67538

Функции передаточного устройства. Характеристики агрегата «двигатель-редуктор». Выбор мощности двигателя по типовому движению

Лекция

Производство и промышленные технологии

Третьей функцией передаточного устройства является изменение скорости вращения и момента для согласования характеристик двигателя и исполнительного механизма. Масса объем мощность потерь и стоимость электродвигателя определяются его моментом М2 а мощность на валу дается формулой P2 = M2 ω.

Русский

2014-09-12

213 KB

14 чел.

ЛЕКЦИЯ  14

Функции передаточного устройства. Характеристики агрегата "двигатель-редуктор". Выбор мощности двигателя по типовому движению

Функции передаточного устройства

Передаточное устройство находится между электродвигателем и исполнительным механизмом (объектом управления). В общем случае оно может выполнять три функции. Если двигатель и исполнительный механизм удалены в пространстве, то  передаточное устройство передает механическую энергию от двигателя к объекту.

Передаточное устройство может изменять характер движения. Кривошипно-шатунный механизм или коленчатый вал преобразуют возвратно-поступательное движение во вращательное. Пара ''винт-гайка'' преобразует вращательное движение в поступательное. Возможно получение более сложных движений с помощью специальных механизмов.

Третьей функцией передаточного устройства является изменение скорости вращения и момента для согласования характеристик двигателя и исполнительного механизма. Если скорость вращения должна быть уменьшена, применяют редуктор, а если увеличена, то мультипликатор.

Масса, объем, мощность потерь и стоимость электродвигателя определяются его моментом М2, а мощность на валу дается формулой

P2 = M2 ω.

Поэтому для получения требуемой мощности обычно выбирают быстроходный двигатель с большой скоростью вращения  ω и с малым моментом М2. Исполнительный механизм, напротив, обычно тихоходный, но требует большого момента. Редуктор согласует их скорости и моменты.  

На рис. 14.1 показана электромеханическая система ''двигатель-редуктор-объект''. Двигатель имеет скорость вращения ωд и момент на валу Mд. Объект имеет скорость вращения ωо и момент Mо. Передаточное отношение редуктора

               (14.1)

или

              (14.2)

Следовательно, скорость вращения объекта в  i  раз меньше скорости вращения двигателя.

    

                                          

                                                             

                                    

Рис. 14.1. Электромеханическая система ''двигатель-редуктор-объект''

Если редуктор не имеет потерь мощности, то на его входе мощность равна мощности на выходе:

Mд ωд   = Mо ωо.

Отсюда следует равенство:

                (14.3)

т.е. момент объекта в  i  раз больше момента двигателя. Если редуктор имеет механические потери с мощностью ΔP, т.е. КПД  ηр < 1, то

Mо = i ηр Mд .                (14.4)

Приведение параметров объекта к валу двигателя

Скорости вращения и моменты двигателя и объекта могут значительно отличаться. Для анализа работы электропривода удобно приводить параметры объекта к валу двигателя. На рис. 14.2 показан электродвигатель, на вал которого насажен маховик с моментом инерции  и приложен статический момент  Согласно равенству (14.4) приведенный статический момент

.              (14.5)

Приведенный момент инерции  найдем из условия сохранения кинетической энергии:

           (14.6)

    

                                          

                                                             

Рис. 14.2. Двигатель с приведенным к валу объектом

Отсюда следует:

           (14.7)

или с учетом КПД

.           (14.8)

Например, если передаточное отношение редуктора 20, то статический момент, приведенный к валу двигателя, будет почти в 20 раз меньше реального, а момент инерции – почти в 400 раз.

Механические характеристики агрегата двигатель-редуктор.

Рассмотрим агрегат ''двигатель-редуктор'' с двигателем постоянного тока независимого возбуждения и с редуктором, который может иметь различные передаточные отношения. Допустим, что моменты и скорости вращения связаны равенствами:                                                                            

       ;  Мо = i Mд ,

где  i = ωд/ωо – передаточное число редуктора.

Рассмотрим зависимости  ωо = f (Mо)  при  i = var. Если i = 1, то механическая характеристика агрегата совпадает с механической характеристикой электродвигателя (см. рис. 14.3). При этом скорость холостого хода составляет 12 делений по вертикали, а пусковой момент – 1 деление по горизонтали.

При  i = 2 скорость холостого хода уменьшится в 2 раза (6 делений), а пусковой момент увеличится в 2 раза (2 деления).

При  i = 3  скорость холостого хода уменьшится в 3 раза (4 деления), а пусковой момент увеличится в 3 раза (3 деления), и т.д. При  i = 12  скорость холостого хода уменьшится в 12 раз (1 деление), а пусковой момент увеличится в 12 раз (12 делений).

Рис. 14.3. Механические характеристики агрегата ''двигатель – редуктор''

Рассмотрим случай, когда имеются 3 редуктора с передаточными отношениями i1 < i2 < i3. Соответствующие механические характеристики приведены на рис. 14.4. Здесь же показана точка с требуемыми для объекта значениями момента нагрузки  Мн  и скорости вращения  ωн.

Рис. 14.4. Механические характеристики при трех передаточных отношениях

Редуктор с передаточным отношением  i1  имеет дефицит по моменту. Редуктор с передаточным отношением  i3  развивает большой момент, но дает дефицит по скорости. Редуктор с передаточным отношением  i2 обеспечивает запас и по скорости и по моменту. Он пригоден для данной задачи.

Отметим, что механические характеристики касаются гиперболы (показана

штриховой линией. Она описывается серединой механической характеристики при плавном изменении передаточного отношения.

Если при любых значениях i заданная точка с координатами Мн, ωн лежит снаружи от множества характеристик агрегата ''двигатель – редуктор'' (см. рис. 14.3), то мощность двигателя недостаточна.

Выбор мощности двигателя по типовому движению

На рис. 14.4 показан выбор редуктора для фиксированного двигателя по одной точке. Однако реальные объекты управления могут требовать множество сочетаний ''момент – скорость''.

Рассмотрим типовое движение

α = А sin Ωt,              (14.9)

где  А – амплитуда колебаний;  Ω – угловая частота колебаний. Дифференцируя угол α, получаем

ω = AΩ cos Ωt ,                                                                                          (14.10)

ε = –AΩ2 sin Ωt ,                                                                                         (14.11)

М = Мс + Jε ,                                                                                              (14.12)

M = McJAΩ2 sin Ωt ,                                                                               (14.13)                                 Функция    y = f (x)   может быть задана параметрически:

Здесь x – аргумент; y – функция; t – параметр. Если

x = a sin t ,   y = b cos t,

то график функции    y = f (x)   представляет собой эллипс (см. рис. 14.5).

Рис. 14.5. График функции, заданной параметрически

При  t = 0  имеем координаты точки  

x = 0;  y = b.

При  t = π/2  имеем координаты точки  

x = a;  y = 0.

Направление обхода эллипса при возрастании параметра  t  показано стрелками.

Рассматривая формулы (14.10), (14.13), видим, что точка скользит по эллипсу со смещенным центром. На рис. 14.6 приведено множество сочетаний ''момент – скорость вращения'' объекта в виде эллипса.

Рис. 14.6. Графики сочетаний момент – скорость

для объекта и для трех двигателей

Теперь рассмотрим электродвигатель постоянного тока независимого возбуждения. Его мощность определяется формулой

P = ω M.

Если зафиксировать мощность, то частота вращения дается выражением  

; Р = const.

Это уравнение равнобокой гиперболы.

На рис. 14.6 приведены такие гиперболы для трех мощностей P1 < P2 < P3 .

Двигатель с мощностью Р1 не обеспечивает некоторые режимы работы. Двигатель с мощностью Р3 имеет завышенную мощность. Двигатель с мощностью Р2 имеет нормальный запас мощности и обеспечивает все режимы. Отметим, что указанные мощности достигаются в средней точке механической характеристики двигателя. Номинальная мощность обычно меньше и определяется по условиям температурного режима.

Прямой и обратный потоки энергии в редукторе.

Самотормозящаяся передача

Прямой поток энергии в редукторе наблюдается, когда он потребляет механическую энергию на входном валу и отдает ее на выходном валу. На входном валу момент и скорость вращения направлены в одну сторону, а на выходном валу – в разные стороны (см. рис. 14.7). Электродвигатель при этом работает в двигательном режиме.

Рис. 14.7. Прямой поток энергии в редукторе

При прямом потоке энергии справедливы соотношения:

Рд  > Ро ; Ро = ηр Рд.   

Обратный поток энергии в редукторе наблюдается, когда мощность поступает на выходной вал, а снимается с входного вала. Это возможно, когда объект вращается по инерции либо в сторону опускания груза. На входном валу момент и скорость вращения направлены в разные стороны, а на выходном валу – в одну сторону (см. рис. 14.8). Электродвигатель при этом работает в одном из тормозных режимов.

 

Рис. 14.8. Обратный поток энергии в редукторе

При обратном потоке энергии справедливы соотношения:

Рд  < Ро; .

При обратном потоке энергии КПД передачи обычно меньше.

Если редуктор нельзя провернуть со стороны выходного вала, передача называется самотормозящейся. Примером является червячная передача. Достоинством такой передачи является то, что при выключении двигателя объект остается в положении, в котором он находился в момент выключения.

Недостатком самотормозящейся передачи является возможный выход ее из строя при работе с инерционной нагрузкой, которая при торможении пытается вращаться по инерции.

Вопросы для самопроверки

1. Каковы три основные функции передаточного устройства?

2. Запишите уравнения связи между моментом и скоростью вращения входного и выходного валов редуктора.

3. Какой статический момент и момент инерции получаются в результате приведения параметров объекта к валу двигателя?

4. Нарисуйте и объясните механические характеристики агрегата ''двига-тель-редуктор''.

5. Как выбрать передаточное отношение редуктора при заданных параметрах нагрузки?

6. Каково множество сочетаний момент – скорость вращения при гармонических колебаниях объекта управления?

7. Какой зависимостью связаны момент и скорость вращения двигателей одинаковой мощности?

8. Чем отличается прямой и обратный поток энергии в редукторе?

9. Что такое самотормозящаяся передача? Назовите ее достоинства и недостатки.


Р

ΔP

Мо

0

i3

Р1

ω

ωн

0

b

Рд

Ро

ΔР

Мд

Мо

a

t =0

x

y

Р

Рд

Ро

ΔР

Мд

Мо

ωо

ωд

Р

i2

0

ωд

Д

Мо''

i1

ωд

О'

Д

Jo'

Р2

Р3

Мс

0

М

ω

ωо

Мд

Jо

О

Мн

ωо

Мо

i =12

i = 6

i = 4

i =3

ωо

ωд

М

i =2

i =1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

24680. Раціональне і економічне використання ресурсів 26.5 KB
  На підприємствах для кожного цеху виходячи з умов вирва застосовують конкретний метод обліку використання на вирво матеріалів. Для контролю використання сировини матеріалів на вирві застосовують метод: Інвентарний метод у разі неможливості або недоцільності використання партіонного методу застосовують інвентарний метод обліку відхилень від норм . цінностей та необхідністю деталізації в обліку. Він потребує належної організації обліку фактичного витрачення за операціями і проведення перевірок невикористаної сировини та матеріалів.
24681. Нормативний метод 28 KB
  В поєднанні з позамовним та попередільним методами обліку витрат для оцінки і контролю за використанням виробничих ресурсів підприємства в цілому та його структурних підрозділів. Поточний облік фактичних витрат виробництва з відокремленим обліком витрат за нормами та обліком відхилень від норм. Індекс відхилень = сума відхилення витрати за нормами В залежності від галузі промисловості в практиці можна виділити 3 варіанти організації нормативного методу: 1. Облік ведеться за нормативними витратами: Нормативні витрати Відхилення = Фактичні...
24682. Господарська діяльність підприємств 32.5 KB
  Специфіка цих факторів і методика їх дослідження залежить від особливостей технології а також від використання видів сировини матеріалів палива та енергії. Також в будьякому випадку та за будьяких умов необхідно виявити вплив двох факторів : 1 зміни питомої витрати сировини і матеріалів на одиницю продукції фактор норми; 2 зміни собівартості заготівлі одиниці сировини та матеріалів фактор цін. Собівартість заготовлення матеріалів складається з наступних трьох частин: [21 с. Зміна питомих витрат сировини й матеріалів може...
24683. Стандартні витрати 36 KB
  Стандарти відображають заплановані витрати на одиницю продукції величина яких базується на обґрунтованих нормах витрат ресурсів.Система калькулювання стандартних витрат це система яка застосовується для:1 контролю витрат;2 прийняття рішень щодо цін;3 оцінка виконання бюджетів;4 усвідомлення витрат;5 управління за відхиленнями.Система калькулювання стандартних витрат включає:1.
24684. Система директ - костинг 34 KB
  Маржинальний дохід розраховується:Маржинальний дохід =Виручка відреалізаціїЗмінні витратиОпераційнийприбуток =Маржинальний дохід Постійні витратиКоли маржа з змінних витрат тільки відшкодовує суму постійних витрат досягається мертва точка або точка критичного обсягу коли фінансовий результат дорівнює нулю Переваги системи директ костинг: дана система дає можливість розмежувати змінні та постійні витрати визначити релевантність витрат та вплив на них; спрощується калькулювання собівартості за центрами відповідальності....
24685. Управлінський облік, будучи продовженням фінансового обліку, має з ним реальний, справжній взаємозв’язок і певні відмінності 28.5 KB
  Взаємодія управлінського і бухалтерського обліку досягається на основі наступності послідовності і комплексного використання первинної інформації єдності норм і нормативів а також єдності нормативнодовідкової інформації в цілому доповнення інформації одного виду обліку даними другого одноразової фіксації всієї вихідної змінної інформації в первинному обліку взаємопроникнення методів або їх елементів наближення облікової інформації до місць прийняття рішень єдиного підходу до розробки задач управлінського і фінансового обліку...
24686. Управлінський облік. Предмет управлінського обліку 26.5 KB
  управлінського персонала різного рівня для плануванняоцінки та контролю всередині підприємства Предметом управлінського обліку виступає сукупність обєктів в процесі всього циклу управління підприємством.Обєктами обліку виступають виробничі ресурси запаси обладнання трудові ресурси та господарські процеси.Методом управлінського обліку виступає сукупність різних прийомів і способів за допомогою яких відображаються обєкти управлінського обліку в інформаційній системі підприємства. КонтрольМетою управлінського обліку є оптимізація витрат...
24687. Організація обліку за центрами відповідальності 42.5 KB
  Центри відповідальності організуються шляхом делегування відповідним підрозділом підприємства певних повноважень і відповідальності. Основними принципами організації системи обліку за центрами відповідальності є: визначення контрольованих статей витрат і доходів за умови що менеджер керівник повинен відповідати тільки за ті витрати і доходи які він може контролювати і на величину яких може впливати; персоніфікація облікових документів тобто зазначення в документах керівника який відповідає за конкретні статті витрат і доходів; ...
24688. Користувачі інформації 24 KB
  Внутрішні керівники різних рівнів управліннязабезпечується інформацією на всіх рівнях управління для прийняття поточних рішень 2. Зовнішні акціонерикредиторипостачальникипокупціінвесториподаткові і державні организабезпечується інформацієюяка характеризує результати яких досягло підприємство за минулі звітні роки.