龙门刨床电机的选择讲解.docx
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龙门刨床电机的选择讲解
设计任务书………………………………………
引言………………………………………………
设计说明书………………………………………
一、直流电机…………………………………
二、给定数据…………………………………
三、预选电机…………………………………
四、作电动机负载图…………………………
五、温开校验…………………………………
六、机械特性绘制……………………………
七、参考文献…………………………………
八、心得体会…………………………………
设计任务书
龙门刨床电动机的选择
龙门刨床的工作循环为:
正向起动、正向切削、正向制动、反向起动、快速返回和反向制动六个阶段。
设启动加速度为0.5米/秒2;起、制动时间相同;切削速度为27米/分;切削时间为22秒;切削力为1300kg;工件重为3.4吨;工作台重为3吨;齿条齿距为20毫米;返回速度为正向切削速度的1.2倍;传动效率为74%;工作台与桌面的摩擦系数为0.1。
课题设计要求:
预选电动机
设计传动装置,作出传动机构图
求出系统折算到电动机轴上的力矩和转动惯量
作电动机的负载图
校验电动机
写出设计说明书
设计说明书
直流电机
1.直流电机简介
电机是利用电磁作用原理进行能量转换的机械装置。
直流电机能将直流电能转换为机械能,或将机械能转换为直流电能。
将直流电能转换为机械能的叫做直流电动机,将机械能转换为直流电能的叫做直流发电机。
直流电动机的主要优点是启动性能和调速性能好,过载能力大。
因此,应用于对启动和调速性能要求较高的生产机械。
直流发电机主要用作直流电源,攻击直流电动机、电解、电镀等所需的直流电能。
直流电机的主要缺点是结构复杂,使用有色金属多,生产工艺复杂,价格昂贵,运行可靠性差。
2.直流电动机的基本工作原理
驾驭直流电动机的直流电源,借助于换向器和电刷的作用,使直流电动机电枢线圈中流过的电流,方向是交变的,从而使电枢产生的电磁转矩的方向恒定不变,确保直流电动机朝确定的方向连续旋转。
3.直流电机的结构
直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。
直流电机运行时静止不动的部分称为定子,定子的主要作用是产生磁场。
运转时转动的部分称为转子,其主要作用是产生电磁转居和感应电动势,是直流电动机进行能量转换的枢纽,所以通常又称为电枢。
4.直流电机的额定值
额定功率PN(KW):
电机按照规定的工作运行时所能提供的输出功率。
额定电压UN(V):
电机电枢绕组能够安全工作的最大外加电压或输出电压。
额定电流IN(A):
电机按照规定的工作方式运行时,电枢绕组允许流过的最大电流。
额定转速nN(r/min):
电机在额定电压、额定电流和输出额定功率的情况下运行时,电机的旋转速度。
直流电机运行时,如果各个物理量均为额定值,就成电机工作在额定运行状态,亦称为满载运行。
在额定运行状态下,电机利用充分,运行可靠,并具有良好的性能。
如果电机的电流小于额定电流,称为欠载运行;电机的电流大于额定电流,称为过在运行。
过分欠载运行,电机利用不充分,效率低;过载运行,已引起电机过热损坏。
根据负载选择电机时,最好使电机接近于满载运行.
给定数据
工作周期(图1)
数据
切削速度Vmax=27米/分
切削时间t切=22秒
切削力F切=1300kg*10=13000N
工件重ma=3.4吨
工作台重mT=3吨
起动加速度a起=0.5米/秒2
传动效率η=74%
齿条齿距20毫米
摩擦系数μ=0.1
返回速度V返=32.4米/分
起、制动时间相同
正向空走时间t正=0.5秒
起、制动加速度相同
预选电机
计算折算到电机轴上的静负载图
正向起动
起动时间(27米/分=0.45米/秒)
t1=Vmax/a起=0.45/0.5=0.9秒
摩擦力
f1=(mT+ma)×103×9.8μ=(3+3.4)×1000×9.8×0.1=6272N
加速度
由F1-f1=(mT+ma)a起得F1=(3000+3400)×0.5+6272=9472N
功率
P1=F1Vmax/η=9472×0.45/74%=5760W
距离
S1=0.5a起t12=0.5×0.5×0.92=0.2025m
正向空走
起动时间t2=0.5秒
摩擦力f2=f1=6272N
功率P2=f2Vmax/η=6272×0.45/74%=3814.05W
距离S2=Vmaxt2=0.45×0.5=0.225m
正向切削
时间t3=t切=22秒
速度V3=Vmax=0.45米/秒
切削力F3=F切=13000N
摩擦力f3=f1=6272N
功率
P3=(F3+f3)Vmax/η=(13000+6272)×0.45/74%=11719.46W
距离S3=Vmaxt3=0.45×22=9.9m
正向空走
时间t4=0.5秒
摩擦力f4=f1=6272N
功率P4=P2=3814.05W
距离S4=Vmaxt4=0.45×0.5=0.225m
正向制动
减速度a制=a起=0.5米/秒2
摩擦力f5=f1=6272N
制动力
由F5+f5=(mT+ma)a制得F5=(3000+3400)×0.5-6272=-3072N
时间t5=t1=0.9秒
距离
S5=Vmaxt5-0.5a制t52=0.45×0.9-0.5×0.5×0.92
=0.2025m
功率P5=F5Vmaxη=3072×0.45×74%=1022.98W
反向起动
速度V返=1.2Vmax=1.2×0.45=0.54米/秒
时间t6=t1=0.9秒
加速度a返=V返/t6=0.54/0.9=0.6米/秒2
起动力
由F6=(mT+ma)a返+f1得F6=(3000+3400)×0.6+6272=10112N
功率P6=F6V返/η=10112×0.54/74%=7379W
距离S6=0.5a返t62=0.5×0.6×0.92=0.243m
反向空走及反向制动
正向距离
S=∑Si
=S1+S2+S3+S4+S5=0.2025+0.225+9.9+0.225+0.2025
=10.755m
反向制动时间t8=t6=0.9秒
反向制动减速度a减=a制=0.5米/秒2
反向制动距离
S8=V返t8-0.5a减t82=0.54×0.9-0.5×0.5×0.92=0.2835m
反向空走距离
S7=S-S6-S8=10.755-0.243-0.2835=10.2285m
反向空走时间
t7=S7/V返=10.2285/0.54=18.94秒
反向制动力
F8=(mT+ma)a减=(3000+3400)×0.5=3200N
反向制动功率
P8=F8V返η=3200×0.54×74%=1278.72W
反向空走功率
P7=F7V返/η=6272×0.54/74%=2506.29W
绘制功率图
(图2)
平均功率
Pzol=∑Piti/∑ti=
(P1t1+P2t2+P3t3+P4t4+P5t5+P6t6+P7t7+P8t8)/(t1+t2+t3+t4+t5+t6+
t7+t8)=(5760×0.9+3814.05×0.5+11719.46×22
+3814.05×0.5+1102.98×0.9+7379×0.9+2506.29×18.94+1278.72×0.9)/(0.9+0.5+22+0.5+0.9+0.9+18.94
+0.9)=323079.9326/45.54=7094.42W
则初选功率:
PN=(1.1~1.6)Pzol=7803.86W~11351.072W=7.8KW-11.351KW。
产品样本
Z4-132-1:
额定功率P=10KW,
额定电流30.1A,
额定电压400V,
额定转速1330转/分
弱磁转速2100r/分
磁场电感8.9L/H
效率79.4/%
转动惯量0.32J/kg*m*m
质量140kg
确定电机及实际转速(取n=1300r/min)
1.已知齿轮齿距:
20mm=0.02m。
V切=Vmax=27m/min。
L=0.2×40=0.8m
=27/0.8=33.75r/min
2设计传递函数,求出传递比j。
传动结构图
由齿轮和减速器组成,减速器与电机相连,齿轮与减速器相连,减速比23:
1.
j=23.
3确定电机的转速,验证合理性。
n实际=33.75×23=776.25r/min
四、作电动机负载图
1.正向起动
摩擦转矩
Tf=9.55f1Vmax/nη=(9.55×6272×0.45)/(776.25×0.794)
=43.732N·m
加速度转矩
Ta1=
=GD2n/375t1=100×776.25/0.9×375=230N·m
起动转矩
T1=Tf+Ta1=43.732+230
=273.732N·m
2.正向空走
T2=9.55P2/n=9.55×3814.05/776.25
=46.923N·m
3.正向切削
T3=9.55P3/n=9.55×11719.46/776.25
=21.154N·m
4.正向空走
T4=T2=46.923N·m
5.正向制动
T5=Ta1-Tf=230-43.732
=186.268N·m
6.反向起动
摩擦转矩
Tf’=9.55f1V返/nη=(9.55×6272×0.54)/(776.25×0.794)
=52.48N·m
加速度转矩
Ta2=nGD2/375t1=100×776.25/375×0.9
=230N·m
起动转矩
T6=Tf’+Ta2=52.38+230
=282.38N·m
7.反向空走
T7=9.55P7/n=(9.55×2506.29)/776.25
=25.30N·m
8.反向制动
T8=Ta2-Tf’=230-52.38
=177.62N·m
正转距负载图(图3)
五、温开校验
Tdx=(∑Ti2ti/∑ti)½
=[(T12t1+T22t2+T32t3+T42t4+T52t5+T62t6+T72t7+T82t8)/
(t1+t2+t3+t4+t5+t6+t7+t8)]½
=[(273.7322×0.9+46.9232×0.5+21.1542×22+46.9232×0.5+186.2682×0.9+282.382×0.9+25.302×18.94+177.622×0.9)/(0.9+0.5+22+0.5+0.9+0.9+18.94+0.9)]½
=(225192.7322/44.64)½
=71.026N·m
TN额定=9.55Pn/n=124.46
平均转矩Tdx≦TN额定
所以符合。
五、过载能力检验。
=
=2.269
机械特性绘制
正向启动
方法:
降压启动
计算:
Ra=0.75
CeΨN=(UN-INRa)/nN=0.284
n0=U/CeΨN=1408
由Tst=9.55CeΨNIst
得Ist=104.115
Umin=IstRa=104.115*0.75=78.09
由UN/Umin=nN/nmin
得nmin=259.65r/min
正向制动
方法:
能耗制动
计算:
对于选择的电机:
两个点(0,1408)(124.46,1330)
β=(1408-1330)/124.46=(Ra+Rsa)/9.55*0.2842
得Rsa=0.27
由Rsa=UN/2IN-Ra
所以Rsa=0.913>0.27
则所串电阻符合要求。
3.反向启动
方法:
降压启动
计算:
因为Tst=9.55CTΨNIst=124.46
Ist=45.89
又因为Ist大于2IN=2*30.1=60.2
所以,启动电流符合要求。
因为Ist=Umin/R
所以Umin=34.42
又因为UN/Umin=n0/nmin
所以nmin=121.16
反向制动
方法:
电源反接制动
计算:
由β=(Ra+Rsa)/CeCTΨN2
所以
所以,所串电阻符合要求。
七、参考文献
[1].康光华,陈大钦。
电子技术基础模拟部分。
高等教育出版社
[2].天津电气传动设计研究所。
电气传动自动化技术手册
[3].电气工程师手册第二版编辑委员会。
电气工程师手册
[4].谢宗安。
自动控制系统。
重庆大学出版社
[5].杨威,张金栋。
电力电子技术。
重庆大学出版社.
[6].晁勤。
自动控制原理。
重庆大学出版社
[7].杨长能。
电力拖动基础。
重庆大学出版社
八、心得体会
课程设计就要结束了,我体会到了很多,也收获了很多。
第一天,根据老师的提示,和一些参数,进行构思。
第二天,进行相应的计算和记录。
第三天,进行查阅资料,做更深一步的了解。
第四天,画出相应的图形,和写出相应的文本。
第五天,进行最后的检查,整理和装订。
过得很充实,通过这次课程设计,我深深地体会到完成一件事情的艰辛。
当遇到困难时,不要退缩,要勇敢的面对,还有当遇到不懂之处,要主动去查阅资料,直到弄懂为止。
最后,我想说的是感谢,感谢老师的辛勤指导,感谢同学们的热心帮助!
在今后的日子里,我会更加努力的学习,不辜负你们的期望!
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