Энергетический расчет

На следующем этапе выполняется энергетический расчет привода. Цель расчета – определение конструктивных параметров двигателя.

Для выполнения расчета необходимо иметь данные о вели­чинах крутящего момента , преодолеваемого двигателем при вращательном движении, или силы при поступательном дви­жении, приведенных к выходному звену момента инерции или масс , заданной средней угловой или линейной скорости , линейного или углового перемещения выходного звена.

Полная внешняя нагрузка на двигатель при поступательном перемещении

(4.16)

при вращательном движении

(4.17)

где и – линейное и угловое ускорения.

На этапе проектировочного расчета для определения дейс­твующих ускорений принимают следующие допущения:

– закон измене­ния скорости по соответствующей координате трапецеидальный, т.е. разгон и торможение выходного звена происходят с постоян­ным ускорением;

– длина пути разгона или равна длине пути торможения или и составляет некоторую часть общего пере­мещения выходного звена, т. е. или .

Обычно в практических расчетах значение коэффициента k₁ принимают в пределах k₁= 0,1…0,2, а ускорение определяют по известным формулам для равноускоренного движения

(4.18)

(4.19)

Значения максимальных скоростей и определяют из заданного закона движения. При условии, что среднее значение скорости известно, при трапецеидальном законе изменения ско­рости

(4.20)

где – время перемещения, – время разгона, – время тор­можения. Подставляя известные данные, получаем

(4.21)

Аналогичное выражение для угловой скорости

(4.22)

Мощность, необходимая для получения требуемых скоростей и ускорений

(4.23)

(4.24)

Зная величину полной внешней нагрузки, определяют главный параметр объемного двигателя: его рабочий объемw для двига­телей вращательного движения или площадь рабочей камерыF для двигателей поступательного движения

(4.25)

(4.26)

Номинальное давление выбирается по табл. 4.1 или зада­ют из конструктивных соображений. Выбранное значение номинального дав­ления (МПа) должно соответствовать значениям из номинального ряда по ГОСТ 12445–80: 0,1; 0,16; 0,25; 0,4; 0,63; 1; 1,6; 2,5; 4; 6,3; 10; 12,5; 16; 20; 25; 34; 40; 50; 63; 80; 100; 125; 160; 200; 250. Механический КПД при использовании элас­тичных уплотнений выбирают в пределах . Гид­равлический КПД в первом приближении для привода с рас­четной мощностью 0,5…5 кВт на выходном звене принимают в пределах .

Таблица 4.1

Применяемые давления в зависимости от силы резания

Затем определяется необходимый диаметр поршня:

(4.27)

Для двигателей поступательного движения диаметрd штока определяется с учетом зависимостей по табл. 4.2.

Таблица 4.2

Зависимость диаметра штока от давления

Для установок, требующих небольших усилий на выходных звеньях при значительных скоростях перемещений, параметры гид­роцилиндров выбирают по соотношению скоростей прямого и об­ратного хода:

(4.28)

Полученные значения округляются до ближайшего из номинального ряда для деталей подвижных уплотняющих пар (поршни, плунжеры, штоки, золотники и их втулки) по ГОСТ 12447–80: 1; 2; 2,5; 3; 4; 5; 6; 8; 10; 12; (14); 16; (18); 20; (22); 25; (28); 32; (36); 40; (45); 50; (56); 63; (70); 80; (90); 100; (110); 125; (140); 160; (180); 200; (220); 250; (280); 320; (360); 400; (450); 500; (560); 630; (710); 800; (900); 1000. В скобках приведены значения дополнительного ряда.

После выбора диаметров двигателя определяется коэффициент d отношения площадей камер двигателя:

(4.29)

На следующем этапе выбирают тип и количество уплотнений двигателя и определяют силу трения в уплотнениях.

Возникающую в уплотнениях силу трения в практических расчетах рассчитывают по конструктивным параметрам

(4.30)

где – уплотняемый диаметр, – ширина контакта, зависящая от давления и деформации при установке кольца в канавку, – коэффициент трения резины по металлу, – контактное давление.

Из опыта эксплуатации гидросистем известно, что для резин с модулем упругостиE = 7 ... 12 МПа необхо­димо обеспечить контактное давление МПа для новых уплотнений.

Уточняется значение максимально возможной нагрузки на выходном звена двигателя с учетом сил трения, действующих в уплотнениях:

(4.31)

При определении конструктивных параметров двигателей вра­щательного движения по известному рабочему объему необходимо использовать формулы для определения объема в зависимости от типа выб­ранного двигателя. Например, рабочий объем аксиально-поршневого гидромотора с наклонной шайбой определяют по выражению

(4.32)

где – диаметр поршня; – диаметр расположения поршней в блоке цилиндров; – угол наклона шайбы, град.; – число поршней.

Далее необходимо оценить максимальный момент, который должен обеспечить двигатель с учетом действующих технологических и динамических нагрузок. При этом необходимо определить требуемое передаточной отношение механического преобразователя (редуктора, передачи винт-гайка и т. д.). Нужно помнить, что все действующие нагрузки приводятся к валу двигателя.

Крутящий моментM на выходном валу гидромотора

(4.33)

где – перепад давления в камерах гидромотора.

По известным конструктивным параметрам двигатель выбира­ется по каталогам или, при необходимости, конструируется но­вый.