电机与拖动课程设计

电机拖动课程设计——龙门刨床电动机的选择班级：自动化121学号：1205060139姓名：杨士超目录设计说明书……………………………………………………..一丶直流电机…………………………………………………..二丶给定数据…………………………………………………..三丶预选电机丶求出折算到电动机上的力矩和转动惯量………………………………………………………………..四丶作电动机的负截图………………………………………..五丶温开校验…………………………………………………..六丶机械特性的绘制…………………………………………..七丶参考文献…………………………………………………..八丶心得体会…………………………………………………..设计说明书龙门刨床电动机的选择龙门刨床的工作循环为：正向启动、正向切削、正向制动、反向启动、快速返回和反向制动六个阶段。设启动加速度为（A）米/秒^2；起、制动时间相同；切削速度为（B）米/分；切削时间为（C）秒；切削力为（D）kg；工件重为（E）吨；工作台重为（F）吨；齿条齿距为20毫米；返回速度为正向切削速度的（G）倍；传动效率为（H）%；工作台与桌面的摩擦系数为0.1。要求1丶预选电动机；2丶设计传动装置，做出传动结构图；3丶求出系统折算到电动机轴上的力矩和转动惯量；4丶作电动机的负载图；5丶校验电动机；6丶写出设计说明书；指导教师：舒奎王裕如一丶直流电机1丶直流电机简介电机是利用电磁作用原理进行能量装换的机械装置。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，攻击直流电动机丶电解丶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丶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，确保直流电动机朝着确定的方向连续旋转。3丶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矩和感应电动势，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丶直流电机的稳定值(1)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。(2)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。(3)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。(4)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，就称电机工作在额定运行状态，也成为满载状态。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，称为过载运行。过分欠载运行，电机利用不充分，效率低；过载运行，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。二丶给定数据1丶工作周期2丶给定数据（1）切削速度Vmax=32米/分（2）切削时间t切=11秒（3）切削力F切=1000kg*10=10000N（4）工件重ma=2.5吨（5）工作台重mT=4吨（6）启动加速度a起=1.0米/秒2（7）传动效率η=81%（8）齿条齿距20毫米（9）摩擦系数μ=0.1（10）返回速度V返=44.8米/分（11）起丶制动时间相同（12）正向空走时间t正=0.5秒（13）起丶制动加速度相同三丶预选电机1丶正向启动（1）起动时间（32米/分=0.53米/秒）t1=Vmax/a起=0.53/1.0=0.53秒（2）起动摩擦力f1=（mT+ma）*1000*9.8μ=（2.5+4）*1000*9.8*0.1=6370N（3）起动加速力由F1-f1=(mT+ma)a起得F1=（4000+2500）*1.0+6370=12870N(4)起动功率P1=F1*Vmax/η=12870*0.53/81%=8421.1W(5)起动床面行走距离S1=0.5*a起*t1^2=0.5*1.0*0.53*0.53=0.14045m2丶正向空载（1）启动时间t2=0.5秒（2）摩擦力f2=f1=6370N（3）P2=f2*Vmax/η=6370*0.53/81%=4168W（4）距离S2=Vmax*t2=0.53*0.5=0.265m3丶正向切削（1）时间t3=t切=11秒（2）速度V3=Vmax=0.53米/秒（3）切削力F3=F切=10000N（4）摩擦力f3=f1=6370N（5）功率P3=（F3+f3）Vmax/η=(10000+6370)*0.53/81%=10711W(6)距离S3=Vmax*t3=0.53*11=5.83m4丶正向空载（1）t4=0.5秒（2）摩擦力f4=f1=6370N（3）功率P4=P2=4168W（4）距离S4=Vmax*t4=0.53*0.5=0.265m5丶正向制动(1)制动加速度a制=a起=1.0米/秒2(2)摩擦力f5=f1=6370N(3)制动力由F5+f5=（mT+ma）a起得F5=（mT+ma）a起-f5=(4000+2500)*1.0-6370=130N(4)时间t5=t1=0.53秒(5)距离S5=Vmax*t5-0.5a*t5^2=0.53*0.53-0.5*1.0*0.53*0.53=0.14045m(6)P5=F5Vmaxη=130*0.53*81%=55.809W6丶反向启动（1）最高速度V返=1.5Vmax=1.5*0.53=0.795米/秒（2）时间t6=t1=0.53秒（3）加速度a返=V返/t6=0.795/0.53=1.5米/秒2（4）起制动力F6=（mT+ma）a返+f1=(4000+2500)*1.5+6370=16120N(5)功率P6=F6V返/η=16120*0.795/81%=15821.5W(6)距离S6=0.5*a*t6^2=0.5*1.0*0.53*0.53=0.14045m7丶反向空载及反向制动(1)正向制动距离S=∑Si=S1+S2+S3+S4+S5=0.14045+0.265+5.83+0.265+0.14045=6.6409m(2)反向制动时间t8=t6=0.53秒(3)反向制动加速度a制=a返=1.5米/秒2(4)反向制动距离S8=V返*t8-0.5a制*t8^2=0.795*0.53-0.5*1.5*0.53^2=0.210675m(5)反向空载距离S7=S-S6-S8=6.6409-0.14045-0.210675=6.6289775m(6)反向空载时间t7=S7/V返=6.6289775/0.795=7.912秒（7）反向制动力F8=（mT+ma）a制=（4000+2500）*1.5=9750N（8）反向制动功率P8=F8*V返/η=9750*0.795/81%=9569.4w(9)反向空载功率P7=F1*V返/η=12870*0.795/81%=12631.7w8丶绘制功率图9丶计算平均功率Pzd=∑Piti/∑ti=(P1t1+P2t2+P3t3+P4t4+P5t5+P6t6+P7t7+P8t8)/(t1+t2+t3+t4+t5+t6+t7+t8)=(8421.1*0.53+4168*0.5+10711*11+4168*0.5+55.809*0.53+15821.5*0.53+12631.7*7.912+9569.4*0.53)/(0.53+0.5+11+0.5+0.53+0.53+7.912+0.53)=10887.843wPN=(1.1～1.6)Pzd=11976.627w～17420.549w三丶查手册选电机Z4-132-2抄铭牌额定功率P=15KW额定电压440V额定转速1510rpm确定电机及实际转速（取n=1500r/min）1丶已知条件齿距20mm=0.02mV切=Vmax=32米/分=0.53米/秒N=V/L=0.53/0.66=0.8m/s2丶设计传递函数,求出传递比jJ=(65*64*60)/(40*20*15)=20.8ν=n/j*齿数*齿距=0.029m/s3丶确定电机的转速n实际=j*n=20.8*0.5=10.4r/s=624r/minnN4丶校验n=nN成立5丶求系统总飞轮距Ra=（1/2～2/3）(UnIn-Pn)/In*2=2.252CeψN=(UN-INRa)/nN=0.25n0=U/CeψN=1600r/minS=1-nN/n0=16.9%GD^2=(1+S)GDd*2=11.97四丶作电动机的负载图1丶正向启动（1）摩擦转矩（2）Tf=9.55f1Vmax/nη=9.55*6370*0.53/624*0.81=63.79Nm（3）加速度转矩Tal=GD2dn/375dt=100*624/0.47*375=354Nm(3)启动转矩T1=Tf+Tal=63.79+354=417.79Nm2正向空走T2=9.55P2/n=9.55*4168/624=63.79Nm3正向切削T3=9.55P3/n=9.55*10711/624=163.93Nm4丶正向空载T4=T2=63.79Nm5丶正向制动T5=Tal-Tf=354-63.79=290.21Nm6丶反向启动（1）摩擦转矩Tf1=9.55f1V返/nη=9.55*6370*0.795/(624*0.81)=95.68Nm(2)加速度转矩Ta2=Ngd2/375t1=100*624/375*0.53=313.96Nm(3)启动转矩T6=Tf1+Ta2=95.68+313.96=409.64Nm7丶反向空走T7=9.55P7/n=9.55*12631.7/624=193.32Nm8丶反向制动T8=Ta2-Tf1=313.96-95.68=218.28Nm五丶温开校验Tdx=√(∑Ti2Ti/∑Ti)=√[(T12t1+T22t2+T32t3+T42t4+T52t5+T62t6+T72t7+T82t8)/(t1+t2+t3+t4+t5+t6+t7+t8]=186.302NmTN额定=9.55Pn/n=153.04平均转矩Tdx≦TN额定所以符合过载检验能力Tmax/Tn=393.636/153.04=2.5724六丶机械特性绘制1丶正向启动（1）启动方法：降压启动（2）计算级数及所串电阻值Ra=0.75CeψN=(UN-INRa)/nN=0.284n0=U/CeΨN=1408由Tst=9.55CeΨNIst得Ist=104.115Umin=IstRa=104.115*0.75=78.09由UN/Umin=nN/nmin得nmin=259.65r/min(3)绘制机械特性曲线2丶正向制动(1)制动方法：能耗制动(2)计算电阻值对于选择的电机：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=0.9130.27则所串电阻符合要求（3）绘制机械特性曲线3丶反向启动（1）启动方法：降压启动（2）计算数值计算：因为Tst=9.55CTΨNIst=124.46Ist=45.89又因为Ist大于2IN=2*30.1=60.2所以，启动电流符合要求。(3)绘制机械特性曲线4丶反向制动（1）制动方法：电源反接制动（2）计算数值计算：因为Tst=9.55CTΨNIst=124.46Ist=45.89又因为Ist大于2IN=2*30.1=60.2所以，启动电流符合要求。(3)绘制机械特性曲线七丶参考文献[1]唐光华，陈大钦。电子技术基础模拟部分。高等教育