Механические компоненты электропривода машин: расчет и проектирование

ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ

серия основана в 1 996 г.


е

                        СЕВАСТОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ


А.В. НЕМЕНКО





                МЕХАНИЧЕСКИЕ КОМПОНЕНТЫ ЭЛЕКТРОПРИВОДА МАШИН




            РАСЧЕТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ


УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

2-е издание, исправленное и дополненное


             Рекомендовано Учебно-методическим советом ВО в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по техническим направлениям подготовки (квалификация (степень) «бакалавр»)

znanium.com

Москва ВУЗОВСКИЙ УЧЕБНИК ИНФРА-М


2023

УДК 621(075.8)
ББК 34.4я73

    Н50


     Автор:

         Неменко А.В., кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры «Техническая механика и машиноведение» Севастопольского государственного университета

      Рецензенты:
         Ткачук Н.А., доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой теории и систем автоматизированного проектирования механизмов и машин Национального технического университета «Харьковский политехнический институт»;
         Гутыря С.С., доктор технических наук, профессор кафедры теоретической механики и машиноведения Одесского национального политехнического университета;
         Клименко Г.П., доктор технических наук, профессор кафедры металлорежущих станков и инструментов Донбасской государственной машиностроительной академии;
         Коноплев К.Г., доктор технических наук, профессор кафедры судовых и промышленных электромеханических систем Севастопольского государственного университета


      Неменко А.В.
Н50 Механические компоненты электропривода машин: расчет и проектирование : учебное пособие / А.В. Неменко. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва : Вузовский учебник : ИНФРА-М, 2023. — 376 с. — (Высшее образование). — DOI 10.12737/ textbook_5b34dad4-7ee877.13125931.

         ISBN 978-5-9558-0609-9 (Вузовский учебник)
         ISBN 978-5-16-013750-6 (ИНФРА-М, print)
         ISBN 978-5-16-107005-5 (ИНФРА-М, online)

         В учебном пособии рассмотрены вопросы подбора, расчета и проектирования механических компонентов электропривода машин; приведены справочные и пояснительные материалы, а также примеры технической документации.
         Предназначено для студентов технических специальностей вузов.


УДК 621(075.8)
ББК 34.4я73



ISBN 978-5-9558-0609-9 (Вузовский учебник)
ISBN 978-5-16-013750-6 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-107005-5 (ИНФРА-М, online)


© Неменко А.В., 2015
© Неменко А.В., 2018, с изме
   нениями
© Вузовский учебник, 2018

Введение

   Привод машины — система, состоящая из двигателя и связанных с ним механических устройств, которая предназначена для передачи энергии от источника к исполнительному узлу.
   Привод является неотъемлемой частью машины и влияет на ее экс— плуатационные характеристики. Композиция приводов различных ма— шин во многом типична, что позволяет применить принцип унификации и оптимизировать процесс его создания.
   В машинах часто используют электрический привод, в состав которо— го входит электродвигатель.
   Технический уровень машины в целом характеризуется показателями качества ее компонентов. Правильная компоновка привода решает зада— чи получения оптимальных эксплуатационных характеристик машин: повышения надежности, экономичности и безопасности.
   В учебном пособии рассмотрены вопросы подбора и расчета механи— ческих компонентов электрического привода машины, приведены необ— ходимые справочные и пояснительные материалы, а также примеры вы— полнения технической документации.
   Методика изложена на примере синтеза привода судовой грузовой электролебедки. Для других типов машин привод проектируется анало— гично и включает в себя требуемые по композиции части методики.
   В первом и втором разделах приведено описание механических ком— понентов привода машины, а также короткое обоснование теоретических положений расчета и проектирования.
   Собственно расчет электропривода занимает разделы с третьего по пятый в табличной форме. Таблицы оформлены таким образом, что пред— ставляют собой подробный алгоритм синтеза. В приложениях приведены справочные данные и примеры выполнения технической документации.
   Данное учебное пособие предназначено для студентов технических специальностей вузов.

3

1. ПРИВОД МАШИНЫ, ХАРАКТЕРИСТИКА ЕГО ЭЛЕМЕНТОВ И ПАРАМЕТРЫ ЭКСПЛУАТАЦИИ

   1.1. Состав машины
    Машина состоит из узлов, которые условно можно разделить на категории по характеру применения:
-  сообщающие движение;
-  преобразующие движение;
-  соединительные;

-  исполнительные.
    На рисунке 1.1. представлены конструктивные схемы транспортирующей и грузоподъемной машины
               «)

























Рисунок 1.1 - Конструктивныесхемы конвейераигрузовой лебедки: а) конвейер, б) грузовая электролебедка
       1  - электродвигатель; 2 - передача ременная; 3 - редуктор;
4 - передача цепная; 5 - муфта эластичная; 6 - тормоз; 7 - муфта зубчатая; 8 - барабан; 9 - гибкий орган; 10 - крюковая подвеска

4

     В качестве источника энергии, сообщающего движение приводам машин, распространение получили электродвигатели: трехфазные переменного тока асинхронные с короткозамкнутым ротором (серии MTKF, МТКН и АИР), с фазным ротором (серии MTF и МТН), переменного тока асинхронные повышенного скольжения (серии МАП), а также постоянного тока морского исполнения (серии ДПМ). На рисунке 1.2 изображен электродвигатель серии МАП, характеристики которого приведены в таблицах А.8, А.9.

Рисунок 1.2 - Электродвигатель серии МАП

    Исполнительный узел машины отражает ее производственное назначение. В грузовой электролебедке (рисунок 1.1,б) - это механизм подъема груза, включающий барабан и гибкий орган с грузозахватом.
    В качестве гибких органов в грузоподъемных машинах применяют канаты: различные по конструкции (плоские и круглые с разным количе

5

ством прядей и проволок в прядях, с сердечником, без сердечника) и материалам, из которых они изготовлены (стальные, пеньковые, асбестовые, и т. п.).
    Подбор каната производят по нормативной документации с учетом разрывного усилия в зависимости от режима и условий работы механизма. При двух и более несущих ветвях применяют крюковые подвески (рисунок 1.3, таблица А.6), крюк для которых подбирают по грузоподъемности и режиму работы машины.

Рисунок 1.3 - Подвеска крюковая:
1- крюк; 2 - ось блок канатный; 3 - ось блока; 4- подшипник блока;
5- подшипник крюка

      Для изменения направления движения и поддержания каната служат блоки. Они бывают подвижные и неподвижные. Система подвижных и неподвижных блоков, огибаемых канатом, образует полиспаст (рисунок 1.4). Характеристикой полиспаста является его кратность, которая показывает изменения нагрузки на одну ветвь каната. Полиспас


6

ты бывают одинарные и сдвоенные. Кратность одинарного полиспаста равна числу ветвей каната, воспринимающих нагрузку.


Рисунок 1.4 - Схемы полиспастов с различной кратностью: 1 - барабан; 2 - неподвижный блок; 3 - подвижный блок

    Для преобразования вращательного движения в поступательное при подъеме или опускании груза служат канатные барабаны (Рисунок 1.5).


Рисунок 1.5 - Барабан для однослойной навивки каната:
1 - корпус; 2 - вал; 3 - канат; 4 - планка прижимная; 5 - опора
(Dвн, D, Dб - диаметры внутренний, по дну канавки, по центру каната соответственно; d и I - диаметр и длина выходного конца вала;)

     В приводах производственных машин частота вращения вала двигателя, как правило, не равна частоте вращения вала на выходе привода. Для согласования кинематических параметров привода применяют узлы, преобразующие движение, композиция которых определяется передаточной функцией. В случае, когда эта функция направлена на понижение ча

7

стоты вращения, узел называется редуктором (от лат. reductor - отводящий назад, понижающий).
     В состав редуктора входят механические передачи различного типа: цилиндрические (прямозубые, с наклонным зубом, шевронные), конические, червячные, планетарные и волновые, а также передачи с гибкой связью (ременные и цепные). В случае, когда выходные энерго - кинематические параметры привода не могут быть обеспечены одной передачей, используют необходимое количество сочетаемых передач, которые образуют двух- трех- или многоступенчатые редукторы. В таблицах А.10 -А.14 Приложения А приведены типы редукторов, применяемые в приводах.
     Цилиндрическая зубчатая передача (рисунок 1.6) осуществляет передачу вращательного движения между параллельными осями. Колеса, образующие ее, имеют начальные и делительные поверхности в виде цилиндров.

Рисунок 1.6 - Передача цилиндрическая: 1,2 - сопрягаемые колеса (dw ₁, dw₂ - диаметры начальных окружностей;dₐ ₁, dₐ₂ - диаметры окружностей выступов; dₐ ₁, dₐ₂ - диаметры окружностей впадин; aw- межосевое расстояние ; w - полюс зацепления)

     Коническая зубчатая передача (рисунок 1.7) осуществляет передачу вращательного движения между пересекающимися осями. У зубчатых колес конической передачи начальные и делительные поверхности конические.

8

Рисунок 1.7- Передача коническая: 1,2 - колеса ведущее и ведомое;
(dₘₗ, d||₁₂ - средние делительные диаметры; dе₁, dе₂ - внешние делительные диаметры; dае₁, dае₂ - внешние диаметры вершин зубьев; Rₘ, R -среднее и внешнее конусные расстояния; 5₁,5₂ - углы делительных конусов колес; 8а₁,8f₁ - углы вершин и впадин; 0а, 0f - углы головки и ножки зуба соответственно; b - ширина зубчатого венца; S - межосевой угол).

   Планетарная зубчатая передача (рисунок 1.8) - это механизм для пе

редачи вращательного движения, в состав которого входят центральные колеса (а, Ь) на неподвижной оси и сопряженные с ними колеса (g) с перемещающимися осями вращения, называемые сателлитами. Звено, на котором установлены опоры сателлитов, называют водилом (h). Число сателлитов обозначается nw. Наибольшее распространение получили передачи с nw =3.

Рисунок 1.8 - Передача планетарная: а, b - колеса центральные; h - водило; g₁, g₂, g₃ - сателлиты

9

    Передачи с подвижными осями могут передавать энергию от входа к выходу несколькими потоками, число которых равно количеству сателлитов.
    Особенность конструкции планетарных передач определяет необходимость обеспечить: соосность валов центральных колес, требуемый зазор между сателлитами (условие соседства), а также вхождение звеньев в сопряжение при равных углах расположения сателлитов.
    Волновая зубчатая передача (Рисунок 1.9) - это механизм для передачи вращательного движения, который является конструктивной разновидностью планетарной передачи с одним центральным жестким колесом b и сателлитом g.

     Рисунок 1.9 - Схема образования волновой передачи: а) - передача планетарная с одним сателлитом; б) - передача волновая с одной зоной зацепления; в) - передача волновая с двумя зонами зацепления

   Сателлит выполняется в виде тонкостенного гибкого цилиндра с зубчатым венцом и деформируется в процесее работы водилом h (генератором волн).
   Волновая зубчатая передача передает вращательное движение посредством волн деформации, возбуждаемых в гибком элементе. Колеса передачи (жесткое и гибкое) образуют внутреннее зацепление. Зубчатый обод (венец) гибкого колеса является частью тонкостенной конструкции, которая может быть выполнена в виде стакана переходящего в вал или в виде трубы, связанной с валом зубчатой муфтой.
   Шип водила, на котором вращается сателлит, преобразован в кулачок или подобное ему устройство, называемое генератором волн h.
   Разработаны конструкции волновых передач с дисковыми, кулачковыми, электромагнитными, пневмо- и гидромеханическими генераторами волн.
   Вращательное движение между валами со скрещивающимися осями осуществляется червячной передачей, которая состоит из червяка и сопряженного с ним червячного колеса (рисунок 1.10).
   Различают передачи с цилиндрическими червяками (начальная и делительная поверхности червяка - цилиндры) и глобоидными червяками

10