Одним из важных параметров электродвигателя, который так же важен при его выборе, является крутящий момент. Эта величина определяется произведением приложенной к плечу рычага силы и зависит исключительно от степени нагрузки.
Если в двигателях внутреннего сгорания данную нагрузку задаётся коленчатым валом, то асинхронные электродвигатели получают величину крутящего момента от токов возбуждения. При этом величина этого момента будет зависеть от скорости вращающегося в магнитном поле статора устройства, называемого ротор.
В зависимости от периода и способа определения, крутящий момент разделяют на:
- статический (пусковой) – минимальный момент холостого хода;
- промежуточный – развивает значение при работе двигателя от 0 величины оборотов до максимального значения в номинальной величине напряжения;
- максимальный – развивающийся при эксплуатации двигателя;
- номинальный – соответствует номинальным значениям мощности и оборотов.
Для вычисления величины крутящего момента, определяющегося в «кгм» (килограмм на метр) или «Нм» (ньютон на метр), многие электротехнические пособия предлагают специальные формулы, учитывающие кроме основного действия вращающегося магнитного поля ряд всевозможных факторов, например:
- напряжения сети;
- величину индуктивного и активного сопротивления;
- зависимость от увеличения скольжения.
Но, рост скольжения не всегда приносит высокий момент. Зачастую, при достижении критических значений, наблюдается его резкое снижение. Такое явление обозначается как опрокидывающий момент. Одним из устройств, стабилизирующих скорость вращения ротора, а значит и величину момента кручения является частотный преобразователь, применение которого сейчас очень распространено во всех сферах, где от контроля работы двигателя зависит и успешность выполнения множественных производственных задач.
Выбираем электродвигатель по крутящему моменту
Для выбора, требуемого к выполнению тех или иных задач электродвигателя, берут в учёт практически все его характеристики, начиная от показателей мощности и заканчивая массогабаритными параметрами. Каждый из элементов по-своему важен в решении нюансов. Не меньшее значение припадает и на крутящий момент. Благодаря тому, что момент кручения напрямую связан с оборотами в соотношении: чем больше сами обороты, тем меньше будет момент, выбор электродвигателя будет исходить из следующих нюансов:
- из скоростных требований. В этом случае, более полезным будет выбор двигателя по малому моменту для работающих со слабыми усилиями и на большой скорости, и со средними либо высокими показателями моментов пуска для работающих в усиленных режимах. На малых скоростях;
- по пусковым напряжениям. Здесь учитывается первичное усилие, например, для управления лифтом следует подбирать двигатели высокого пускового момента, способного поднимать большие грузы со старта. Хотя, многие статьи про электродвигатели рекомендуют так же применять устройства плавного пуска, умеющие обезопасить от нежелательных перегрузов.
Стоит помнить, что выбор осуществляется не по одному из показателей, даже при ориентировании относительно крутящего момента, ведь каждый из показателей ориентируется по рабочей предрасположенности электротехнического приводного устройства и его рабочих нагрузок в статистических и динамических эксплуатационных условиях, задаваемых самим предприятием.
Ошибки при расчете и выборе редуктора могут привести к преждевременному выходу его из строя и, как следствие, в лучшем случае к финансовым потерям.
Поэтому работу по расчету и выбору редуктора необходимо доверять опытным специалистам-конструкторам, которые учтут все факторы от расположения редуктора в пространстве и условий работы до температуры нагрева его в процессе эксплуатации. Подтвердив это соответствующими расчетами, специалист обеспечит подбор оптимального редуктора под Ваш конкретный привод.
Практика показывает, что правильно подобранный редуктор обеспечивает срок службы не менее 7 лет — для червячных и 10-15 лет для цилиндрических редукторов.
Выбор любого редуктора осуществляется в три этапа:
1. Выбор типа редуктора
2. Выбор габарита (типоразмера) редуктора и его характеристик.
Читайте также: Демпфер рулевой рейки ваз 2109
3. Проверочные расчеты
1. Выбор типа редуктора
1.1 Исходные данные:
Кинематическая схема привода с указанием всех механизмов подсоединяемых к редуктору, их пространственного расположения относительно друг друга с указанием мест крепления и способов монтажа редуктора.
1.2 Определение расположения осей валов редуктора в пространстве.
Цилиндрические редукторы:
Ось входного и выходного вала редуктора параллельны друг другу и лежат только в одной горизонтальной плоскости – горизонтальный цилиндрический редуктор.
Ось входного и выходного вала редуктора параллельны друг другу и лежат только в одной вертикальной плоскости – вертикальный цилиндрический редуктор.
Ось входного и выходного вала редуктора может находиться в любом пространственном положении при этом эти оси лежат на одной прямой (совпадают) – соосный цилиндрический или планетарный редуктор.
Коническо-цилиндрические редукторы:
Ось входного и выходного вала редуктора перпендикулярны друг другу и лежат только в одной горизонтальной плоскости.
Червячные редукторы:
Ось входного и выходного вала редуктора может находиться в любом пространственном положении, при этом они скрещиваются под углом 90 градусов друг другу и не лежат в одной плоскости – одноступенчатый червячный редуктор.
Ось входного и выходного вала редуктора может находиться в любом пространственном положении, при этом они параллельны друг другу и не лежат в одной плоскости, либо они скрещиваются под углом 90 градусов друг другу и не лежат в одной плоскости – двухступенчатый редуктор.
1.3 Определение способа крепления, монтажного положения и варианта сборки редуктора.
Способ крепления редуктора и монтажное положение (крепление на фундамент или на ведомый вал приводного механизма) определяют по приведенным в каталоге техническим характеристикам для каждого редуктора индивидуально.
Вариант сборки определяют по приведенным в каталоге схемам. Схемы «Вариантов сборки» приведены в разделе «Обозначение редукторов».
1.4 Дополнительно при выборе типа редуктора могут учитываться следующие факторы
- наиболее низкий – у червячных редукторов
- наиболее высокий – у цилиндрических и конических редукторов
2) Коэффициент полезного действия
- наиболее высокий – у планетарных и одноступенчатых цилиндрических редукторах
- наиболее низкий – у червячных, особенно двухступенчатых
Червячные редукторы предпочтительно использовать в повторно-кратковременных режимах эксплуатации
3) Материалоемкость для одних и тех же значений крутящего момента на тихоходном валу
- наиболее высокая – у конических
- наиболее низкая – у планетарных одноступенчатых
4) Габариты при одинаковых передаточных числах и крутящих моментах:
- наибольшие осевые – у соосных и планетарных
- наибольшие в направлении перпендикулярном осям – у цилиндрических
- наименьшие радиальные – к планетарных.
5) Относительная стоимость руб/(Нм) для одинаковых межосевых расстояний:
- наиболее высокая – у конических
- наиболее низкая – у планетарных
2. Выбор габарита (типоразмера) редуктора и его характеристик
2.1. Исходные данные
Кинематическая схема привода, содержащая следующие данные:
- вид приводной машины (двигателя);
- требуемый крутящий момент на выходном валу Ттреб, Нхм, либо мощность двигательной установки Ртреб, кВт;
- частота вращения входного вала редуктора nвх, об/мин;
- частота вращения выходного вала редуктора nвых, об/мин;
- характер нагрузки (равномерная или неравномерная, реверсивная или нереверсивная, наличие и величина перегрузок, наличие толчков, ударов, вибраций);
- требуемая длительность эксплуатации редуктора в часах;
- средняя ежесуточная работа в часах;
- количество включений в час;
- продолжительность включений с нагрузкой, ПВ %;
- условия окружающей среды (температура, условия отвода тепла);
- продолжительность включений под нагрузкой;
- радиальная консольная нагрузка, приложенная в середине посадочной части концов выходного вала F вых и входного вала F вх;
2.2. При выборе габарита редуктора производиться расчет следующих параметров:
1) Передаточное число
Наиболее экономичной является эксплуатация редуктора при частоте вращения на входе менее 1500 об/мин, а с целью более длительной безотказной работы редуктора рекомендуется применять частоту вращения входного вала менее 900 об/мин.
Читайте также: Схема модуля зажигания ваз 2112 16 клапанов
Передаточное число округляют в нужную сторону до ближайшего числа согласно таблицы 1.
По таблице отбираются типы редукторов удовлетворяющих заданному передаточному числу.
2) Расчетный крутящий момент на выходном валу редуктора
Ттреб – требуемый крутящий момент на выходном валу, Нхм (исходные данные, либо формула 3)
Креж – коэффициент режима работы
При известной мощности двигательной установки:
Ртреб – мощность двигательной установки, кВт
nвх – частота вращения входного вала редуктора (при условии что вал двигательной установки напрямую без дополнительной передачи передает вращение на входной вал редуктора), об/мин
U – передаточное число редуктора, формула 1
КПД – коэффициент полезного действия редуктора
Коэффициент режима работы определяется как произведение коэффициентов:
Для зубчатых редукторов:
Для червячных редукторов:
К1 – коэффициент типа и характеристик двигательной установки, таблица 2
К2 – коэффициент продолжительности работы таблица 3
К3 – коэффициент количества пусков таблица 4
КПВ – коэффициент продолжительности включений таблица 5
Крев – коэффициент реверсивности , при нереверсивной работе Крев=1,0 при реверсивной работе Крев=0,75
Кч – коэффициент, учитывающий расположение червячной пары в пространстве. При расположении червяка под колесом Кч = 1,0, при расположении над колесом Кч = 1,2. При расположении червяка сбоку колеса Кч = 1,1.
3) Расчетная радиальная консольная нагрузка на выходном валу редуктора
F вых – радиальная консольная нагрузка, приложенная в середине посадочной части концов выходного вала (исходные данные), Н
Креж – коэффициент режима работы (формула 4,5)
3. Параметры выбираемого редуктора должны удовлетворять следующим условиям:
Тном – номинальный крутящий момент на выходном валу редуктора, приводимый в данном каталоге в технических характеристиках для каждого редуктора, Нхм
Трасч – расчетный крутящий момент на выходном валу редуктора (формула 2), Нхм
Fном – номинальная консольная нагрузка в середине посадочной части концов выходного вала редуктора, приводимая в технических характеристиках для каждого редуктора, Н.
Fвых.расч – расчетная радиальная консольная нагрузка на выходном валу редуктора (формула 6), Н.
Для расчёта крутящего момента, Мкр, Н×м, необходимо рассчитать и выбрать мощность электродвигателя.
Мощность электродвигателя, Nдв, кВт, рассчитывается по формуле
Nдв= , (11)
где , кВт– мощность резания,
– КПД привода,принимаем ��=0,7.
КПД рассчитываем по формуле
��=0,99 5 . 0,99 . 0,93 4 =0,95 . 0,99 . 0,74= 0,7
Мощность резания, , кВт , рассчитывается по формуле
Nрез=E× ,(13)
где E – величина,определяемпо справочнику [ 3,т 4.12, с.71] и принимаем
vmin, м/мин – максимальная скорость резания,
tmax ,мм –максимальная глубина,
Zф, – количество зубьев фрезы,определяемпо ГОСТ 24360-80 и принимаем
, – коэффициент, который зависит от обрабатываемого материала, определяемпо справочнику [3 ,т 4.13, с.72] и принимаем
=1,3 при 207÷229 HB;
, – коэффициент, который зависит от типа фрезы и скорости резания, определяемпо справочнику[3 ,т 4.14, с.73]
=0,95
Nрез=0,35× ×1,3×0,95=1,7 кВт,
Nдв= =2,4 кВт,
Выбираем асинхронный трёзфазный закрытый обдуваемый электродвигатель 4A100S4У3, мощностью Nдв=3,0кВт, частотой вращения nэл.дв.=1435 об/мин.
Крутящий момент,Мкр, Н×м, на каждом из валах расчитывается по формуле
,(14)
где , об/мин, – наименьшая частота вращения вала.
Н . м,
Н . м,
Н . м,
Н . м,
Н . м.
Расчёт размеров передач и колёс коробки скоростей
Прежде чем производить расчёты, необходимо определиться с материалом зубчатых колёс.
Читайте также: Лада приора 2015 черная тонированная
Для изготовления зубчатых колёс выбираем Сталь 40Х и назначаем термообработку улучшение до 260…280HB.
Модуль зубчатого зацепления, m, мм,рассчитывается по формуле
m= (15)
где YF – коэффициент, учитывающий форму зуба,
YF= 3,85 , [ 3, рис. 4.32, с.81];
Km – вспомогательный коэффициент при проектном расчёте передачи, рассчитываемпо формуле
Km= . (16)
Km= 1,7
M1– крутящий момент на шестерне сопряжённой пары,
Z – количество зубьев шестерни.
Модуль зубчатого зацепления, m, мм,для дополнительной группы:
mдоп= =1,7×0,62=1,05
Модуль зубчатого зацепления, m, мм,для 1-ой группы:
m1= =1,7×0,75=1,28
Модуль зубчатого зацепления, m, мм,для 2-ой группы:
m2= =1,7×1,06=1,8
Модуль зубчатого зацепления, m, мм,для 3-ей группы:
m3= =1,7×1,8=3,06
Определяем диаметры зубчатых колёс . Для создания чертежа необходимы делительный диаметр и диаметр выступов.
Делительный диаметр, D,мм, расчитывается по формуле
Диаметрвыступов, Da,мм, расчитывается по формуле
Рассчитываем диаметр впадин Df,мм,по формуле
Ширину шестерни и колеса, B,мм, для прямозубых зубчатых колёс расчитываем по формуле
где d ,мм – диаметр вала.
Принимаем B3,5,7= 11мм
Принимаем B4,6,8= 13мм
Принимаем B9,11,13= 13мм
Принимаем B10,12,14= 15мм
Принимаем B15,17= 16мм
Принимаем B16,18= 23мм
Рассчитываем межосевое расстояние по формуле
Aω= . (21)
Aωд= мм,
Aω1=
Aω2=
Aω3= .
Расчёт валов коробки скоростей
Рассчитываем диаметры валов сплошного сечения d, мм по формуле
, (22)
где – допускаемое напряжение,МПа;
=20…25 Мпа;
Мкр – крутящий момент, Н∙м.
d1= = =16,5принимаем 18 мм,
d2= =19,4 принимаем 20 мм,
d3= =25,8 принимаем 28 мм,
d4= =34,1 принимаем 36 мм.
d5= =52,5 принимаем 55 мм.
Подбор подшипников качения
Исходя из паспортных данных, а также конструктивных особенностей вертикально-фрезерных станков выбираем подшипники шариковые радиальные однорядные ГОСТ 8338-85. Для вала диаметром 20 мм выбраны два подшипника 7000104 ГОСТ 8338-75. Для второго вала диаметром 28 мм – два подшипника 7000105 ГОСТ 8338-75, для третьего вала диаметром 36 мм – два подшипника 7000107 ГОСТ 8338-75, для четвёртого вала диаметром 55 мм выбраны подшипники 7000111 ГОСТ 8338-75.
Описание системы смазки
Правильная система смазки значительно снижает потери энергии на трение, повышает коэффициент полезного действия станка, уменьшает износ, увеличивает долговечность трущихся поверхностей, сохраняет точность станка, способствует плавной его работе и получению заданной шероховатости поверхностей детали, обрабатываемых на станке.
В качестве смазочных материалов в станках применяют жидкие минеральные масла и густые (консистентные) смазки. Наибольшее применение для смазки станков получили индустриальные масла следующих марок: И-12А, И-20А, И-30А. Эти масла больше подходят для смазки отечественных быстроходных механизмов и дают возможность осуществить централизованную смазку с ее циркуляцией и очисткой от загрязнения.
Выбор сорта смазки в первую очередь определяется скоростями относительно скольжения и нагрузки, действующими в сопряжениях. При прочих равных условиях, чем выше скорость относительного скольжения и чем меньше удельное давление (на единицу площади) в сопряжении, тем меньшей вязкости должно быть масло. Для прецизионных металлорежущих станков, как правило, выбирают смазку, имеющую наименьшую вязкость.
В металлорежущих станках выбор сорта смазки затрудняется тем, что имеет место большое разнообразие пар трения, работающих при различных относительных скоростях и нагрузках. Применение разных смазок усложнило бы конструкцию смазочной системы и затруднило эксплуатацию такого станка. Поэтому обычно выбирают один (реже два) сорта масла, ориентируясь на средние условия работы и на ответственные сопряжения станка.
Последнее изменение этой страницы: 2016-04-21; Нарушение авторского права страницы
Источник: