Подбор электродвигателя и выбор типа редуктора

График изменения силы полезного сопротивления в функции от угла поворота φ1 кривошипа представлен на чертеже (эта сила постоянна и равна FСРХ при рабочем ходе и FСХХ при холостом ходе). Мощности сил полезного сопротивления перемещению исполнительного органа

на участке рабочего хода:

Pсрх = Fсрх Vсрх =1000 * 5,3= 5300Вт;

на участке холостого хода:

Pсхх = Fсхх * V cхх= 100 * 5 =500 Вт.

Средние значения силы полезного сопротивления и её мощности:

FСР = (1000 + 100)/2 = 550 Н;

PCР = 550∙5,3 = 2915 Вт.

Графики изменения силы полезного сопротивления и её мощности (при рабочем и холостом ходе и средние) в функции от угла поворота φ1 кривошипа представлен на чертеже. Эти величины изменяются по линейно-постоянному закону.

Коэффициент полезного действия исполнительного механизма с четырьмя кинематическими парами (вращательных – качения, поступательной – скольжения) примем равным ηМ ≈ 0,99∙0,99∙0,99∙0,98 ≈ 0,95.

Среднее значение мощности сил сопротивления вращению кривошипа

PК = PCР/ ηМ = 2915/0,95 ≈ 3068 Вт.

Среднее значение момента сил сопротивления вращению кривошипа

TК = PК/ ω1 = 3068/125,6 ≈ 24 Н∙м.

При отсутствии каких-либо дополнительных соображений для привода машины в действие принимают высокооборотный (с одной парой полюсов и синхронной угловой скоростью вращения ротора ωДО = 314 1/с) электродвигатель переменного тока, асинхронный, единой серии А – такой электродвигатель имеет меньшие размеры, массу и стоимость. В качестве механизма, выполненного в виде редуктора (с механизмом, размещённом в корпусе), для передачи вращения с ротора электродвигателя на кривошип желательно использовать зубчатый цилиндрический одноступенчатый механизм, выполненный в виде редуктора – он самый простой, недефицитный и дешёвый.

При скорости вращения кривошипа 125,6 1/скорость вращения быстроходного двигателя необходимо уменьшить в u10 = 314/125,6 ≈ 2,5. Для реализации такого передаточного числа (для уменьшения скорости в 2,5 раза) в этом случае требуется использовать не самый рациональный тип зубчатого редуктора – двухступенчатый цилиндрический с большими размерами и массой или одноступенчатый червячный с малым коэффициентом полезного действия. Поэтому в виде исключения для привода машины в действие при заданных параметрах примем среднеоборотный двигатель (с двумя парами полюсов) с ωДО = 157 1/с, при котором передаточное число u20 = 157/125,6 ≈ 1,25 – это ориентировочное значение передаточного числа механизма-передачи в виде редуктора, которое необходимо разместить между двигателем и кривошипом.

Возможные выполнения и компоновки зубчатых передач (редукторов), реализующих различные передаточные числа:

при u ≈ 7…10 – одноступенчатый цилиндрический внешнего зацепления; то же, внутреннего; то же, конический; то же, винтозубчатый; цилиндрический внешне-внутреннего зацепления; цилиндрический

планетарный нескольких выполнений (с механизмом Чарльза-Джеймса, с паразитным рядом колёс, с внешней и внутренней ступенью) – структурные схемы представлены на чертеже;

при u ≈ 20…70 – червячный; двухступенчатый цилиндрический внешнего зацепления; двухступенчатый цилиндрический внешне-внутреннего зацепления; двухступенчатый коническо-цилиндрический; цилиндрический планетарный нескольких выполнений (с внешней и внутренней ступенью, Давида – с двумя внешними ступенями, с двумя внутренними ступенями) и др.;

при u ≈ 70 и больше – червячный; трёхступенчатый цилиндрический внешнего зацепления; трёхступенчатый цилиндрический внешне-внутреннего зацепления; трёхступенчатый коническо-цилиндрический; цилиндрический планетарный нескольких выполнений (с механизмом Давида с внешней и внутренней ступенью, с двумя внешними ступенями, с двумя внутренними ступенями) и др.

Для обоснованного выбора рационального выполнения редуктора информации мало, поэтому предпочтение отдаём наиболее простому и дешёвому зубчатому цилиндрическому одноступенчатому редуктору с u20 ≈ 1,25 и среднеоборотному электродвигателю с ωДО = 157 1/с.

Максимально возможный коэффициент полезного действия одноступенчатого зубчатого цилиндрического редуктора ηР ≈ 0,97. При этом необходимая мощность двигателя составит величину:

PД = PК/ ηР = 3068/0,97 ≈ 3163 Вт.