Электрический привод, выполненный на цилиндрических зубчатых передачах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

НОУ ВПО «СРЕДНЕРУССКИЙ

гуманитарно-технологический институт»

Кафедра информационно-измерительных систем и электроэнергетического обеспечения

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине: Электрический привод.

на тему: «Электрический привод выполненный на цилиндрических зубчатых передачах»

Электроэнергетика и электротехника

Профиль: «Менеджмент в электроэнергетике»

ОБНИНСК 2015г.

Содержание

Введение

1. Основные понятия механики приводов

1.1 Виды машин и их классификация. Механизм. Машинный агрегат

1.2 Электродвигатели и передаточные механизмы

2. Энерго-кинематический расчет привода

2.1 Кинематические и энергетические характеристики привода

2.2 Выбор электродвигателя

2.3 Назначение передаточных отношений передач привода

2.4 Кинематический и силовой анализ привода

Заключение

Список использованных источников

Приложение

Введение

Целью курсовой работы является приобретение навыков расчета электроприводов.

Основной задачей курсовой работы является определение требуемой мощности и выбор серийного асинхронного двигателя, определение общего передаточного отношения привода, разбивка общего передаточного отношения по ступеням, определение передаточного отношения редуктора, кинематический и силовой расчет привода.

Привод является неотъемлемой частью практически любого сложного технического устройства. Привод, разработанный в проекте, включает электродвигатель, вращение от которого посредством клиноременной передачи передаётся на редуктор и далее через муфту на другие устройства.

Из существующих типов электродвигателей выбран асинхронный электродвигатель трехфазного тока единой серии 4А, которые хорошо зарекомендовали себя в промышленности.

При проектировании привода учитывается множество факторов, важнейшими из которых являются выполнение требуемых кинематических и энергетических характеристик привода.

Актуальность данной работы заключается в самом расчете электрического привода и получение теоретической базы знаний, т.к. электрический привод используется повсеместно начиная с микроволновой печи и вплоть до космических аппаратов.

В первой части работы рассматривается теоретическая база. Такие темы как: машины и их классификации; механизмы и машинные агрегаты; электродвигатели; передаточные механизмы и основные характеристики передаточных механизмов.

Во второй части работы ведется расчет привода. Выводятся кинематические и энергетические характеристики привода и выбирается электродвигатель, а так же ведется назначение передаточных отношений передач привода и кинематический-силовой анализ привода.

1. Основные понятия механики приводов

1.1 Виды машин и их классификация. Механизм. Машинный агрегат

Машиной принято называть техническое устройство, предназначенное для преобразования энергии, материалов и информации с целью облегчения или замены физического и умственного труда человека.

Существуют следующие виды машин:

· Энергетические;

· Рабочие;

· Информационные.

Энергетические машины предназначены для преобразования энергии одного вида в энергию другого вида.

Энергетические машины - двигатели.

Двигателями называют энергетические машины, которые предназначены для преобразования любого вида энергии в механическую энергию.

Энергетическую машину, предназначенную для преобразования электрической энергии в механическую энергию, называют электродвигателем.

Рабочие машины предназначены для совершения полезной работы по перемещению или преобразования материалов.

Рабочие машины также подразделяют на два вида:

· Транспортные машины;

· Технологические машины.

Транспортные машины используют механическую энергию для изменения положения (координат) объекта в пространстве.

Технологические машины используют механическую энергию для преобразования формы, свойств, размеров или состояния объектов.

Информационные машины предназначены для сбора, обработки и преобразования информации.

Информационные машины подразделяют на три вида:

· Математические машины;

· Контрольно - управляющие машины;

· Кибернетические машины.

Математические машины преобразуют входную информацию в математическую модель исследуемого объекта.

Контрольно - управляющие машины преобразуют входную информацию в сигналы управления рабочей или энергетической машиной.

Кибернетические машины преобразуют входную информацию в сигналы управления рабочей или энергетической машиной с учетом оценки состояния окружающей среды (обладают элементами искусственного интеллекта).

Механизмом принято называть техническое устройство, состоящее из связанных друг с другом твердых тел и предназначенное для преобразования заданных законов движения одних твердых тел в требуемые законы движения других твердых тел.

Твердые тела, из которых состоит механизм, обычно называют звеньями, связи между ними - кинематическими парами, звено, закон движения которого задан, - входным, звено, закон движения которого требуется обеспечить, - выходным.

Основное отличие машины от механизма состоит в том, что в машине происходит преобразование одного вида энергии в другой, а в механизме происходит только трансформация механической энергии.

Машинным агрегатом принято называть техническую систему, состоящую из одной или нескольких соединенных последовательно или параллельно машин и предназначенную для выполнения каких-либо требуемых функций.

Обычно в состав машинного агрегата входят:

· Машина-двигатель;

· Передаточный механизм;

· Рабочая машина.

Очень часто также в состав машинного агрегата включают контрольно -управляющую или кибернетическую машину.

Отметим также, что совокупность машины - двигателя и передаточного механизма обычно называют приводом

1.2 Электродвигатели и передаточные механизмы

В машиностроении для привода машин обычно используют трехфазные асинхронные электродвигатели с короткозамкнутым ротором единой серии 4А (ГОСТ 19523-81).

Эти электродвигатели отличаются простотой конструкции (обмотка ротора замыкается в самом двигателе, что позволяет включать их в сеть без дополнительных устройств) и надежностью в эксплуатации.

Электродвигатели характеризуются номинальной мощностью Р_ном, которую они могут обеспечивать в течение длительного времени не нагреваясь и номинальной частотой вращения ротора под нагрузкой n_ном, которая меньше синхронной частоты вращения ротора n_с из-за скольжения.

Синхронная частота вращения ротора n_с определяется числом пар полюсов p обмотки статора.

Для двигателей массового применения число пар полюсов p=2, 4, 6, 8, а синхронная частота вращения n_с=3000, 1500,1000, 750 об/мин.

В каталогах электродвигателей для каждой номинальной мощности Р_ном и синхронной частоты вращения n_с приводят номинальную частоту вращения n_ном, которая в дальнейшем используется при расчетах.

Выбор электродвигателя производят на основании условия Р_ном ? P_Д.

Электродвигатели с n_с = 3000 об/мин (из-за существенного увеличения общего передаточного отношения привода, а следовательно увеличения его сложности и стоимости) и n_с = 750 об/мин (электродвигатели имеют большую массу и габариты) не рекомендуется применять без наличия соответствующих обоснований.

Передаточные механизмы.

Передаточными механизмами принято называть механизмы, которые служат для трансформации (согласования) заданного закона движения (механических характеристик) выходного звена машины - двигателя и требуемого закона (механических характеристик) входного звена рабочей машины.

Для электродвигателя выходным звеном является ротор (вал) электродвигателя, который совершает вращательное движение. Поэтому в дальнейшем ограничимся рассмотрением передаточных механизмов для преобразования вращательного движения.

Также отметим, что звенья механизмов, совершающие вращательное движение, и передающие механическую нагрузку (вращающие моменты) принято называть валами.

В пространстве валы могут быть:

· соосными (расположенные одновременно в двух пересекающихся плоскостях, рис 1а);

· параллельными (расположенные одновременно в одной плоскости и двух параллельных плоскостях, рис 1б);

· пересекающимися (расположенные одновременно в одной плоскости и двух пересекающихся плоскостях, рис.1в);

· скрещивающимися (расположенными в двух параллельных и двух пересекающихся плоскостях, рис. 1г).

Для передачи вращающего момента с одного вала на другой используют передачи. Все передачи можно разделить на два вида:

· открытые передачи;

· закрытые передачи.



Рис. 1. Валы в пространстве.

Открытые передачи размещаются на открытом воздухе, закрытые передачи - в отдельном закрытом корпусе, что позволяет обеспечить хорошую смазку этих передач.

По принципу передачи движения передачи подразделяют также на два вида:

· передачи трением;

· передачи зацеплением.

Передачи зацеплением могут быть с непосредственным контактом звеньев и передачей движения гибкой связью. В последнем случае такую гибкую связь называют цепью, а передачи - цепными передачами.

Передачи зацеплением с непосредственным контактом подразделяют на три вида:

· цилиндрические зубчатые передачи;

· конические зубчатые передачи;

· червячные передачи.

Цилиндрические зубчатые передачи (рис.2) применяют для передачи движения между параллельными валами, конические передачи (рис.3) применяют для передачи движения между пересекающимися валами, червячные передачи (рис.4) применяют для передачи движения между скрещивающимися валами.

Рис.2. Цилиндрическая зубчатая передача.

Рис.3. Коническая передача.

Рис.4. Червячная передача.

Далее, более детально рассмотрим классификацию цилиндрических зубчатых передач.

В зависимости от взаимного расположения зубчатых колес цилиндрические зубчатые передачи подразделяют на:

· передачи с внешним зацеплением (рис. 5);

· передачи с внутренними зацеплением (рис.6 ).

Рис.5. Передачи с внешним зацеплением.

Рис.6. Передачи с внутренними зацеплением.

В зависимости от направления линии зуба зубчатых колес цилиндрические зубчатые передачи подразделяют на:

· прямозубые (рис. 7);

· косозубые (рис.8);

· шевронные (рис.9).

Отметим, что значительное применение получили также передачи шестерня-рейка, которые позволяют преобразовать вращательное движение вала в поступательное (рис.10).



Рис.7. Прямозубая передача.

Рис.8. Косозубая передача.

Рис.9. Шевронная передача.

Рис.10. Передача шестерня-рейка.

Значительно реже применяют цилиндрические зубчатые передачи с винтовыми зубьями (рис.11) из-за повышенного скольжения и низкой нагрузочной способности, хотя эти передачи позволяют обеспечить передачу движения между пересекающимися валами.

Рис.11. Передача с винтовыми зубьями.

Для передачи движения между соосными валами применяют муфты. Муфты подразделяют на:

· втулочные (рис.12);

· фланцевые (рис.13);

· зубчатые (рис.14);

· упругие (рис.15);

· конусные (рис.16);

· дисковые (рис.17).

Рис.12. Втулочные муфты.

В дальнейшем условимся валы нумеровать латинскими цифрами, соосные валы обозначать буквой С, параллельные валы - буквой П, пересекающиеся -буквами ПП, скрещивающиеся - буквами СС.



Рис.13. Фланцевые муфты

Рис.14. Зубчатые муфты.

Рис.15. Упругие муфты

Рис.16. Конусные.

В зависимости от взаимного расположения валов в пространстве можно применить различные связи между валами.

Для соосных валов:



Рис.17. Дисковые.

· Муфты.

Для параллельных валов:

· Ременные передачи;

· Цепные передачи;

· Цилиндрические фрикционные передачи;

· Цилиндрические зубчатые передачи.

Для пересекающихся валов:

· Конические фрикционные передачи;

· Конические зубчатые передачи

Для скрещивающихся валов:

· Червячные передачи.

Введем следующие обозначения связей (передач):

Муфта - М;

Ременная передача с плоским ремнем - РП;

Ременная передача с клиноременным ремнем - РК;

Ременная передача с поликлиновым ремнем - РПК;

Ременная передача с круглым ремнем - РКР;

Цепная передача с роликовой цепью - ЦР;

Цепная передача с зубчатой цепью - ЦЗ;

Цилиндрическая фрикционная передача - ЦФ;

Цилиндрическая зубчатая передача - ЦЗ;

Коническая фрикционная передача - КФ;

Коническая зубчатая передача - КЗ;

Червячная передача - Ч.

Использование данных понятий позволяет описать любую структуру передаточного механизма.

Например, передаточный механизм, представленный на рис. 18, описать следующим образом:

I-II (П) - РК

II-III(П)-ЦЗ

III-IV(П)-ЦЗ.

Рис.18. Кинематическая схема.

Если дополнительно в описание связей ввести основные характеристики используемых передач, то можно перейти к системе полного описания передаточных механизмов.

Например, чтобы однозначно определить цилиндрическую эвольвентную зубчатую передачу со стандартным исходным производящим контуром, достаточно задать следующие характеристики:

· Модуль зацепления;

· Число зубьев шестерни;

· Число зубьев колеса;

· Угол наклона линии зуба;

· Коэффициент смещения исходного контура шестерни;

· Коэффициент смещения исходного контура колеса;

· Ширину венца шестерни;

· Ширину венца колеса.

Основные характеристики передаточного механизма

Передаточные механизмы могут быть открытыми и закрытыми (расположенными в отдельном специальном корпусе).

Основной кинематической характеристикой передаточного механизма является передаточное отношение под которым понимают отношение угловой скорости выходного вала к угловой скорости входного вала:

U= ю _вых/ю_вх. (1.1)

В зависимости от значения передаточного отношения передаточные механизмы могут быть понижающими и повышающими.

Передаточные механизмы, которые обеспечивают несколько передаточных отношений, принято называть коробками передач, а которые обеспечивают одно постоянное передаточное отношение - передачами.

Закрытые понижающие передачи обычно называют редукторами, закрытые повышающие передачи - мультипликаторами.

Энергия, подводимая к входному звену передаточного механизму в виде работы А_дв движущих сил и моментов за цикл установившегося режима, расходуется на совершение полезной работы А_пс т.е. работы сил и моментов полезного сопротивления, а также на совершение работы А_т, связанной с преодолением сил трения в кинематических парах и сил сопротивления среды:

А_дв = А_пс + А_т. _. (1.2)

Механическим коэффициентом полезного действия (или сокращенно КПД) называют отношение

 . _. (1.3)

Как видно, КПД показывает, какая доля механической энергии, подведенной к передаточному механизму, полезно расходуется на совершение той работы, для которой механизм используется.

Отношение о = А_т/А_дв называют механическим коэффициентом потерь, который характеризует, какая доля механической энергии А_дв, подведенной к передаточному механизму, вследствие наличия различных видов трения превращается в конечном счете в теплоту и бесполезно теряется, рассеиваясь в окружающем пространстве. Так как потери на трение неизбежны, то всегда о > 0.

Между коэффициентом потерь и КПД существует очевидная связь:

о = 1 - з. (1.4)

В современных условиях, когда экономное расходование энергии является одной из первоочередных задач, КПД и коэффициент потерь являются важными характеристиками механизмов машин.

электродвигатель зубчатый привод вал

2. Энерго-кинематический расчет привода

2.1 Кинематические и энергетические характеристики привода

Кинематическая схема привода и исходные данные для расчета

Рис. 19. Кинематическая схема: Мощность на выходном валу: РВВ=5 кВт. Частота вращения выходного вала: nВВ=62. Нагрузка постоянная. Срок службы t = 25000 часов. Кп = 1,6 коэффициент перегрузки. 1-клиноременная передача 2-цилиндрическая косозубая передача 3- цилиндрическая прямозубая передача. ЭД - электродвигатель. Передачи 2 и 3 закрытые ЭД - электродвигатель

Назначаем КПД () передач и подшипников привода:

-Клиноременная передача ;

-Передача редуктора цилиндрическими зубчатыми колесами ;

-Передача редуктора цилиндрическими зубчатыми колесами ;

-Подшипники качения (три пары) .

Определяем КПД привода - ():

(2.1)



где - число пар подшипников.

В данной схеме m=3.

Определяем расчётную мощность электродвигателя -

: (2.2)

2.2 Выбор электродвигателя

По полученной расчётной мощности электродвигателя из каталога электродвигателей выбираем нужный типоразмер асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором единой серии 4А (ГОСТ 19523-81) из условия

(2.3)

Выбираем двигатель:

Тип - 4АМ132S4У3;

Мощность Р_ном = 7,5 кВт;

Синхронная частота вращения n_с =1500 об/мин;

Номинальная частота вращения n_ном =1455 об/мин (щ_ном=152,29 рад/сек).

2.3 Назначение передаточных отношений передач привода

Определяем общее передаточное отношение привода

(2.4)

Назначаем передаточным отношение для клиноременной передачи U₁^ст = 2 (допускается U₁ <5).

Определяем передаточное отношение редуктора

.(2.5)

Определяем рекомендуемое значение передаточного отношения тихоходной ступени цилиндрического двухступенчатого редуктора по формуле:

. (2.6)

Определяем передаточное отношение быстроходной ступени цилиндрического двухступенчатого редуктора:

. (2.7)



Округляем полученные значения до стандартных передаточных отношений:

U_Т = = 3,05;

.

2.3.7. Определяем общее передаточное отношение привода с учетом стандартных передаточных отношений:

(2.8)

2.4 Кинематический и силовой анализ привода

Определяем фактическую частоту вращения выходного вала привода:

(2.9)

Определяем отклонение фактической частоты вращения выходного вала от заданного:

(условие выполняется) (2.10)

Определяем частоты вращения по валам привода:

 (2.11)

(2.12)

(2.13)

(2.14)

Определяем крутящие моменты на валах привода:

(2.15)

(2.16)

(2.17)

(2.18)

Результаты расчётов в 2.4.3 и 2.4.4 пунктах сведём в таблицу:

Табл. 1. Сводная таблица вращающих моментов.

Вал	1	2	3	4
, ( )	40,003	76,421	294,346	875,401
, ()	1445	722,5	182,9	60,97

Заключение

Выполняя данную работу, мы не только закрепили пройденный теоретический материал, но и обрели некоторые практические навыки при проектировании данной системы электропривода ирасчета ее параметров, что является важнейшим фактором нашей программы обучения. Также, используя необходимую справочною литературу, мы получили действительные представления о современных систем электроприводов и о большом количестве электрооборудования, используемом в настоящее время в электроприводе на различных предприятиях.

В курсовой работе проведен анализ основных понятий механики приводов, определена требуемая мощность и выбран типоразмер серийного асинхронного двигателя, назначено передаточное отношение клиноременной передачи и цилиндрических зубчатых передач редуктора, исследована кинематика привода (определены угловые скорости валов) и рассчитаны моменты сил на валах привода. Целью курсовой работы было приобретение навыков расчета электроприводов, считаю что цель достигнута и выполнены основные задачи курсовой работы такие как: определение требуемой мощности и выбор серийного асинхронного двигателя, определение общего передаточного отношения привода, разбивка общего передаточного отношения по ступеням, определение передаточного отношения редуктора, кинематический и силовой расчет привода.

Согласно исходных данных производился расчет и выбор электродвигателя- был выбран двигатель серии 4А тип-4АМ132S4У3. Было получено КПД привода которое составило 0,908, что считаю весьма неплохо.

Рассчитав назначение передаточных отношений передач привода приступили к кинематическому и силовому анализу привода, все условия были выполнены. И наконец закончили расчет определением крутящих моментов на валах привода которые мы свели для наглядности в таблицу представленную ниже.

Список использованных источников

1. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин / И.И. Артоболевский.- М.: Наука, 2012.- 639 с.

2. Иосилевич Г.Б. Прикладная механика /Г.Б.Иосилевич, П.А.Лебедев, В.С. Стреляев.- М.: Машиностроение,2013.- 575 с.

3. Лабораторный практикум и курсовое проектирование по теории механизмов и машин с использованием ЭВМ / А.М. Ашавский, В.Ф. Балабанов, А.Я. Вольперт и др.; под общ. ред. А.М. Ашавского.- М.: Машиностроение, 2011. - 159 с.

4. Левитская О.Н. Курс теории механизмов и машин /О.Н.Левитская, Н.И.Левитский.- М.: Высш. шк., 2013.-279 с.

5. Левитский Н.И. Теория механизмов и машин /Н.И.Левитский.- М.: Наука, 2014.- 550 с.

6. Механика машин: Учеб. пособие для втузов /Под ред. Смирнова Г.А. - М.: Высш. шк., 2012, 510 с.

7. Теория механизмов и механика машин: Учебник /Под ред. К.В. Фролова. - М.: Высш. шк., 2011.- 595 с.

8. Попов С.А., Тимофеев Г.А. Курсовое проектирование по теории механизмов и машин: Учеб. пособие для втузов /Под ред. Фролова К.В. - М.: Высш. шк., 2014. - 350 с.

9.Курмаз Л.В. Конструирование узлов и деталей машин : учебное пособие для вузов / Л.В. Курмаз, О.Л. Курмаз. - М. : Высш. шк., 2012. - 455 с.

10.Детали машин: Учебное пособие / Н.А. Марцулевич, А.Н. Луцко, Д.А. Бартенев /Под ред. Н.А. Марцулевича. - СПб. : СПбГТИ(ТУ), 2014. - 493 с.

11.Иванов Г.А. Расчет и конструирование механического привода: учебное пособие для студ. учреждений высш. проф. образования / Г.А. Иванов. - М.: Издательский центр «Академия», 2012. - 384 с.

12. Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин. М., 2011г., 432 с.

Приложение

Мощность, кВт	Синхронная частота вращения, мин-1
	3000	1500	1000	750
	типоразмер	S, %	Тп/Тн	типоразмер	S, %	ТпТн	Типоразмер	S, %	Тп /Тн	типоразмер	S, %	Тп/Тн
0,55	63В2	8,5	2,0	71А4	7,3	2,0	71В6	10	2,0	80В8	9,0	1,6
0,75	71А2	5,9		71В4	7,5		80А6	8,4		90LА8	8,4
1,1	71В2	6,3		80А4	5,4		80В6	8,0		90LВ8	7,0
1,5	80А2	4,2		80В4	5,8		90L6	6,4		100L8	7,0
2,2	80В2	4,3		90L4	5,1		100L6	5,1		112МА8	6,0	1,8
3,0	90L2	4,3		100S4	4,4		112МА6	4,7		112М8	5,8
4,0	100S2	3,3		100L4	4,7		112МВ6	5,1		132S8	4,1
5,5	100L2	3,4		112М4	3,7		132S2	3,3		132М8	4,1
7,5	112М2	2,5		132S4	3,0		132М6	3,2		160S8	2,5	1,4
11,0	132S2	2,3	1,6	132М4	2,8		160S6	2,7	1,2	160М8	2,5
15	160S2	2,1	1,4	160S4	2,3	1,4	160М6	2,6		180М6	2,5	1,2
18,5	160М2	2,1		160М4	2,2		180М6	2,7		200М8	2,3
22	180S2	2,0		180S4	2,0		200М6	2,8		200L8	2,7
30	180М2	1,9		180М4	1,9		200L6	2,1		225М8	1,8
37	200М2	1,9		200М4	1,7		225М6	1,8		250S8	1,5
45	200L2	1,8		200L4	1,6		250S6	1,4		250М8	1,4
55	225М2	1,8	1,2	225М4	1,4	1,2	250М6	1,3		280S8	2,2
75	250S2	1,4		250S4	1,2		280S6	2,0		280М8	2,2

Размещено на Allbest.ru