电机与拖动课程设计.docx
《电机与拖动课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电机与拖动课程设计.docx（13页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
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111
学号：
1105060129
姓名：
尹伊欧
目录
设计说明书……………………………………………
一、直流电机…………………………………………
二、给定数据…………………………………………
三、预选电机、求出折算到电动机上的力矩和转动惯量………………………………………………………
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（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。
课题设计要求：
1.预选电动机
2.设计传动装置，作出传动机构图
3.求出系统折算到电动机轴上的力矩和转动惯量
4.作电动机的负载图
5.校验电动机
6.写出设计说明书
指导教师：
舒奎王裕如
一、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.
二、给定数据
1、工作周期：
2、给定参数：
（1）切削速度Vmax=20米/分
（2）切削时间t切=16秒
（3）切削力F切=1250kg*10=12500N
（4）工件重ma=3吨
（5）工作台重mT=3吨
（6）起动加速度a起=0.7米/秒2
（7）传动效率η=75%
（8）齿条齿距20毫米
（9）摩擦系数μ=0.1
（10）返回速度V返=30米/分
（11）起、制动时间相同
（12）正向空走时间t正=0.5秒
（13）起、制动加速度相同
三、预选电机（计算折算到电机轴上净负载）
1.正向起动
（1）起动时间（19米/分=0.33米/秒）
t1=Vmax/a起=0.33/0.7=0.47秒
（2）摩擦力
f1=（mT+ma）×1000×9.8μ=（3+3）×1000×9.8×0.1=5880N
（3）加速力
由F1-f1=（mT+ma）a起得F1=（3000+3000）×0.7+5880=10080N
（4）功率
P1=F1Vmax/η=10080×0.33/75%=4435W
（5）距离
S1=0.5a×t1*2=0.5×0.7×0.47*2=0.077315m
2.正向空载
（1）起动时间t2=0.5秒
（2）摩擦力f2=f1=5880N
（3）功率P2=f2Vmax/η=5880×0.33/75%=2587W
（4）距离S2=Vmaxt2=0.33×0.5=0.165m
3.正向切削
（1）时间t3=t切=16秒
（2）速度V3=Vmax=0.33米/秒
（3）切削力F3=F切=12500N
（4）摩擦力f3=f1=5880N
（5）功率
P3=（F3+f3）Vmax/η=（12500+5880）×0.33/75%=8087W
（6）距离S3=Vmaxt3=0.33×16=5.28m
4.正向空载
（1）时间t4=0.5秒
（2）摩擦力f4=f1=5880N
（3）功率P4=P2=2587W
（4）距离S4=Vmaxt4=0.33×0.5=0.165m
5.正向制动
（1）制动加速度a制=a起=0.7米/秒2
（2）摩擦力f5=f1=5880N
（3）制动力
由F5+f5=（mT+ma）a制得F5=（3000+3000）×0.7－5880=-1680N
（5）时间t5=t1=0.47秒
（6）距离
S5=Vmaxt5－0.5a×t5*2=0.33×0.47－0.5×0.7×0.47*2
=0.077785m
（7）功率P5=F5Vmaxη=-1680×0.33×75%=-415.8W
6.反向起动
（1）最高速度V返=1.5Vmax=1.5×0.33=0.495米/秒
（2）时间t6=t1=0.47秒
（3）加速度a返=V返/t6=0.495/0.47=1.05米/秒2
（4）起制动力
由F6=（mT+ma）a返+f1得F6=（3000+3000）×0.7+5880=10080N
（5）功率P6=F6V返/η=10080×0.495/75%=6652.8W
（6）距离S6=0.5a×t6*2=0.5×0.7×0.47*2=0.077315m
7.反向空载及反向制动
（1）正向制动距离
S=∑Si
=S1+S2+S3+S4+S5=0.077315+0.165+5.28+0.165+0.077785
=5.7651m
（2）反向制动时间t8=t6=0.47秒
（3）反向制动加速度a制=a返=0.7米/秒2
（4）反向制动距离
S8=V返t8－0.5a减×t8*2=0.495×0.47-0.5×0.7×0.47*2=0.155335m
（5）反向空载距离
S7=S－S6－S8=5.7651－0.077315－0.155335=5.53245m
（6）反向空载时间
t7=S7/V返=5.53245/0.495=2.7386秒
（7）反向制动力
F8=（mT+ma）a减=（3000+3000）×0.7=4200N
（8）反向制动功率
P8=F8V返/η=4200×0.495×75%=1559.25W
（9）反向空载功率
P7=F1V返/η=10080×0.495/75%=6652.8W
8、绘制功率图
三、计算平均功率
Pzol
=∑Piti/∑ti
=（P1t1+P2t2+P3t3+P4t4+P5t5+P6t6+P7t7+P8t8）/（t1+t2+t3+t4+t5+t6+t7+t8）
=（4435×0.47+2587×0.5+8087×16
+2587×0.5+415.8×0.47+6652.8×0.47+1159.25×2.7386+6652.8×0.47）/（0.47+0.5+16+0.5+0.47+0.47+2.7386+0.47）
=144782.668/21.6186=6697.13432W
PN=（1.1~1.6）Pzol=7366.85W~10715.41W=7.4KW~10.7KW
四、查手册选电机Z4-132-1抄铭牌
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、已知条件：
齿距20mm=0.02m。
V切=Vmax=20m/min=0.33m/s
=0.33/0.66=0.5m/s
2设计传递函数，求出传递比j。
传动结构图
J=（65×64×60）/（40×20×15）=20.8
V=n/j*齿数*齿距=0.029m/s
3确定电机的转速
n实际=j*n=20.8×0.5=10.4r/s=624r/min4、校验n<=nN成立
5、求系统总飞轮矩
Ra=（1/2~2/3）（UnIn-Pn）/In*2=2.252
CeΨN=（UN-INRa）/nN=0.25
n0=U/CeΨN=1600r/min
S=1-nN/n0=16.9%
GD*2=（1+S）GDd*2=11.97
五、作电动机负载图
1.正向起动
摩擦转矩
Tf=9.55f1Vmax/nη=（9.55×5880×0.33）/（624×0.75）
=39.596N·m
加速度转矩
Ta1=
=GD2n/375t1=100×624/0.47×375=354N·m
起动转矩
T1=Tf+Ta1=39.596+354
=393.596N·m
2.正向空走
T2=9.55P2/n=9.55×2587/624=29.593N·m
3.正向切削
T3=9.55P3/n=9.55×8087/624
=123.77N·m
4.正向空载
T4=T2=29.593N·m
5.正向制动
T5=Ta1－Tf=354-39.596
=314.404N·m
6.反向起动
摩擦转矩
Tf’=9.55f1V返/nη=（9.55×5580×0.33）/（624×0.75）
=39.596N·m
加速度转矩
Ta2=nGD2/375t1=100×624/375×0.47
=354.04N·m
起动转矩
T6=Tf’+Ta2=39.596+354.04
=393.636N·m
7.反向空走
T7=9.55P7/n=（9.55×1559.25）/624
=23.86N·m
8.反向制动
T8=Ta2－Tf’=354.04－39.596
=314.444N·m
9、直流电机正转距负载图
六、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
=[（154917.81×0.47+875.75×0.5+15319.01×16+875.75×0.5+98849.88×0.47+1567.84×0.47+154949.3×2.7386+98875.03×0.47）/（047+0.5+16+0.5+0.47+0.47+2.7386+0.47）]½
=（836803.02/21.62）½
=126.74N·m
TN额定=9.55Pn/n=153.04
平均转矩Tdx≦TN额定
所以符合。
七、过载能力检验。
=393.636/153.04=2.572
八、机械特性绘制
1、正向起动
（1）起动方法：
降压启动
（2）计算级数及所串电阻值
（3）绘制机械特性曲线
2、正向制动
（1）制动方法：
能耗制动
（2）计算电阻值
（3）绘制机械特性曲线
3、反向起动
（1）起动方法：
降压起动
（2）计算数值：
（3）绘制机械特性曲线
4、反向制动
（1）制动方法：
电源反接制动
（2）计算数值：
所以所串电阻符合要求。
（3）绘制机械特性曲线
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
在这学期开始，刚接触电机与拖动这本书，很多东西都是陌生的。
但是通过一个学期的学期，对模电这部分知识有了初步的认知。
尤其在这次课程设计的过程中，感觉自己学到了不少东西。
这次的课程设计给了我们一次实践的机会。
通过这次的课程设计让我们对课本的理论知识有了更深一步的了解和理解，同时也提高了我们的自主创新和自我设计能力。
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。
这次课程设计的过程中遇到了不少麻烦，大多数都是因为自己平时的学习不够认真，很多问题考虑的不够全面，计算不够仔细。
麻烦多收获也就越多，在这次课程设计过程中，学会了怎样计算，怎样分析电机。
也对原来学习的知识查缺补漏。
体会到了自动化专业人员需要的耐心和毅力还有过人的专业基础知识是多么重要，而自己又有不少欠缺。
所以通过这次课程设计督促自己以后一定要一丝不苟的学习。
致谢
感谢这次课程设计中给予我帮助的老师和同学，感谢自动化实验室的老师和同学对我的课程设计提出了宝贵的意见和建议，感谢电机与拖动老师对我们课程设计提出的帮助和耐心的讲解。
自动化111-29
尹伊欧
升级会员 