Теория механизмов и машин. Курсовое проектирование под ред. Г.А.Тимофеева, Н.В.Умнова 2012г (932776), страница 17
Текст из файла (страница 17)
А.К. Мусатова. М., 2003). 3.5. Выбор электрического двигателя и анализ влияния его механической характеристики на движение механизма При определении закона движения начального звена механизма и расчете маховых масс по методу Мерцалова исходят из предположения, что силы сопротивления и движущие силы зависят только от приведенного момента движущих сил, который считают постоянным и равным его среднему за цикл 45 значению. Однако механические характеристики электрических асинхронных и ряда других двигателей не обеспечивают выполнение этого условия, так как движущий момент Мл, на валу ротора электрического двигателя изменяется с изменением частоты л его вращения (рис. 3.12, а).
Поэтому решение, найденное по методу Мерцалова, следует считать только первым приближением. Для всех машинных агрегатов, в которых источником движения является электрический двигатель, необходимо подобрать тип двигателя по каталогу (справочнику) или с помощью приложения 8.
Расчеты начинают с определения работы Ас ц заданных сил сопротивления на выходном звене механизма за цикл установившегося движения: при поступательном движении звена бд Асц ~ ~с~(~ о при вращательном движении Яд А,ц= ~ М,ЬР. о При вычислении интеграла работу А, ц представляют, как правило, в виде суммы работ при рабочем А р х и вспомогательном А „, ходах: Ас ц Ар.х+'4в,х Во многих частных случаях работу А, ц вычисляют по следующим соотношениям: а) сила сопротивления г„ приложенная к ползуну, постоянна при прямом и обратных ходах: Ас ц Апр,х Асбр.х >'с 2»С> где Ьс — ход палзуна; б) сила сопротивления Гс постоянна при прямом ходе и равна нулю при обратном: Ас ц Апр.х ~с1'С в) сила сопротивления гс постоянна на части прямого хода длиной 1 и равна нулю на остальном перемещении: Ас ц '4пр.х ~с1 г) сила сопротивления Гс постоянна на части прямого хода длиной 1, сила трения Е„постоянна при рабочем и холостом ходах: Ас ц = Апр х+ Аобр х = гс1+ гг'2"с*' д) силы сопротивления Г х и Р'„„постоянны соответственно при рабочем и холостом ходах: Ас ц Апр.х Аобр.х > пр.х»С > обр.х»С> е) сила сопротивления на части хода длиной 1 изменяется линейно в пределах от Р; до Р А,„= 0,5(Р; +Р' *)1; ж) момент М, сил сопротивления постоянен при повороте звена 1 (см.
рис. 3.11, а): Элемент привода Одноступенчатая цилиндрическая зубчатая передача ................. Однорядный планетарный редуктор Двухрядный планетарный редуктор со смешанным зацеплением ........ Ременная передача ................ Цепная передача.................. Пара подшипников качения Упругая соединительная муфта КПД 0,96 — 0,98 0,9 — 0,95 0,85-0,9 0,94-0,95 0,93-0,95 0,99 0,98 При последовательном соединении элементов привода общий КПД определяют как произведение КПД отдельных элементов. В рассматриваемом машинном агрегате (см. рис.
3.11, г) привод вала компрессора (кривошипа 1) включает однорядный планетарный редуктор (ПР) и открытую зубчатую передачу (ЗП) (общее передаточное отношение которых и ~ — — ллв/л~ —— = ипризп = 4,8), а также две пары подшипников и упругую муфту. Поэтому суммарный КПД привода здесь рассчитывают по формуле г Че ЧПРЧзпЧполЧмуф> Чх — — 0,93 0,96 0,99х 0,98 = 0,86. При определении закона движения вала компрессора в рассматриваемом примере не учитывались силы трения в кинематических парах рычажного А, „= Мс<Р~, где <р~ — угол поворота, рад; з) сила сопротивления задана в виде графика (Гб„Яб) силы, приложенной, например, к звену 5: А, „=1,1'(1г,(г,), где 1; — площадь под кривой Р'~с(Яб), мм~; рр— масштаб силы Рб„ммlН; цб — масштаб перемеще- нии Яб, мм1м.
Для рассматриваемого одноцилиндрового порш- невого компрессора (см. рис. 3.11) механическая ха- рактеристика задана в виде индикаторной диаграм- мы Р(Бс) (см. рис. 3.11, б). Площадь диаграммы пропорциональна затраченной работе. Средняя мощность рабочей машины ср сц> ц сц ! где л~ — заданная частота вращения кривошипа 1, с '. После выбора электрического двигателя по мощности частоту л~ необходимо уточнить. Для определения необходимой мощности элект- рического двигателя нужно рассчитать коэффици- ент полезного действия привода (включающего зуб- чатые, ременные, цепные передачи, планетарный редуктор, муфты, подшипники). Ниже приведены ориентировочные значения КПД различных элемен- тов привода: 46 н дв, об/мин содв Род~с ОО снн со ср СО ном и снн и нам Мд ср Мд ном мдр, н б ~дом Мнус Мвр ~дв О Рис.
3.12 47 механизма, поэтому КПД кривошипно-ползунного механизма принимают равным единице. Кроме того, не учитывалась передача мощности кулачковому механизму (КМ) и зубчатой передаче. Далее определяют мощность электрического двигателя Р„, > Р,р /Пдп Электрический двигатель выбирают по каталогу или по таблицам приложения 8. Рекомендуется применять асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором как наиболее надежные и экономичные. В большинстве заданий на курсовой проект указаны параметры электрических двигателей: частота вращения ротора, момент инерции (или маховой момент) ротора.
Однако эти данные ориентировочные и их следует уточнить и привести в соответствие с параметрами выбираемого двигателя. Для его подбора задаются синхронной частотой вращения ротора (750, 1000, 1500, 3000 об/мин) и используют найденную выше его минимально необходимую мощность. Единая серия асинхронных электрических двигателей 4А предусматривает пределы мощности от 0,06 до 400 кВт. Двигатели выполняют со стандартным скольжением (4А), с повышенным пусковым моментом (4АР) или с повышенным скольжением (4АС).
Они обладают разными свойствами. Так, движущий момент на валу двигателя с повышенным скольжением (при одном и том же коэффициенте неравномерности вращения) изменяется меньше, чем у двигателей серии 4А. В каталоге указаны синхронная вснп и номинальная пн м частоты вращения, номинальная мощность Рд„относительные значения пускового, критического и номинального крутящих моментов, Хп Мпус/Мном Хкр ™спвд/Мном а также маховой момент ротора рлй~, с помощью которых можно найти соответственно пусковой и максимальный (опрокндывающий) моменты. Синхронную частоту вращения п,нн ротора подбираемого двигателя находят из соотношения лснн л1ид1 Здесь л~ — заданная приближенная частота вращения кривошипа /. По каталогу выбирают асинхронный трехфазный электрический двигатель единой серии 4А с повышенным скольжением.
Для рассматриваемого примера это двигатель 4АС132М2УЗ, его номинальная мощность Р, = П кВт, синхронная частота вращения п,ннов 3000 об/мин, номинальная частота вращения пн = 2840 об/мин; дп св 2; )с„р од 2,4; маховой момент ротора ри)3~ = 0,09 кг. м~. Перечисленные параметры двигателя позволяют рассчитать угловую скорость при номинальной мощности ном = к" ном /30 = и 2840/30 = 297,25 рад/с; номинальный движущий момент Мном = дв/оздвном = 000/297~~~ = ~~Ф '~1 пусковой момент Мпус = ~п Мном = 2'37 01 = 74,02 Н м; критический (максимальный) момент Мкр = сов Мном = 2 4'37 01 = 88,82 Н'м; момент инерции ротора ./р„= 0,25 ри Ф = 0,25.
0,9 = 0,0225 кг м~ и построить механическую характеристику л,(М,) двигателя 4АС80А6УЗ (рис. 3.12, а). При построении механической характеристики участок кривой, примыкающий к точке с номинальными параметрами ин Мн „, приближенно можно заменить отрезком прямой линии (второй участок кривой от Мп, до М„р также допускается заменить отрезком прямой). Параметры динамической модели механизма уточняют, используя построенную механическую характеристику двигателя (см.
рис. 3.12, а). Сначала, учитывая передаточное отношение привода ид~ — — лд,/п1 — — 4,8 и его КПД (В = 0,86), строят при- веденную механическую характеристику двигателя, т. е. зависимость «э~(Мд"Р) (см. рис. 3.11, ж). С этой целью рассчитывают синхронную угловую скорость звена приведения (и кривошипа 1) «э»син = «здвсин/пдв! = пивин/(30пдв») = = и 3000/(30 4,8) = 65,42 рад/с и номинальную угловую скорость звена приведения «э~ иом = «здв ном /"дв ~ = 297 25/4,8 = 61,93 рал/с; находят приведенный номинальный движущий момент Мдйом Мном дв~ = 31,01 4,8.
0,86 = 152,78 Н м; приведенный пусковой момент МдпРус = /1п Мд нРом = 2 ' 152 78 = 305,56 Н м; приведенный критический (максимальный) момент М",Рвх = Хн Мд",воо = 2,4 152,78 = 366,7 Н м. Среднее значение приведенного движущего момента (3.46) сравнивают для проверки со значением МпР, найденным в разд. 3.3. Далее по рассчитанным выше значениям парапр пр пр метров «'син» «эхом» Мдном» Мд пус и Мд пах строят при веденную механическую характеристику двигателя (рис. 3.12, б), находят среднюю угловую скорость Мпр д ном «»син « ном (3.47) Мд ср 'осин «эср пр 152,78 65,42 — 61,93 = 62 37 133,6 65,42 — «3с и частоту и, вращения кривошипа л~ «эс /(2к). Согласно формуле (3.47) л~ — — 62,37/(2п) = 9,93 с ' (в исходных данных было задано и, = 10,1 с '). На графике «эдв(Мдпй) отмечают наибольшее изменение угловой скорости (Л«з)„«, которое определяют по формуле (Л«э)и« вЂ” — 8«зср; (Л«з)н« вЂ”вЂ” = 1/(40 62,37) = 1,56 рад/с, и соответствующее наибольшее изменение приведенного движущего момента (Мд"Р)н«при работе машины с заданным коэффициентом неравномерности Ь вращения криво- шипа 1.
При этом необходимо провести проверку условия (3.48) «Э!п»вх Юсин ( где «э~ в„— максимальная угловая скорость криво- шипа, определяемая из соотношения а, .х=а„р(1+8/2). Если условие (3.48) не выполняется, то следует либо уменьшить заданный коэффициент б, либо выбрать электродвигатель с другой механической характеристикой (с большим скольжением). Найденные по формуле (3.48) числовые значения «эппвх можно использовать для уточненных расчетов движущего момента. Используя ось «з~ графика «э~(ср~ ), повторяют построение приведенной механической характеристики двигателя (см. рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
