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！