机械基础-学做一体化 课件 任务四 电动机的选择及运动动力参数的计算

任务四电动机的选择及运动动力参数的计算4.1识读平面机构运动简图4.2电动机的选择4.3传动装置的总传动比计算与分配4.4各级传动的运动和动力参数计算

4.1识读平面机构运动简图

4.1.1运动副及其分类

1.运动副若要传递运动和动力，各构件之间需通过一定的连接方式组成一个机构，且组成机构的各构件之间的连接必须是可动的，且这种相互运动是确定的。这种由两个构件组成的可动连接称为运动副，如图4-1所示。图4-1运动副

2.运动副的分类

根据连接的两构件之间的相对运动是平面的还是空间的，运动副可分为平面运动副和空间运动副。两构件通过点、线、面实现接触，根据两构件之间的接触情况可将运动副分为高副和低副。两构件通过面接触构成的运动副统称为低副，如图4-1(a)、(b)所示。两构件通过点或线接触构成的运动副统称为高副，如图4-1(c)所示。

根据两构件之间的运动特点，低副又可分为转动副和移动副。两构件之间的相对运动为转动的低副称为转动副或回转副，也称为较链，如图4-1(a)所示。两构件之间的相对运动为移动的低副称为移动副，如图4-1(b)所示。

4.1.2平面机构及其运动简图

所有构件都在同平面或相互平行平面内运动的机构称为平面机构，反之则称为空间机构。

1.平面机构的组成

在组成机构的各构件中，与参考系固定、相对不动的构件称为机架。一般情况下，机构安装在地面上，那么机架相对于地面是固定不动的；如果机构安装在运动物体(如车、船、飞机等)上，那么机架相对于该运动物体是固定不动的，而相对于地面则可能是运动的，其余的构件均相对于机架而运动。其中，给定独立运动参数的构件称为原动件，由原动件带动而随之运动的构件称为从动件。

2.平面机构运动简图及其意义

由于设计和研究的需要，人们常通过绘制简图的方式来表示一个机构。另外，通过研究人们发现，机构在运动时，各部分的运动是由其原动件的运动规律、该机构中各运动副的类型(例如是高副还是低副、是转动副还是移动副等)、数目及相对位置决定的，而与构件的外形(高副机构的轮廓形状除外)、断面尺寸、组成构件的零件数目及固定连接方式，以及运动副的实际结构均无关。

3.运动副和构件的表示

在机构运动简图中，各平面运动副在不同视图中的表示方法是不同的。

(1)转动副的表示：图4-2所示为两构件用转动副连接的表示方法，其中图4-2(a)、(b)、(c)所示为垂直于回转轴线的平面，图4-2(d)、(e)所示为通过回转轴线的平面，图中画斜线的构件表示机架。图4-2转动副

(2)移动副的表示：图4-3所示为两构件用移动副连接的表示方法。图4-3移动副

(3)具有两个运动副构件的表示：由于构件的相对运动主要取决于运动副，因此首先应当用符号画出各运动副元素在构件上的相对位置，然后再用简单线条把它们连接成构件，图4-4所示为具有两个运动副元素构件的表示方法。图4-3移动副图4-3移动副

(4)具有三个或四个运动副构件的表示：图4-5所示为具有三个或四个运动副元素的构件，此时各运动副元素间的连线形成三角形或多边形。为了表明它们是同一构件，应在三角形、多边形中画上斜线(见图4-5(b))，或将两条直线相交的部位画出焊缝符号(见图4-5(c))。如果一个构件上的三个转动副位于一条直线上，则应用半圆跨越连接上下两段直线来表示，而不能用中间的转动副直接连接这两段直线，如图4-5(d)所示。图4-5具有三个或四个运动副元素的构件

4.平面机构示意图的识读

如图4-6所示，从原动件开始，按照运动的传递顺序，根据机构运动简图规定符号(见表4.1)，逐个判别每个符号的代表意义，从而得出整个机器的机构组成和运动原理。图4-6颚式破碎机及其机构运动简图

4.2电动机的选择4.2.1电动机类型的选择电动机类型根据电源种类、工作要求、工作环境、载荷大小和性质及安装要求等条件来选择。工业上广泛应用国际市场上通用的统一系列——Y系列三相异步电动机。Y系列电动机为一般用途笼型三相异步电动机，具有高效、节能、启动转矩大、噪声低、振动小、可靠性高、使用维护方便等特点，适用于电源电压为380 V无特殊要求的机械，如机床、泵、风机、运输机、搅拌机、农业机械等。Y系列(IP44)三相异步电动机技术参数见表4.2。

4.2.2电动机功率的确定

电动机容量主要由电动机运行时的发热情况决定，而发热又与其工作情况有关。对于长期连续运转、载荷不变或很少变化的、常温下工作的电动机，在选择电动机的容量时，只需使电动机的负荷不超过其额定值，电动机便不会过热。这样，可按电动机的额定功率Pm等于或略大于电动机所需的输出功率Po，即Pm≥Po，从手册中选择相应的电动机型号，而不必再作发热计算。

1.计算工作机所需功率PW

工作机所需功率PW应由机器的工作阻力和运动参数确定。

式中，FW为工作机的阻力(N)；vW为工作机的线速度(m/s)；ηW为工作机的效率，对于带式运输机，一般ηW = 0.94～0.96。

2.计算电动机所需的输出功率Po

由工作机所需功率和传动装置的总效率可求得电动机所需的输出功率Po：

式中，η为由电动机至工作机的传动装置总效率，计算式为

在计算传动装置总效率时应注意以下几点：

(1)所取传动副的效率是否已包括其轴承效率，如已包括则不再计入轴承效率。

(2)轴承效率通常指一对轴承而言。

(3)同类型的几对传动副、轴承或联轴器，要分别计入各自的效率。

(4)在资料中查出的效率值为某一范围数值时，一般可取中间值。如工作条件差、加工精度低、维护不良时，则应取较低值，反之则取较高值。

3.确定电动机的额定功率Pm

对于长期连续运转，载荷不变或很少变化，且在常温下工作的电动机，按下式确定电动机的额定功率：

4.2.3电动机转速的确定

容量相同的同类型电动机，其同步转速有3000 r/min、1500 r/min、1000 r/min和750 r/min四种。电动机转速越高，则磁极越少，尺寸及重量越小，价格也越低；但传动系统的总传动比增大，传动级数要增多，尺寸及重量增大，从而使传动装置的成本增加。因此，在选择电动机时，应找寻电动机可选择转速范围内的中部数值与同步转速相近的机型，选用同步转速为1000 r/min或1500 r/min的电动机。

机座带底脚、端盖无凸缘Y系列电动机的安装尺寸及外形尺寸见表4.4。从表中查出的电动机轴径D、外伸长度E和键槽宽度F以备后面设计所用。

4.3传动装置的总传动比计算与分配

4.3.1传动装置的总传动比计算电动机选定以后，根据电动机的满载转速nm及工作轴的转速nW即可确定传动装置的总传动比i，即

当传动装置由多级传动串联而成时，则总传动比为

式中，i1，i2，…，in为各级串联传动机构的传动比。

4.3.2各级传动比的分配

对于传动部分在具体分配传动比时，应考虑以下两点：

(1)各级传动的传动比最好在推荐范围内选取，尽可能不超过其允许的最大值。各类机械传动的传动比推荐范围(参考值)见表4.5。

(2)应使各级传动比数值在推荐范围内均衡选择，这样可使传动装置各部分结构尺寸协调、匀称和利于安装。

4.4各级传动的运动和动力参数计算

在选定电动机型号、分配传动比之后，应将传动装置各轴的转速、功率和转矩计算出来，为传动零件和轴的设计计算等提供依据。若将传动装置的各轴按转速由高到低依次定为Ⅰ轴、Ⅱ轴……(电动机轴为0轴)，并设：

则可按电动机轴至工作机轴的运动传递路线，采用如下方法计算出各轴的运动和动力参数。

1.各轴的转速

其余类推。

2.各轴的输入功率

其余类推。

3.各轴的输入转矩

其余类推。

将以上运动和动力参数计算结果列入表4.6，供以后设计计算时使用。

例4.1试选择运输机的电动机并分配各级传动比，计算运动和动力参数。带式运输机的机构示意图见图0-1，设计参数如下：工作拉力FW = 3 kN，输送带速度vW = 1.5 m/s，滚筒直