减速机详细的选型计算及练习.docx
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减速机详细的选型计算及练习
目录（Contents）
1练习简介（Briefdescriptionoftheexercises）1
2实用工具（Aids）2
3练习（Exercises）3
1练习简介（Briefdescriptionoftheexercises）
主题（Topic）
内容（Contents）
难度（Grade）
传动轴驱动Spindledrive
往复传动轴（Cyclicspindledrive）需选择：
电机、变频器、制动单元（searched:
Motor,inverter,brakingunit）
高（High）
制动单元（Brakingunit）
加速传动（Accelerationdrive）
一般（Normal）
制动单元（Brakingunit）
提升，电阻混联（Hoist,resistornetwork）
高（High）
直流母线（DCbus）
直流母线运行实例（ExamplesofDCbusoperation）
一般（Normal）
减速电机（Gearedmotor）
设计形式为M的Lenze减速电机的选型（CatalogueselectionofaLenzegearedmotorinM-design）
一般（Normal）
减速电机（Gearedmotor）
设计形式为N的Lenze减速电机的选型（CatalogueselectionofagearedmotorinN-design）
一般（Normal）
横切机（Crosscutter）
卷曲设备（Winder）
提升设备（Liftdrive）
传输设备（Travellingdrive）
2实用工具（Aids）
∙计算器（Pocketcalculator）
∙Lenze选型手册（Lenzecatalogues）
∙Lenze公式集（Lenzeformulacollection）
3
练习（Exercises）
3.1设计形式为M的Lenze减速电机的选型（GearedmotordesignM）
减速电机按S2方式进行传动（运行时间=10min），此时，可采用常规运行方式。
[AgearedmotoristodrivealoadinS2operation（operatingtime=10min）.Inthiscase,aregularoperationisgiven.]
具体数据（Detaileddata）:
转矩（Processtorque）:
M2=580Nm
速度（Processspeed）:
n2=100rev/min
主电压（Mainsvoltage）:
VMains=400V
主电源频率（Mainsfrequency）:
fMains=50Hz
运行时间（Operatingtime/day）:
8h
所需部件（Searchedcomponents）:
Lenze异步电机（Lenzeasynchronousmotor）
GST减速器（GearboxGST）
3.2设计形式为N的Lenze减速电机的选型（GearedmotordesignN）
减速电机按S2方式进行传动（运行时间=10min），此时，可采用常规运行方式。
[AgearedmotoristodrivealoadinS2operation（operatingtime=10min）.Inthiscase,aregularoperationisgiven.]
具体数据（Detaileddata）:
转矩（Processtorque）:
M2=580Nm
速度（Processspeed）:
n2=100rev/min
主电压（Mainsvoltage）:
VMains=400V
主电源频率（Mainsfrequency）:
fMains=50Hz
运行时间（Operatingtime/day）:
8h
所需部件（Searchedcomponents）:
Lenze异步电机（Lenzeasynchronousmotor）
GST减速器（GearboxGST）
注：
N型减速器可用于IEC连接，作为规则连接，该型电机应为外置式。
为便于计算，可选用Lenze电机。
（Note:
TypeNisdesignedformotorswithanIECconnection.Asaruletheseareexternalmotors.Tomakecalculatingeasier,Lenzemotorscanbeusedforthiscalculation.）
3.3制动单元1（Brakingunit1）
Process:
利用伺服控制对圆柱型固体进行加速及制动的驱动特性如上图所示。
（Asolidcylinderisacceleratedandbrakedbyaservodriveasshownintheabovecharacteristic.）
具体数据（Detaileddata）:
圆柱体质量（Massofthecylinder）:
m=2kg
圆柱体半径（Radiusofthecylinder）:
r=0.25m
摩擦转矩（rictiontorque）:
MFriction=3Nm
最大速度（Max.speed）:
n=2500rpm
加速时间（Accelerationtime）:
t1=2s
延迟时间（Delaytime）:
t3=1s
静止周期（Restperiod）:
t4=1s
循环周期（Cycletime）:
T=7s
电机功效（Efficiencyofthemotor）:
ηMotor=0.8
电机转动惯量（Momentofinertiaofthemotor）:
JMotor=10kgcm2
变频器功耗（Powerlossoftheinverter）:
PV=260W
需选择（Searchedcomponents）:
制动单元（Brakingunit,resistor）
转矩及功率曲线（Torqueandpowerprofile）
3.4制动单元2（Brakingunit2）
电机（Motor）:
两台37kW电机，忽略功效（安全预留）[2motorswith37kWefficiencyneglected（safetyreserve）]
控制器（Controller）:
两台EVF9200ES，忽略功耗（安全预留）[2piecesoftheEVF9330-ESpowerlossneglected（safetyreserve）]
质量（Mass）:
m=130,000kg
高度（Height）:
h=55m
速度（Speed）:
v=3m/min
接触倾角（Nocontactbevelangle）=0°
应用范围:
（Application:
Hoistwithoutcounter-weight.）
需选择（Searchedcomponents）:
制动单元，制动电阻（Brakingunit,resistor）
3.5传动轴（Spindle）
应用（Application）:
传动轴用于延固定轨迹传送一刚体，此时，传动往复路径是一致的，刚体安装在导轨上。
（Thespindleistomoveamassofsteelaccordingtoaspecifiedprofile.Inthiscase,thereturntripisthesame.Themassismountedonrails.）
具体数据（Detaileddata）:
材料质量（Materialmass）:
1.5t
前进距离（Forwardfeeddistance）:
240mm
传动轴材料（Spindlematerial）:
钢（steel）
传动轴倾度（Spindlepitch）:
10mm
传动轴摩擦直径（Spindlefrictiondiameter）:
28mm
传动轴类型（Spindletype）:
球轴承（ballbearingspindle）
传动轴长度（Spindlelength）:
900mm
传输速度（Traversingspeed）:
12m/min
加速时间（Accelerationtime）:
0.3sto0.5s
延迟时间（Delaytime）:
0.3sto0.5s
静止周期（Restperiod）:
0.1s
与导轨之前的摩擦系数（Frictioncoefficientoftherails）:
μb=0.02
需选择（Searchedcomponents）:
异步电机（不带减速器）[Asynchronousmotor（withoutgearbox）]
变频器（矢量型）[Frequencyinverter（vector）]
制动斩波器，制动电阻（Brakechopper,resistor0
4
练习答案（Solutions）
4.1设计形式为M的Lenze减速电机的选型（GearedmotordesignM）
求传输功率（Calculationoftheprocesspower）
（4.1）
求kS2＝1.4且ηGearbox,initial＝0.95时所需的电机功率:
（CalculationoftherequiredmotorpowerwithkS2=1.4andηGearbox,initial=0.95）
（4.2）
根据主电源数据选择电机电压及频率（Motorvoltageandmotorfrequencycorrespondtothemainsdata.）
可选择4极异步电机：
112-32（A4-poleasynchronousmotorisselected:
112-32.）
电机型号（Motorsize）
PN
nr
Ir
IA/Ir
V*
fr
cosϕ
η
Mr
Mstall
MA
J
[kW]
[min-1]
[A]
[A]
[V]Y/∆
[Hz]
[%]
[Nm]
[Nm]
[NM]
[10-3kgm2]
112-32
5.5
1440
12.5
8.0
-/4002）
50
0.78
89
36.5
138.7
105.9
22.8
供电电压：
400V，连接方式：
角接（Deltainterconnectionwith400V.）
求减速器速比（Calculationofthesetpointgearboxratio）:
（4.3）
负载等级为I。
（LoadclassIisdefined.）
由于在S2方式下运行10分钟，故每小时开关次数很少。
（ThenumberofoperationsperhourisverysmallbecauseoftheS2operationof10minutes.）
运行因子最大为0.9。
（Thisleadstoanoperationfactorkofmax.0.9.）
根据《G-motionconst》手册中14.286.c=1.3查出iactual（SelectionofiactualintheG_Motionconstcatalogueof14.286.c=1.3.）
此时（Inthiscase）：
ckGST07-2M
若所需传递的转矩传至电机侧，则结果为ηGearbox=0.97
（Iftherequestedprocesstorqueistransformedtothemotorside,theresultisasfollows:
ηGearbox=0.97）
（4.4）
可根据电机的运行值求出C。
（Ccouldberecalculatedbasedontheoperatingpointofthemotor.）
（4.5）
为校核启动转矩，必须将M2*作为MA，为获得充足的加速裕量，必须确保在所额定值下都能启动：
（MA.Tocheckthestartingtorque,M2*hastobecomparedtoMA.Startingisatanyrateensuredbecausesufficientaccelerationreservesareavailable.）
S2方式下允许的电机转矩为：
（ThepermissibletorqueofthemotorforS2-operationis）
（4.6）
电机不会过载。
（Themotorisnotoverloaded.）
4.2设计形式为N的Lenze减速电机的选型（GearedmotordesignN）
求传输功率（Calculationoftheprocesspower）
（4.7）
求kS2＝1.4且ηGearbox,initial＝0.95时所需的电机功率:
（CalculationoftherequiredmotorpowerwithkS2=1.4andηGearbox,initial=0.95）
（4.8）
根据主电源数据选择电机电压及频率（Motorvoltageandmotorfrequencycorrespondtothemainsdata.）
可选择4极异步电机：
112-32（A4-poleasynchronousmotorisselected:
112-32.）
电机型号（Motorsize）
PN
nr
Ir
IA/Ir
V*
fr
cosϕ
η
Mr
Mstall
MA
J
[kW]
[min-1]
[A]
[A]
[V]Y/∆
[Hz]
[%]
[Nm]
[Nm]
[NM]
[10-3kgm2]
112-32
5.5
1440
12.5
8.0
-/4002）
50
0.78
89
36.5
138.7
105.9
22.8
供电电压：
400V，连接方式：
角接（Deltainterconnectionwith400V.）
求减速器速比（Calculationofthesetpointgearboxratio）:
（4.9）
负载等级为I。
（LoadclassIisdefined.）
由于在S2方式下运行10分钟，故每小时开关次数很少。
（ThenumberofoperationsperhourisverysmallbecauseoftheS2operationof10minutes.）
运行因子最大为0.9。
（Thisleadstoanoperationfactorkofmax.0.9.）
在《G_Motionconst》手册中查阅N型减速器数据，查出iactual。
（SelectionofiactualintheG_MotionconstcataloguedesignN.）
特性（Characteristics）：
∙M2perm
∙n1
∙IEC连接（IEC-connection）
iactual=14.286GST07-2N
M2perm=624NmM2*k
若所需传递的转矩传至电机侧，则结果为ηGearbox=0.97
（Iftherequestedprocesstorqueistransformedtothemotorside,theresultisasfollows:
ηGearbox=0.97）
（4.10）
为校核启动转矩，必须将M2*作为MA，为获得充足的加速裕量，必须确保在所有额定值下都能启动：
（MA.Tocheckthestartingtorque,M2*hastobecomparedtoMA.Startingisatanyrateensuredbecausesufficientaccelerationreservesareavailable.）
S2方式下允许的电机转矩为：
（ThepermissibletorqueofthemotorforS2-operationis）
（4.11）
电机不会过载。
（Themotorisnotoverloaded.）
4.3制动单元1（Brakingunit1）
求转动惯量（Calculationofthemomentofinertia）
下式适于圆柱固体转动惯量的计算（Forasolidcylinderthefollowingformulaapplies）：
（4.11）
从而可得（Asaresultthetotalinertiais）
（4.12）
（4.13）
运动学分析：
（Kinematics）
延迟Delay:
（4.14）
制动时，动态传输转矩按下式计算：
（Whenbraking,thedynamicprocesstorqueiscalculatedasfollows）
（4.15）
总制动转矩（Thetotalbrakingtorque）
（4.16）
相应的制动功率峰值：
（Thecorrespondingpeakbrakepoweroftheprocess）
（4.17）
直流母线上的制动功率：
（ThepeakbrakepowerattheDCbusis）
（4.18）
连续制动功率：
（Calculationofthecontinuousbrakingpower）
（4.19）
由于制动功率是连续的，因此不允许使用制动模块，必须使用制动斩波器。
（Duetothecontinuousbrakingpower,itisnotpossibletouseabrakingmodule.Thebrakingchopper9352hastobeused.）
制动电阻最大值按下式计算：
（Themaximumbrakingresistoriscalculatedasfollows）
（4.20）
制动电阻最小值（Calculationoftheminimumbrakingresistor）
（4.21）
求制动电阻热容量：
（Calculationoftherequiredthermalcapacitanceoftheresistor）
（4.22）
制动电阻值必须介于RBrake,min和RBrake,max之间，且其热容量应大于所需制动能量，但是，制动电阻必须满足连续制动及制动功率峰值要求。
（TheresistorvaluemustbebetweenRBrake,minandRBrake,maxandhaveahigherthermalcapacitancethanthebrakingenergyrequired.Moreover,itmustbeabletohandlethecontinuousandpeakpower.）
结论：
制动电阻值RBrake=180Ω（Asaresult,thefollowingresistorcanbeused:
RBrake=180Ω）
4.4
制动单元2（Brakingunit2）
驱动所需时间：
（Timerequiredforonedrive）
制动运行时，发电模式产生的功率为：
（Whenmovingdownwardsagenerator-modepowerof）
此时，制动功率持续上升，必须使用多台控制斩波器。
（Thebrakingpowerarisescontinuouslyandhastobedissipatedbyseveralbrakingchoppers.）
9352制动斩波器可处理19kW连续制动功率，这意味着需4台9352。
[Thebrakingchopper9352canhandle19kWcontinuously.Thismeansthatatotalof4brakingchoppersareneeded.Eachchopperhastodissipateaquarter（approx.16 kW）ofthetotalpower.]
每台制动斩波器配备的制动电阻值为：
（Thecorrespondingbrakingresistorperchopperiscalculatedasfollows）
又因为电阻的阻值应在18 到32.85 之间，同时，制动电阻应可消耗16kW连续制动功率。
（Theminimumbrakingresistoris18.Theselectedresistorvalueshouldbebetween18 and32.85 .Moreover,thebrakingresistormustbeabletohandle16kWcontinuously.）
可行方案为将6支18 电阻按下图混联。
（Apossi‰blesolutionisagroupconnectionofatotalofsix18 resistors.）
总制动电阻值为：
（Inthiscase,twotimes3resistorshavetobeconnectedin
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