Группа Вс 21, 5.05.2022 г., техническая механика
методическая разработка

Общие рекомендации по проектированию привода и разработке кинематической схемы

Привод – это устройство, состоящее из источника энергии (двигателя) и передаточного механизма (передачи), которое служит для приведения в действие исполнительного механизма (рабочего органа).

При проектировании привода необходимо руководствоваться эксплуатационными, технологическими и экономическими требованиями. Кинематическую схему целесообразно разрабатывать в следующей последовательности:

- составить расчётную схему, включающую в себя основные элементы привода;

- выбрать двигатель;

-определить общее передаточное число и разбить его по ступеням.

Условия эксплуатации машин в производстве очень разнообразны. Они могут характеризоваться повышенной влажностью, наличием агрессивной среды (аммиака, диоксида углерода, сероводорода), пыли органического и минерального происхождения, различными режимами нагрузки и продолжительностью работы.

В этих условиях наиболее широко применяют трёхфазные асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором серии 4А и АИ. Их преимущество с двигателями другого типа – простота конструкции и обслуживания, высокая эксплуатационная надёжность и сравнительно низкая стоимость. Промышленность выпускает асинхронные электродвигатели серии 4А мощностью 0,12…400 кВт. Кроме основного исполнения существуют модификации этих двигателей, различающиеся по конструкции, условиям окружающей среды и специализации, которые выпускают с повышенным пусковым моментом, повышенным скольжением, со встроенной температурной защитой и многоскоростными. По степени защиты двигатели изготавливают двух исполнений: закрытые обдуваемые и защищенные. Первые надежнее и удобнее в эксплуатации.

1. ВЫБОР ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Для выбора электродвигателя следует знать требуемую (расчетную)  мощность. Исходными данными, которые необходимы для расчета привода и подбора электродвигателя чаще всего служат номинальный вращающий момент, на приводном валу машины и частота вращения  или угловая скорость  этого вала.

Требуемую (расчетную) мощность электродвигателя определяют по формуле:

Угловая скорость привода вала:

.

Коэффициент полезного действия (КПД) всего привода равен произведению КПД последовательно включенных передач, подшипников и муфт, то есть

КПД передач, подшипников и муфт принимаем по таблицам учебников Шейнблита, Чернавского и Ерохина. Номинальная мощность двигателя должна быть больше требуемой, но допускается превышение наоборот не более 5%.

Разные двигатели могут иметь одинаковую номинальную мощность при различных частотах вращения. Промышленность выпускает двигатели с числом полюсов 2, 4, 6 и 8, что соответствует синхронной частоты вращения 3000, 1500, 1000 и 750 об/мин. Чем больше число пар полюсов, тем меньше частота вращения вала двигателя и больше его размеры, масса и стоимость. В тоже время применение высокооборотных двигателей приводит к увеличению передаточного числа и стоимости передачи. Поэтому следует рассматривать несколько вариантов и выбрать оптимальный, соответствующий конкретным условиям. При проектировании привода рекомендуется ориентироваться на двигатели с синхронной частотой вращения вала ротора 1500 об/мин.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБЩЕГО ПЕРЕДАТОЧНОГО ЧИСЛА ПРИВОДА

Передаточное число является одной из основных характеристик передачи. Оно существенно влияет на выбор её типа и число ступеней.

Общее передаточное число привода определяется по формуле:

где   - асинхронная частота вращения двигателя (по каталогу);

 - частота вращения приводного вала рабочей машины;

 – угловая скорость двигателя;

 - угловая скорость рабочей машины.

В приводах широко используют различные ременные, цепные, зубчатые и червячные передачи. Передачи выбирают в зависимости от предъявляемых к ним требований, передаточного числа, передаваемой мощности предполагаемого относительного расположения сборочных единиц (схемы компоновки). При выборе типа передачи необходимо учитывать её кинематические параметры, КПД, габаритные размеры, массу, требования к технологии изготовления и экономические показатели.

При выборе типа передач для привода необходимо учитывать тот факт, что передачи с гибкой связью (ременные и цепные) нецелесообразно применять, если межосевое расстояние не определяется условиями компоновки.

По сравнению с зубчатыми передачами у червячных отмечены следующие недостатки: низкий КПД, более высокая стоимость, значительные эксплуатационные расходы. Потери на трение в червячных передачах в 3-4 раза превышают потери в заменяющих их двухступенчатых зубчатых передачах. Поэтому червячные передачи применяют, когда это необходимо по условиям компоновки, при повышенных требованиях к плавности и бесшумности, а так же при использовании эффекта самоторможения.

Разбивку передаточного числа привода по ступеням с учетом кинематических возможностей передачи выполняют согласно табличным значениям. Значения передаточных чисел зубчатых передач согласно ГОСТ 2185-66 нужно выбирать из следующих рядов:

1-й ряд: 1,00  1,25  1,6  2,00  2,5  3,15  4,0  5,0  6,3

2-й ряд: 1,12  1,40  1,8  2,24  2,8  3,55  4,5  5,6  7,1

Значения передаточных чисел червячных передач согласно ГОСТ 2144-76 выбирают из следующих рядов:

1-й ряд: 8  10  12,5  16  20  25  31,5  40  50  63  80;

2-й ряд: 9  11,2  14  18  22,4  28  35,5  45  56  71

При выборе передаточного числа зубчатых или червячных передач первый ряд следует предпочитать второму.

Рекомендуемые значения передаточных чисел для различных понижающих передач