в подразделе 2.3, сведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1 – Частоты вращения, угловые скорости, мощности и моменты на валах привода.

Номер вала на рисунке 1.1	n, об/мин	ω, рад/с	Р, кВт	Т, Н • м	Тmax, Н • м
1	953	99,75	2,67	26,767	60,16
2	953	99,75	2,62	26,266	59,1
3	238,25	24,94	2,52	101,04	227,34
4	60,01	6,28	2,4	382,17	859,88