大型工業(yè)卷布機設計及電氣的選用設計
15頁4500字數+論文說明書+9張CAD圖紙【詳情如下】
主動鏈輪.dwg
大型工業(yè)卷布機總裝圖.dwg
大型工業(yè)卷布機設計及電氣的選用設計論文.doc
撥叉.dwg
控制機構.dwg
收卷機機構.dwg
放卷機構.dwg
被動鏈輪.dwg
調節(jié)機構.dwg
軸承座.dwg
一． 變頻器的選用標準
目前，變頻器在我國的應用正高速上升，各個變頻器公司也競爭激烈，我們總結變頻器
分4個檔次 ：1..歐美系列（美國AB、德國博世力士樂、瑞士ABB、）2.日系（東芝、歐姆
龍）3.臺灣韓系（LG、三綦）4.國產（國產雜多例子無法舉例，可能明天哪個牌子出來了，
通用變頻器基本原理本資料所述通用變頻器是指適用于工業(yè)通用電機和一般變頻電機、并由一般電網供電(單相220v、三相380v50hz)、作調速控制的變頻器。此類變頻器由于工業(yè)領域的廣泛使用已成為變頻器的主流。調速的基本原理基于以下公式:
由(3)式可分成兩種情況分析:(1)在頻率低于供電的額定電源頻率時屬于恒轉矩調速。變頻器設計時為維持電機輸出轉矩不變，必須維持每極氣隙磁通фm不變，從(3)式可知，也就是要使e1/f1=常數。如忽略定子漏阻抗壓降，可以認為供給電機的電壓u1與頻率f1按相同比例變化，即u1/f1=常數。
但是在頻率較低時，定子漏阻抗壓降已不能忽略，因此要人為地提高定子電壓，以作漏抗壓降的補償，維持e1/f1≈常數，此時變頻器輸出u1/f1關系如圖1中的曲線2，而不再是曲線1。
多數變頻器在頻率低于電機額定頻率時,輸出的電壓u1和頻率f1類似圖1中曲線2,并且隨著設置不同,可改變補償曲線的形狀，使用者要根據實際電機運行情況調整。
(2)在頻率高于定子供電的額定電源頻率時屬于恒功率調速。
此時變頻器的輸出頻率f1提高，但變頻器的電源電壓由電網電壓決定，不能繼續(xù)提高。根據公式(3)，e1不能變，f1提高必然使фm下降，由于фm與電流或轉矩成正比，因此也就使轉矩下降，轉矩雖然下降了，但因轉速升高了，所以它們兩的乘積并未變，轉矩與轉速的乘積表征著功率。因此這時候電機處在恒功率輸出的狀態(tài)下運行。
由以上分析可知通用變頻器對異步電機調速時，輸出頻率和電壓是按一定規(guī)律改變的，在額定頻率以下，變頻器的輸出電壓隨輸出頻率升高而升高，即所謂變壓變頻調速(vvvf)。而在額定頻率以上，電壓并不變，只改變頻率。
二.減速機的選用標準
首先計算選用接近理想減速比：
減速比=伺服馬達轉速/減速機出力軸轉速
扭力計算：
對減速機的壽命而言,扭力計算非常重要,并且要注意加速度的最大轉矩值(TP),是否超過減速機之最大負載扭力，適用功率通常為市面上的伺服機種的適用功率,減速機的適用性很高,工作系數都能維持在1.2以上,但在選用上也可以以自己的需要來決定:
要點有二:
A.選用伺服電機的出力軸徑不能大于表格上最大使用軸徑.
B.若經扭力計算工作,轉速可以滿足平常運轉,但在伺服全額輸出時,有不足現象時,我們可以在電機側之驅動器,做限流控制,或在機械軸上做扭力保護,這是很必要的。
通用減速機的選型包括提出原始條件、選擇類型、確定規(guī)格等步驟。
相比之下，類型選擇比較簡單，而準確提供減速器的工況條件，掌握減速器的設計、制造和使用特點是通用減速器正確合理選擇規(guī)格的關鍵。
規(guī)格選擇要滿足強度、熱平衡、軸伸部位承受徑向載荷等條件。
1．按機械功率或轉矩選擇規(guī)格（強度校核）
通用減速器和專用減速器設計選型方法的最大不同在于，前者適用于各個行業(yè)，但減速
只能按一種特定的工況條件設計，故選用時用戶需根據各自的要求考慮不同的修正系數，工廠應該按實際選用的電動機功率（不是減速器的額定功率）打銘牌；后者按用戶的專用條件
畢業(yè)設計（論 文） 題 目 大型工業(yè)卷布機電氣的選用 系 (部 ) 專 業(yè) 班 級 姓 名 指導 老師 系 主 任 年 月 日 一． 變頻器的選用標準 目前， 變頻器 在我國的應用正高速上升， 各個變頻器公司也競爭激烈， 我們 總結變頻器 分 4 個檔次 ： 1.國 國博世力士樂、瑞士 芝、歐姆 龍） 綦） 產雜多例子無法舉例，可能明天 哪個牌子出來了， 通用 變頻器 基本原理本資料所述通用變頻器是指適用于工業(yè)通用電機和一般變頻電機、并由一般電網供電 (單相 220v、三相 380作調速控制的 變頻器 。此類變頻器由于工業(yè)領域的廣泛使用已成為變頻器的主流。調速的基本原理基于以下公式 : 式 (1)中 :同步轉速 (r/ 定子供電電源頻率 ( p— 磁極對數。 一般異步電機轉速 n 與同步轉速 在一個滑差關系 式 (2)中 :n— 異步電機轉速 (r/ s— 異步電機轉差率。由 (2)式可知，調速的方法可改變 p、 s 其中任意一種達到，對異步電機最好的方法是改變頻率 現調速控制。由電機理 論，三相異步電機每相電勢的有效值與下式有關。 式 (3)中 :定子每相電勢有效值 (v); 定子供電電源頻率 ( 定子繞組有效匝數 ; фm— 定子磁通 ( 由 (3)式可分成兩種情況分析 :(1)在頻率低于供電的額定電源頻率時屬于恒轉矩調速。 變頻器 設計時為維持電機輸出轉矩不變，必須維持每極氣隙磁通 ф (3)式可知，也就是要使 e1/數。如忽略定子漏阻抗壓降，可以認為供給電機的電壓 頻率 相同比例變化，即 u1/數。 但是在頻率較低時，定子漏阻抗壓降已不能忽略，因此要人為地提 高定子電壓，以作漏抗壓降的補償，維持 e1/數，此時 變頻器 輸出 u1/系如圖 1 中的曲線 2，而不再是曲線 1。 圖 1u/f 關系 多數 變頻器 在頻率低于電機額定頻率時 ,輸出的電壓 頻率 似圖 1 中曲線 2,并且隨著設置不同 ,可改變補償曲線的形狀，使用者要根據實際電機運行情況 調整。 (2)在頻率高于定子供電的額定電源頻率時屬于恒功率調速。 此時 變頻器 的輸出頻率 高，但變頻器的電源電壓由電網電壓決定，不能繼續(xù)提高。根據公式 (3)， 能變， 高必然使 ф于 ф 此也就使轉矩下降，轉矩雖然下降了，但因轉速升高了，所以它們兩的乘積并未變，轉矩與轉速的乘積表征著功率。因此這時候電機處在恒功率輸出的狀態(tài)下運行。 異步電機變頻調速恒轉矩和恒功率區(qū)域狀態(tài)的特性如圖 2 所示。 圖 2 異步電機調速時的輸出特性 由以上分析可知通用 變頻器 對異步電機調速時，輸出頻率和電壓是按一定規(guī)律改變的，在額定頻率以下，變頻器的輸出電壓隨輸出頻率升高而升高，即所謂變壓變頻調速 (而在額定頻率以上，電壓并不變，只改變頻率。 二 首先計算 選用接近理想減速比： 減速比 =伺服馬達轉速 /減速機出力軸轉速 扭力計算： 對減 速機的壽命而言 ,扭力計算非常重要 ,并且要注意加速度的最大轉矩值 (是否超過減速機之最大負載扭力 ， 適用功率通常為市面上的伺服機種的適用功率 ,減速機的適用性很高 ,工作系數都能維持在 上 ,但在選用上也可以以自己的需要來決定 : 要點有二 : 轉速可以滿足平常運轉 ,但在伺服全額輸出時 ,有不足現象時 ,我們可以在電機側之驅動器 ,做限流控制 ,或在機械軸上做扭力保護 ,這是很必要的。 通用減速機的選型包括提出原始條件、選擇類型、確定規(guī)格等步 驟。 相比之下，類型選擇比較簡單，而準確提供減速器的工況條件，掌握減速器的設計、制造和使用特點是通用減速器正確合理選擇規(guī)格的關鍵。 規(guī)格選擇要滿足強度、熱平衡、軸伸部位承受徑向載荷等條件。 1．按機械功率或轉矩選擇規(guī)格（強度校核） 通用減速器和專用減速器設計選型方法的最大不同在于，前者適用于各個行業(yè)，但減速 只能按一種特定的工況條件設計，故選用時用戶需根據各自的要求考慮不同的修正系數，工廠應該按實際選用的電動機功率（不是減速器的額定功率）打銘牌；后者按用戶的專用條件設計，該考慮的系數，設計時一般已作考慮，選 用時只要滿足使用功率小于等于減速器的額定功率即可，方法相對簡單。 通用減速器的額定功率一般是按使用（工況）系數 （電動機或汽輪機為原動機，工作機載荷平穩(wěn)，每天工作 3~10h，每小時啟動次數≤ 5 次，允許啟動轉矩為工作轉矩的 2倍），接觸強度安全系數 1、單對齒輪的失效概率≈ 1％ ,等條件計算確定的。 所選減速器的額定功率應滿足 2中 — 計算功率（ — 減速器的額定功率（ — 工作機功率（ — 使用系數，考慮使用工況的影響 ，見表 1 — 啟動系數，考慮啟動次數的影響，見表 1 — 可靠度系數，考慮不同可靠度要求，見表 1 目前世界各國所用的使用系數基本相同。雖然許多樣本上沒有反映出 個系數， 但由于知己（對自身的工況要求清楚）、知彼（對減速器的性能特點清楚），國外選型時一般均留有較大的富裕量，相當于已考慮了 影響。由于使用場合不同、重要程度不同、損壞后對人身安全及生產造成的損失大小不同、維修難易不同，因而對減速器的可靠度的要求也不相同。系數 是實際需要的可靠度對原設計的可靠度進行修正。它符合 國齒輪制造者協(xié)會標準）對齒輪強度計算方法的規(guī) 定。目前，國內一些用戶對減速器的可靠度尚提不出具體量的要求，可按一般專用減速器的設計規(guī)定（ 效概率≤ 1/1000），較重要場合取 右。 2、熱平衡校核 通用減速器的許用熱功率值是在特定工況條件下（一般環(huán)境溫度 20℃，每小時 100％ ,連續(xù)運轉、功率利用率 100％），按潤滑油允許的最高平衡溫度（一般為 85℃）確定的。條件不同時按相應系數（有時綜合成一個系數）進行修正。 所選減速器應滿足 2中 — 計算熱功率（ — 環(huán)境溫度系數，見表 1 — 運轉周期系數，見表 1 — 功率利用率系數，見表 1 — 減速器許用熱功率（ 通用減速器常常須對輸入軸、輸出軸軸伸中間部位允許承受的最大徑向載荷給予限制，應予校核，超過時應向制造廠提出加粗軸徑和加大軸承等要求。 三．電機的選擇 電動機的選用應根據負載的性質，對電動機的起動、反轉、調速等要求；負載轉矩、轉速變化范圍和起、制動頻繁程度等要求；考慮電動機的溫升限制、過載能力、起動轉矩及起動電流的限制；以及工作環(huán)境條件等諸多因素，合理選擇電動機的功率、工作制、防護結構型式。 若工程機械系設計院（所）設計、制造單位應按設計院（所）選用的電機型號、規(guī)格及要求，到設計院（所）指定的電機廠家訂購電動機。 1．電動機的工作環(huán)境 1)、最高環(huán)境空氣溫度 般起重用電動機最高環(huán)境空氣溫度不超過 40℃；冶金用電動機最高環(huán)境空氣溫度不超過 60℃。 2)、海拔 動機工作地的海拔一般不超過 1000m。超過 1000m 使用時，高于海拔 1000m 的環(huán)境溫度必須補償量為每高出 100m 降低 1%溫升限值，則運行地點的最高環(huán)境溫度見表 3— 2。 表 3— 2 假定的最高環(huán)境溫度 海拔 F 級 （起重電機） H 級（冶金電機） 1000m 40℃ 60℃ 2000m 30℃ 48℃ 3000m 19℃ 35℃ 4000m 9℃ 23℃ 如環(huán)境溫度超過上表溫度值，則選型時可選大一個功率等級的電機。 3)、電動機的周圍空氣不應含有腐蝕性、可然性及爆炸性氣體。 4)、用于亞熱帶、沿海地區(qū)應適用熱帶或三防電機。 5)、對具有凝露環(huán)境的地方、應選用有防冷凝加熱器的電機。 2．電動機的工作制 電動機的工作制分為：短時工作制 續(xù)周期工作制 續(xù)工作制 其他非周期性工作 制。 短時工作制的持續(xù)時間為： 30 60 斷續(xù)周期工作制的每一工作周期的時間為 10載持續(xù)率分為： 15%、 25%、 40%、 60%和 100%，以 40%為基準負載持續(xù)率。 電動機每小時起動次數： 作制為 6 次； 作制分 150、 300 和 600 次三個等級 3．變頻電機的工作頻率 變頻電機一般設計以 50基準點 5（ 3）～ 50恒轉矩調速， 50～ 100恒功率調速，選用時應充分考慮最低工作頻率。 4．電動機的起動次數換算 電動機從靜止狀態(tài)起動，達到額定轉速稱為一 次起動，若電動機轉速沒達到額定轉速即停止運轉，稱為點動。 點動：最終轉速不超過額定轉速的 25%； 電制動：制動到額定轉速的 選用電動機時，各種起動及制動狀態(tài)均要按等效發(fā)熱折算成每小時等效全起動次數，以該等效全起動次數確定電動機的定額。折算的方法： 點動四次相當于 1 次全起動；電制動 1 次相當于 全起動。 折算典型例子見表 3— 2。 表 3— 3 工作方式 起 制 動 狀 態(tài) 熱等效全起動次數 每 小 時起動次數 每 小 時點動次數 每 小 時制動次數 每小時制動并反轉次數 3 4 2 0 8 8 0 0 2 0 0 0 6 4 5 50 100 80 65 30 0 200 0 130 160 0 0 85 65 30 0 0 0 0 30 150 4 5 00 200 160 130 60 0 400 0 260 320 0 0 160 130 60 0 0 0 0 60 300 4 600 400 0 800 0 0 0 0 600 5 20 260 120 0 520 640 320 200 120 0 0 120 5．電動機功率的選用 1)、起重機用電動機功率的計算 a、負載持續(xù)率 選擇 起重機械類型不同，負載持續(xù)率也不一樣，通常如表 3— 4 所示。 表 3— 4 類型 輕 中 重 特重 15 25 40 60 起重機械種類 手動和吊鉤起重機 抓斗、冶金及熱加工專用橋式起重機，龍門吊，裝卸橋等 b、初算電動機功率 2=(0 或 9555η （ 式中 n—— 起重機轉速（ r/ 回轉阻力矩（ N· m）； V—— 起重機的運動速度（ m/s）； F—— 沿運動方向的運動阻力（ N）。 對于起重機各種行走機構 F=c+7V）· N） 式中 — 運動部分總量重量（ c —— 行走阻力系數，采用滾動軸承時， c=10～ 12； 采用滑動軸承時， c=20～ 25。 提升機構：以額定的提升重量 算，即 F=N） η —— 機構的總效率，數值范圍如表 3— 5。 表 3— 5 機 構 傳動型式 機構總效率 用滾動軸承 用滑動軸承 提升機構 圓柱正齒輪傳動 輪蝸桿傳動 行機構 圓柱正齒輪傳動 輪蝸桿傳動 轉機構 齒 輪 傳 動 輪蝸桿傳動 0.7 c、功率校驗 初算的功率，有時不一定滿足電機發(fā)熱的要求，因此應進行發(fā)熱校驗。平均損耗法是一種行之有效的校驗方法。 短時工作的電機，一般不需要進行發(fā)熱校驗只注意短時過載能力和起動轉矩的校驗。選用電動機短時額定時間 應大于短時工作時間。 若選用斷續(xù)工作制電動機作短時工作使用時，其等效額定時間 對應關系如表 3— 6。 表 3— 6 %） 15 25 40 15 30 60 若需進行發(fā)熱校驗，可按下式進行： P /(Σ ]≥ t（ s） 式中Σ 連續(xù)工作制電動機的額定損耗或斷續(xù)工作制電動機 00%時的額定損耗（ Σ 1/η N P—— 短時負載下功率損耗（ 電動機允許的通電時間（ s）； t —— 實際的短時工作時間（ s）； T —— 電機的發(fā)熱時間常數（ h），對 Y 系列， T= 2)、斷續(xù)周期工作制下電動機功率的一般計算方法 首先根據實際工作的負載持續(xù)率 取接近的電機額定負載持續(xù)率 后計算電機的等效功率 電機的實際負載持續(xù)率 ： ΣT * 555 （ (Σ T s2 T 2b [ Σ 1/2（ 選取電機的額定功率 3)、 作制電動機各負載持續(xù)率下功率的換算 換算公式為： ( 100)β /40β 式中 — 工作機械的實際負載持續(xù)率； — 負載實際所需的功率 K 和β按表 3— 7 選擇。 表 3— 7 系列 極數 % K β ， 8 10～ 100 1 ， 8 10 10～ 100 10～ 100 1 1 0. 34 ．電動機的起動次數與輸出功率的關系 列電動機 的 P— 線，縱座標 P 為電動機的容許輸出功率，橫坐標 電動機飛輪力矩率 C 和每小時起動次數或等效起動次數 Z 的乘積。 C=( 式中 電動機的飛輪力矩（ N· D2 外加負載的飛輪力矩（ N· 具體曲線參看有關電機手冊，這些曲線給出了不同負載持續(xù)率下電動機允許輸出功率與 選用電動機時參考。