Выбор мощности электродвигателей

 

Правильный выбор мощности двигателей имеет большое народнохозяйственное значение, во многом определяя первоначальные затраты и стоимость эксплуатационных расходов в многочисленных электроприводах. Применение двигателя недостаточной мощности может привести к нарушению первоначальной работы механизма, к снижению его производительности, возникновению аварий и преждевременному выходу двигателя из строя. В свою очередь использование двигателей завышенной мощности ухудшает экономические показатели установки, ведёт к её удорожанию и большим потерям энергии. В этом случае не только повышается первоначальная стоимость электропривода, но и потери энергии за счёт снижения к. п. д. двигателя, а в установках переменного тока, кроме того, ухудшается коэффициент мощности, величина которого непосредственно влияет на непроизводительную загрузку распределительных сетей и генераторов электрических станций, производящих энергию. Значение вопроса становится понятным, если представить, какое огромное число механизмов

приводится электрическими двигателями во всех областях народного хозяйства.

Мощность электродвигателя выбирается, исходя из необходимости обеспечить выполнение заданной работы электропривода, при соблюдении нормального теплового режима и допустимой механической перегрузки двигателя.

Выбор мощности электродвигателей требует также расчёта нагрузки привода не только при установившейся работе, но и в периоды переходных режимов. С этой целью строятся так называемые нагрузочные диаграммы, под которыми понимаются зависимости вращающего момента, мощности и тока двигателя от времени.

В каждом отдельном случае двигатель, выбранный в соответствии с заданной нагрузочной диаграммой, должен быть полностью загружен и при этом работать, не перегреваясь сверх допустимых пределов. Равным образом он должен обеспечивать нормальную работу при возможных временных перегрузках и обладать достаточным пусковым моментом для обеспечения требуемой длительности пуска рабочего механизма.

В подавляющем большинстве случаев выбор мощности двигателя производится по нагреву, а затем он проверяется по перегрузочной способности.

Нагревание двигателя происходит за счёт потерь, возникающих в нём при преобразовании электрической энергии в механическую. Потери энергии в стали, меди и потери на трение вызывают нагревание различных частей машины; при этом происходит также взаимное нагревание отдельных частей машины.

Вследствие выделения тепла при нагрузке температура двигателя постепенно повышается, и если бы двигатель не отдавал тепла в окружающую среду, она могла бы достигнуть бесконечно большой величины. Однако рассеивание тепла поверхностью двигателя (теплоотдача) в окружающую среду, всё увеличивающееся с возрастанием температуры двигателя, ограничивает его нагрев, и повышение температуры по истечении некоторого времени прекращается. Происходит это тогда, когда количество тепла, отдаваемое двигателем в окружающую среду в единицу времени, становится равным количеству тепла, выделяемого в двигателе. Такой тепловой режим, при котором достигается постоянство температуры (установившаяся температура), получается при длительной работе двигателя. Во многих случаях работа прекращается раньше, чем будет достигнута установившаяся температура, или происходит снижение нагрузки, а следовательно, уменьшение потерь и снижение температуры двигателя.

В соответствии с этим при выборе мощности двигателя по условиям нагревания различают три основных режима работы:

· длительный режим работы.

В этом режиме рабочий период столь велик, что температура двигателя достигает своего установившегося значения. В качестве примеров здесь могут служить длительно работающие двигатели вентиляторов, насосов преобразовательных установок и т.п., где период работы измеряется часами или даже сутками;

· кратковременный режим работы.

Этот режим работы характеризуется тем, что в рабочий период температура двигателя не успевает достигнуть установившегося значения, а пауза столь длительна, что температура двигателя снижается до температуры окружающей среды. Такой режим встречается, например, в приводах поворотного железнодорожного круга, разводных мостов, шлюзов и др., где пауза в работе значительно превышает длительность рабочего периода;

· повторно-кратковременный режим работы.

При этом режиме ни в одном из периодов работы температура двигателя не достигает установившегося значения, а во время паузы двигатель не успевает охладиться до температуры окружающей среды. Типичным примером для подобных приводов являются краны, лифты транспортные устройства, некоторые металлорежущие станки и т.п.

Повторно-кратковременный режим работы характеризуется коэффициентом относительной продолжительности рабочего периода, под которым понимается отношение времени рабочего периода к продолжительности рабочего цикла (суммарному времени рабочего периода и паузы).

Продолжительность одного цикла при повторно-кратковременном режиме не должна превышать 10 мин.

Проанализировав условия и время, затрачиваемое на обработку отверстий в щите промежуточном, приходим к выходу, что двигатели работают в кратковременном режиме. Произведём расчёт необходимой - мощности двигателя:

 

, где

 

 - нагрузка, при которой двигатель будет полностью использован по нагреву;

 - допустимая перегрузочная способность двигателя.

 

, где

 

 - номинальная мощность двигателя;

∆ ∆ - отношение постоянных потерь к переменным при номинальной нагрузке;

 - постоянная времени нагрева при кратковременном режиме работы;

 - время работы двигателя;

 - время работы, определяемое по каталогу.

 

Нарезка резьбы М12-6g:

 

 кВт;

 

Имея полученные данные, рассчитаем :

 кВт

Нагрузочный график изображён на рис. 1.

Подберём двигатель по моменту:

Определение необходимой мощности на валу двигателя, исходя из мощности силы резания. Расчёт будем проводить по большей силе резания:

 

 кВт;

 кВт;

 кВт;

 кВт.

 

Определение необходимого крутящего момента на валу двигателя, исходя из необходимой мощности:

 

.

 

Таким образом, нам нужен двигатель, удовлетворяющий следующим условиям:

· необходимая мощность - Р=0,3 кВт;

· необходимый момент - М=0,023 .

Выбираем двигатель 2ПБ112ГУ4, который имеет Р=2 кВт и М=0,6 .

На рис. 3.1. изображён график мощности на двигателе за период времени.

 

Рис. 3.1.

 

Кинематический расчёт

 

Выбор электродвигателя главного движения:

Из операций 070, 075 и 085, где используется одно и тоже оборудование выбираем операцию с максимальной мощностью резания.

N _{рез.макс.} =1,26 кВт - черновое точение на операции 070.

Отсюда требуемая мощность электродвигателя главного движения:

 

кВт.

 

Максимальные обороты шпинделя при обработке соответствуют чистовому точению на операции 070 n _макс. = 1504 об/мин.

Для обеспечения диапазона частот вращения шпинделя от 30 до 2000 об/мин выбираем двигатель постоянного тока для цепи главного движения 2ПБ112ГУ4 с возможностью главного регулирования частоты вращения ротора n _ном. = 3150 об/мин и мощностью N = 2 кВт. Отсюда передаточное отношение ремённой передачи i = = 1,575 принимаем i = 1,5 согласно стандартного рода передаточных чисел.

 

Расчёт шпиндельного узла

 

 

Параметры шпиндельного узла

Участок №1 Стержень:

Длина (mm.)=4.000e+001

Наружний диаметр (mm.)=4.000e+001

Внутренний диаметр (mm.)=2.100e+001

Диаметр шихты (mm.)=0.000e+000

Плотность (кг/m**3)=7.850e+003

Модуль Юнга (н/m**2)=2.100e+011одуль упp.для шихты=2.100e+010

Плотность шихты (кг/m**3)=7.850e+003

Участок №2 Стержень:

Длина (mm.)=2.900e+001

Наружний диаметр (mm.)=7.000e+001

Внутренний диаметр (mm.)=2.100e+001

Диаметр шихты (mm.)=0.000e+000

Плотность (кг/m**3)=7.850e+003

Модуль Юнга (н/m**2)=2.100e+011одуль упp.для шихты=2.099e+010

Плотность шихты (кг/m**3)=7.850e+003

Участок №3 Стержень:

Длина (mm.)=4.400e+001

Наружний диаметр (mm.)=6.000e+001

Внутренний диаметр (mm.)=1.500e+001

Диаметр шихты (mm.)=0.000e+000

Плотность (кг/m**3)=7.850e+003

Модуль Юнга (н/m**2)=2.100e+011одуль упp.для шихты=2.100e+010

Плотность шихты (кг/m**3)=7.850e+003

Участок №4 Радиальный рол. подшипник:

Ширина кольца (мм.) = 2.600e+001

Число рол. в 1 ряду = 2.400e+001

Геом.зазор (натяг) (мм.) = -1.000e-003

Радиальная нагрузка (Н.) = 2.905e+003

Число рядов тел качения = 2.000e+000

Эф.длина ролика (мм.) = 8.000e+000

Стат.нес. способность (Н.) = 5.410e+004

Дин.нес. способность (Н.) = 5.560e+004

Нар.диаметр кольца (мм.) = 9.500e+001

Вн.диаметр кольца (мм.) = 6.000e+001

Диаметр ролика (мм.) = 8.000e+000

Участок №5 Стержень:

Длина (mm.)=3.000e+001

Наружний диаметр (mm.)=6.000e+001

Внутренний диаметр (mm.)=1.500e+001

Диаметр шихты (mm.)=0.000e+000

Плотность (кг/m**3)=7.850e+003

Модуль Юнга (н/m**2)=2.100e+011одуль упp.для шихты=2.100e+010

Плотность шихты (кг/m**3)=7.850e+003

Участок №6 Рад.упорный подшипник:

Ном.угол контакта (град)=2.600e+001

Число шар. в 1 ряду =1.800e+001

Диаметр шарика (мм.)=1.110e+001

Диаметр нар. кольца (мм.)=9.500e+001

Диаметр вн. кольца (мм.)=6.000e+001тат.нес. способность (Н.)=2.500e+004

Дин.нес. способность (Н.)=2.887e+004

Натяг (Н.)=1.000e+002

Ширина (мм.)=1.800e+001

Участок №7 Стержень:

Длина (mm.)=2.500e+001

Наружний диаметр (mm.)=6.000e+001

Внутренний диаметр (mm.)=1.500e+001

Диаметр шихты (mm.)=0.000e+000

Плотность (кг/m**3)=7.850e+003

Модуль Юнга (н/m**2)=2.100e+011одуль упp.для шихты=2.100e+010

Плотность шихты (кг/m**3)=7.850e+003

Участок №8 Рад.упорный подшипник:

Ном.угол контакта (град)=2.600e+001

Число шар. в 1 ряду =1.800e+001

Диаметр шарика (мм.)=1.110e+001

Диаметр нар. кольца (мм.)=9.500e+001

Диаметр вн. кольца (мм.)=6.000e+001тат.нес. способность (Н.)=2.500e+004

Дин.нес. способность (Н.)=2.887e+004

Натяг (Н.)=1.000e+002

Ширина (мм.)=1.800e+001

Участок №9 Стержень:

Длина (mm.)=4.500e+001

Наружний диаметр (mm.)=6.000e+001

Внутренний диаметр (mm.)=1.500e+001

Диаметр шихты (mm.)=0.000e+000

Плотность (кг/m**3)=7.850e+003

Модуль Юнга (н/m**2)=2.100e+011одуль упp.для шихты=2.100e+010

Плотность шихты (кг/m**3)=7.850e+003

Участок №10 Стержень:

Длина (mm.)=2.700e+001

Наружний диаметр (mm.)=5.500e+001

Внутренний диаметр (mm.)=1.500e+001

Диаметр шихты (mm.)=0.000e+000

Плотность (кг/m**3)=7.850e+003

Модуль Юнга (н/m**2)=2.100e+011одуль упp.для шихты=2.100e+010

Плотность шихты (кг/m**3)=7.850e+003

Участок №11 Стержень:

Длина (mm.)=1.920e+002

Наружний диаметр (mm.)=5.000e+001

Внутренний диаметр (mm.)=1.500e+001

Диаметр шихты (mm.)=0.000e+000

Плотность (кг/m**3)=7.850e+003

Модуль Юнга (н/m**2)=2.100e+011одуль упp.для шихты=2.100e+010

Плотность шихты (кг/m**3)=7.850e+003

Участок №12 Радиальный рол. подшипник:

Ширина кольца (мм.) = 2.300e+001

Число рол. в 1 ряду = 2.200e+001

Геом.зазор (натяг) (мм.) = -1.000e-003

Радиальная нагрузка (Н.) = 2.885e+003

Число рядов тел качения = 2.000e+000

Эф.длина ролика (мм.) = 7.000e+000

Стат.нес. способность (Н.) = 3.660e+004

Дин.нес. способность (Н.) = 3.980e+004

Нар.диаметр кольца (мм.) = 8.000e+001

Вн.диаметр кольца (мм.) = 5.000e+001

Диаметр ролика (мм.) = 7.000e+000

Участок №13 Стержень:

Длина (mm.)=1.250e+001

Наружний диаметр (mm.)=5.000e+001

Внутренний диаметр (mm.)=1.500e+001

Диаметр шихты (mm.)=0.000e+000

Плотность (кг/m**3)=7.850e+003

Модуль Юнга (н/m**2)=2.100e+011одуль упp.для шихты=2.100e+010

Плотность шихты (кг/m**3)=7.850e+003

Участок №14 Стержень:

Длина (mm.)=1.800e+001

Наружний диаметр (mm.)=4.500e+001

Внутренний диаметр (mm.)=1.500e+001

Диаметр шихты (mm.)=0.000e+000

Плотность (кг/m**3)=7.850e+003

Модуль Юнга (н/m**2)=2.100e+011одуль упp.для шихты=2.100e+010

Плотность шихты (кг/m**3)=7.850e+003

Участок №15 Стержень:

Длина (mm.)=3.500e+001

Наружний диаметр (mm.)=4.000e+001

Внутренний диаметр (mm.)=1.500e+001

Диаметр шихты (mm.)=0.000e+000

Плотность (кг/m**3)=7.850e+003

Модуль Юнга (н/m**2)=2.100e+011одуль упp.для шихты=2.100e+010

Плотность шихты (кг/m**3)=7.850e+003адиальная и осевые жесткости (н/мкм): 5.905e+001 5.120e+001

Осевая и радиальная нагрузки: (Н) 3.000e+003 5.831e+003

Осевое и радиальные смещения: (мкм) 9.874e+001 5.859e+001