Пример расчета мощности двигателя главного привода

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ПО РАСЧЕТУ МОЩНОСТИ И ВЫБОРУ ДВИГАТЕЛЕЙ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ КУРСОВОГО И ДИПЛОМНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Дисциплина ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ И ГРАЖДАНСКИХ ЗДАНИЙ

Специальность 2-36 03 31 Монтаж и эксплуатация электрооборудования.

РАЗРАБОТАЛ О.С.Кед

Ф.И.О. преподавателя

Рассмотрено на заседании цикловой комиссии

Протокол №_____

От «_____»___________200___г

Председатель цикловой комиссии __________________________________________

СОДЕРЖАНИЕ

Расчет мощности двигателя металлорежущего станка...................................... 2

Расчет технологических усилий.................................................................... 2

Расчет мощности двигателя главного движения.......................................... 2

Расчет мощности двигателя подачи.............................................................. 6

Пример расчета мощности двигателя главного привода

многошпиндельного токарного станка............................................................... 9

Пример расчета мощности двигателя главного привода

сверлильного станка.......................................................................................... 13

Пример расчета мощности двигателя главного привода

фрезерного станка.............................................................................................. 16

Пример расчета мощности двигателя главного привода

шлифовального станка...................................................................................... 19

Список литературы............................................................................................... 22

1 РАСЧЕТ МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО СТАНКА

1.1 Расчет технологических усилий

Для определения нагрузки двигателя необходимо определить режимы резания, т. е. скорость, усилие и мощность резания. По технологическим параметрам станка принимают деталь типовой для данного станка формы размерами 0,8÷0,9 от максимальных и назначают режимы резания, допустимые жесткостью станка. Режим резания характеризуется глубиной резания t и подачей s. В зависимости от вида обработки различают подачу на зуб s_z, подачу на оборот s_об, минутную подачу s_м. Подачи связаны соотношением

s_м= s_об n = s_z z n, (1.1)

где n – частота вращения детали или инструмента, мин^-1;

z – число зубьев инструмента.

По эмпирическим формулам теории резания определяют скорость резания v_z [1] и корректируют ее по паспортным данным станка, для чего рассчитывают частоту вращения детали или инструмента n, мин^-1

, (1.2)

где D – диаметр обрабатываемого изделия или инструмента, мм.

По паспортным данным станка принимают ближайшую действительную частоту вращения n_д, мин^-1, и определяют действительную скорость резания v_z.д, м·мин^-1

. (1.3)

В процессе снятия стружки резцом возникает усилие, приложенное под некоторым углом к режущей кромке инструмента, которое можно представить в виде трех составляющих: F_z – тангенциальное усилие или усилие резания; F_y – радиальное усилие, создающее давление на суппорт; F_x – осевое усилие или усилие подачи, преодолеваемое механизмом подачи. Составляющие усилия находятся по эмпирическим формулам теории резания [1].

В зависимости от вида обработки и режима резания определяют основное или машинное время Т_м (время обработки) [2].

Расчет скорости резания, усилия резания и машинного времени производят для каждой операции обработки.

1.2 Расчет мощности двигателя главного движения

1.2.1. Если скорость двигателя при обработке практически не изменяется и длительность наиболее загруженной операции превышает 10 мин., то нагрузку двигателя можно считать постоянной и расчет мощности двигателя производят исходя из мощности резания при этой операции.

При известных значениях скорости и усилия резания можно определить мощность резания Р_z, кВт

(1.4)

Мощность на валу двигателя главного движения в установившемся режиме складывается из мощности резания, зависящей от усилия и скорости резания, и мощности потерь, которая зависит от нагрузки, числа звеньев кинематической цепи и частоты вращения привода. При расчетах обычно пользуются коэффициентом полезного действия станка, который определяется как произведение КПД отдельных звеньев кинематической цепи при работе на данной скорости

, (1.5)

где η₁, η₂, η₃, η_i – КПД отдельных звеньев кинематической цепи.

Для кинематической цепи главного привода при полной нагрузке КПД в среднем составляет 0,7÷0,8.

Мощность на валу двигателя главного движения в установившемся режиме с учетом потерь в передачах Р_дв, кВт, составляет

(1.6)

1.2.2. При работе станков в продолжительном режиме с переменной нагрузкой и практически неизменной скоростью расчет мощности двигателя производится методом эквивалентной мощности с использованием нагрузочных диаграмм привода.

Определяют мощность резания при каждой операции и с учетом времени выполнения каждой операции строят нагрузочную диаграмму. Рассчитывают эквивалентную мощность резания Р_z.экв, кВт, за цикл обработки заготовки

, (1.7)

где Р_z1, Р_z2, Р_zi – мощность резания при каждой операции обработки, кВт;

Т_м1, Т_м2, Т_мi – продолжительность каждой операции при обработке, мин.

Если обработка производится одновременно на нескольких шпинделях, приводимых в движение от одного двигателя (многошпиндельные токарные станки), то эквивалентную мощность резания Р_{z экв}, кВт, приводят ко времени наиболее длительной операции

, (1.8)

где Т_{м макс} – продолжительность наиболее длительной операции при обработке, мин.

Если двигатель во время вспомогательных операций не выключается, то его нагрузка будет равна мощности потерь холостого хода станка. Для практических расчетов потери холостого хода станка ΔР_ст0, кВт, приблизительно принимаются равными

ΔР_ст0≈ 0,6 ΔР_ст.ном (1.9)

где ΔР_ст.ном – потери в станке при номинальной нагрузке, кВт.

Потери в станке при номинальной нагрузке ΔР_ст.ном, кВт, определяются по

, (1.10)

где Р_z.ном, η_ст.ном – соответственно номинальные мощность резания, кВт, и КПД станка.

Если привод подачи выполняется от двигателя главного движения, то расчетную мощность двигателя, определяемую по (1.6) увеличивают на 5%.

1.2.3. Частота вращения приводного двигателя определяется частотой вращения исполнительного органа станка. Если в станке применяется механическое регулирование частоты вращения исполнительного органа, то синхронную частоту вращения двигателя следует выбирать в пределах 1000÷1500 мин^-1. Увеличение частоты вращения двигателя приводит к росту числа ступеней коробки скоростей, увеличению ее габаритов и потерь мощности. Уменьшение частоты вращения двигателя приводит к увеличению габаритов двигателя, снижению его коэффициента мощности из-за роста магнитных потерь.

1.2.4. Выбор двигателя производится по условиям

Р_дв.ном ≥ Р_дв, (1.11)

ω_дв.ном ≈ ω_{дв.расч} (1.12)

где ω_{дв.расч} – расчетная угловая скорость двигателя, определяемая по кинематической схеме станка, рад·с^-1.

1.2.5. Выбранный двигатель проверяется по перегрузочной способности. Определяется номинальный момент двигателя М_ном, Н·м

(1.13)

где n_дв.ном – номинальная частота вращения двигателя, мин^-1.

Рассчитывается максимальный момент нагрузки М_с.макс, Н·м, при неизменной частоте вращения двигателя, равной n_дв.ном

, (1.14)

где Р_z.макс – наибольшая мощность резания в цикле, кВт.

Двигатель проходит по условию перегрузки, если выполняется условие

, (1.15)

где 0,8 – коэффициент, учитывающий возможное снижение напряжения питающей сети на 10% (для асинхронных двигателей);

λ – отношение максимального момента двигателя к номинальному;

М_{дв.макс} – максимальный момент, развиваемый двигателем, Н·м.

1.2.6. Если при работе станка скорость двигателя главного движения изменяется при постоянном магнитном потоке, то расчет производят методом эквивалентного момента.

При вращательном главном движении момент на шпинделе станка от усилия резания М_р, Н·м, будет

, (1.16)

где D – диаметр обрабатываемого изделия или инструмента, м.

Момент на шпинделе станка определяет момент сопротивления на валу двигателя М_с, Н·м

, (1.17)

где u_ст – передаточное отношение от вала двигателя к шпинделю станка.

При поступательном главном движении статический момент на валу двигателя М_с, Н·м определяется

, (1.18)

где ρ – радиус приведения усилия к валу двигателя, м.

Радиус приведения усилия резания ρ, м, определяется соотношением

, (1.19)

где v – линейная скорость движения стола, м·с^-1.

1.2.7. На станках с горизонтально расположенными вращающимися планшайбами или движущимися столами двигатель должен развивать дополнительное усилие F_тр, Н, преодолевающее усилие трения в направляющих планшайбы или стола

, (1.20)

где F_N – сумма сил, действующих нормально к направляющим планшайбы или стола, Н;

μ – коэффициент трения планшайбы или стола о направляющие.

Сумма сил, действующих нормально к направляющим, F_N, Н, определяется

, (1.21)

где g – ускорение свободного падения, м·с^-2;

m_ст – масса планшайбы или стола, кг;

m_дет – масса детали, установленной на планшайбе или столе, кг;

F_у – составляющая силы резания, направленная нормально к направляющим, Н.

Коэффициент трения планшайбы или стола о направляющие зависит от скорости планшайбы или стола и достигает больших значений при покое и низких скоростях, имеющих место при разгоне двигателя, поэтому на крупных станках статический момент при пуске двигателя планшайбы или стола вхолостую достигает 60÷80% от номинального. При установившихся рабочих скоростях коэффициент трения меняется мало и в расчетах его принимают постоянным, равным 0,05÷0,08. В установившихся режимах на планшайбах карусельных и столах продольно-строгальных и фрезерных станков определяют тяговое усилие F_тяг., Н

(1.22)

Тогда статический момент нагрузки на валу двигателя М_с, Н·м, при вращательном движении будет

, (1.23)

и при поступательном движении

. (1.24)

1.2.8. При работе станка в продолжительном режиме с переменной нагрузкой и повторно-кратковременном режиме определяются статические моменты нагрузки на валу двигателя при каждой операции, строится нагрузочная диаграмма М_с=f(t) и определяется эквивалентный статический момент М_с.экв, Н·м

, (1.25)

где М_с1, М_с2, М_сi – статические моменты нагрузки при операциях цикла, Н·м;

Т_м1, Т_м2, Т_мi – продолжительность отдельных операций цикла, с.

Расчетная мощность двигателя Р_дв, кВт, определяется по

. (1.26)

Выбор двигателя производится по условиям (1.11) и (1.12), проверка по перегрузочной способности – (1.15).

1.3 Расчет мощности двигателя подачи

1-двигатель, 2- редуктор, 3- ходовой винт, 4-гайка, 5-стол,

6-направляющие.

Рисунок 1- Типовая электрическая схема электропривода подачи станка

В электроприводах подач двигатель осуществляет перемещение инструмента или изделия для обеспечения процесса резания. Подача на станках осуществляется различными способами, но наибольшее распространение получил привод с ходовым винтом, типовая кинематическая схема которого приведена на рисунке 1. Вращательное движение от двигателя 1 через редуктор 2 передается ходовому винту 3 и через гайку 4, закрепленную на столе или суппорте, преобразуется в поступательное движение подачи стола или суппорта по направляющим 6. Двигатель подачи обеспечивает усилие F_под, Н, необходимое для линейного перемещения стола или суппорта, которое в общем случае равно

, (1.27)

где k – коэффициент запаса, принимаемый равным 1,2÷1,5;

F_x – составляющая усилия резания в направлении подачи, Н;

F_тр – усилие трения стола или суппорта о направляющие, Н;

F_пр – усилие прилипания, Н.

Усилие трения о направляющие F_тр, Н, определяется массой перемещающихся механизмов подачи (стола или суппорта) и составляющими усилия резания, направленными перпендикулярно к направляющим

, (1.28)

где μ – коэффициент трения стола или суппорта о направляющие;

m_ст – масса перемещающихся механизмов подачи, кг;

F_y, F_x – составляющие усилия резания, Н.

Усилие прилипания F_пр, Н, возникает при трогании стола или суппорта с места в начале движения

, (1.29)

где β – удельное усилие прилипания, принимаемое равным 0,5 Н·см^-2;

S_пр – площадь поверхности прилегания направляющих стола или суппорта, взаимно трущихся с направляющими салазок, см².

Все составляющие усилия подачи, как правило, одновременно не действуют. В основной массе станков подача производится непрерывно и начинается вхолостую еще до начала процесса резания. Поэтому при определении нагрузки двигателя подачи рассматривают отдельно два характерных режима его работы: трогание с места и рабочую подачу.

При трогании с места действуют только усилие трения от массы перемещающихся частей механизма подачи и усилие прилипания, возникающее в начале трогания. Тогда усилие подачи при трогании стола или суппорта F_под.т, Н

, (1.30)

где μ_т – коэффициент трения в направляющих при трогании стола или суппорта с места, принимаемый равным 0,2÷0,3.

При рабочей подаче в процессе резания, когда стол или суппорт движется с установившейся скоростью, усилие подачи F_под.д, Н, определяется

, (1.31)

где μ_д – коэффициент трения в направляющих при движении, принимаемый равным 0,05÷0,15.

По большему из рассчитанных усилий подачи определяется момент на валу ходового винта механизма подачи М_х.в, Н·м

, (1.32)

где d_ср – средний диаметр ходового винта, м;

α – угол наклона резьбы ходового винта, град;

φ – угол трения резьбы, град.

Угол наклона резьбы ходового винта α, град, определяется

, (1.33)

где t – шаг нарезки ходового винта, м.

Угол трения резьбы φ определяется

(1.34)

Момент статического сопротивления на валу двигателя подачи М_с, Н·м

, (1.35)

где u_п, η_п – соответственно передаточное отношение и к.п.д. передачи от двигателя к ходовому винту.

Суммарный к.п.д. передачи принимают равным 0,1÷0,2 для передачи винт-гайка скольжения, 0,81÷0,86 для передачи винт-гайка качения без натяга, 0,72÷0,77 для передачи винт-гайка качения с натягом. При установке двигателя на ходовой винт η_п≈1.

Расчетная угловая скорость двигателя ω_{дв.расч}, рад·с^-1, определяется

, (1.36)

где v_п – скорость подачи, м·мин^-1;

u_п – передаточное отношение от двигателя к ходовому винту;

t – шаг нарезки ходового винта, м.

Мощность двигателя рассчитывают по (1.26), а двигатель выбирают по условиям (1.11), (1.12).

Так как электропривод подачи выполняется в большинстве случаев с регулированием скорости в большом диапазоне, то выбранный двигатель должен быть проверен по статическому моменту на его валу при минимальной скорости подачи с учетом снижения момента двигателя из-за ухудшения условий охлаждения в самовентилируемых двигателях. Например в частотно-регулируемых самовентилируемых асинхронных двигателях серий 4АП и 4АХ при частоте питания, равной 0,2 f_ном, допустимый по нагреву момент становится равным половине номинального.

Выбранный двигатель также должен быть проверен по пусковому моменту, обеспечивающем момент трогания с места.

Момент трогания М_с.т, Н·м, определяется

. (1.37)

Двигатель проходит по пусковым условиям, если выполняется неравенство

М_{дв.пуск}≥М_с.т, (1.38)

где М_{дв.пуск} – пусковой момент двигателя, Н·м.

2 ПРИМЕР РАСЧЕТА МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ ГЛАВНОГО ПРИВОДА МНОГОШПИНДЕЛЬНОГО ТОКАРНОГО СТАНКА

Рисунок 2 – Эскиз обработки детали

На позициях шпинделей выполняются следующие операции:

1. Загрузка заготовки;

2. Продольное точение: t=3 мм, l=80 мм, S=0,4 мм ;

3. Подрезка торца: t=1,5 мм, S=0,9 мм ;

4. Сверление: d=12 мм, l=30 мм, S=0,28 мм ;

5. Прорезание канавки: t=8 мм, S=0,1 мм ;

6. Отрезание: t=4 мм, S=0.12 мм, материал детали – сталь конструкционная.

Произведем расчет технологических усилий для второй операции – продольной точение.

Определяем скорость резания v_z, м мин [1, с.265]

v_z= (2.1)

где C – постоянная скорости резания;

T – среднее значение стойкости инструмента при обработке, мин;

m, x, y – показатели степени, зависящие от вида обработки и материала;

t – глубина резания, мм;

S – подача, мм·об^-1;

K – общий поправочный коэффициент.

При S=0,4 мм·об^-1; K =1 [1, с.268]; Т=60 мин [1, с.268]; t=3 мм; C =350; x=0,15; y=0,35; m=0,20 таблица 17 [1, с.269]

v_z= 180,36 м мин .

Определяем частоту вращения шпинделя n, мин , по (1.2) при

v_z=180,36 м мин ; D=40 мм

n= мин .

Из таблицы скоростей станка выбираем ближайшую частоту вращения шпинделя. Принимаем n =1600 мин .

Определяем действительную скорость резания v , м мин , по (1.3) при D=40 мм; n =1600 мин ; =3,14

v = м мин .

Определяем усилие резания F , Н, по [1, с.271]

F =10 C t S v K , (2.2)

где C – коэффициент, учитывающий вид обработки и материал при точении;

х, у, n – показатели степени, зависящие от вида обработки;

K – поправочный коэффициент, учитывающий фактические условия резания.

При t=3 мм; S=0,4 мм; v =200,96 м мин ; К =0,75 [1,с.271]; C =300; x=1; y=0,75; n=-0,15 из таблицы 22 [1, с.273] получаем

F =10 300 3 0,4 200,96 0,75=1532,4 Н.

Определяем мощность резания P , кВт, по [1,с.271]

P = , (2.3)

где F – усилие резания, Н;

v – действительная скорость резания, м мин .

При F =1532,4 Н; v =200,96 м мин

P = =5,13 кВт.

Определяем технологическое время обработки Т_м1, мин, по [2, с.79]

Т_м1= , (2.4)

где L – длина рабочего хода резца, мм.

При L=85 мм; n =1600 м мин ; S=0,4 мм

Т_м1= =0,13 мин.

Аналогично рассчитываются технологические усилия для других операций, за исключением четвертой операции, на которой производится сверление отверстия.

Усилие резания для сверления определяется через крутящий момент М , Н м [1, с.277]

М =10 C D S K , (2.5)

где С – коэффициент, учитывающий вид обработки и материал при сверлении;

D – диаметр сверления, мм;

q, у – показатели степени, зависящие от вида обработки.

При D=12 мм; S= 0,28 мм; К =0,75 [1, с. 280]; С =0,0345; y=0,8; q=2 из таблицы 32 [1, с.281]

М =10 0,0345 12 0,28 0,75=13,5 Н м.

В остальном расчет для четвертой операции аналогичен. Данные расчетов по всем операциям сведены в таблицу 1.

Таблица 1 - Расчет технологических усилий

	Vz, м мин	n, мин	Vzд, м мин	F , Н (Мкр, Н·м)	P , кВт	Тм, мин
Первая операция
Вторая операция	180,36	1435,94	200,96	1532,47	5,13	0,13
Третья операция	147,91	1177,68	148,21	1473,43	3,64	0,02
Четвертая операция	22,06	175,64	22,61	(13,58)	0,25	0,73
Пятая операция	21,01	167,32	22,61	2167,47	0,82	0,56
Шестая операция	34,51	274,86	35,17	1522,56	0,89	0,59

Зная мощность резания P_z и технологическое время обработки Т_м на каждой операции, можно определить эквивалентную мощность резания P_z.экв, кВт, за цикл обработки приведенную к наиболее длительной операции по (1.8)

Р_z.экв= ,

где P_z2-P_z6– мощность резания на каждой операции соответственно, кВт;

T -T – технологическое время обработки на пяти операциях соответственно, мин;

Т – наибольшее время обработки, мин.

При P_z2=5,13 кВт; P_z3=3,64 кВт; P_z4=0,25 кВт; P_z5=0,82 кВт; P_z6=0,89 кВт; T_o2=0,13 мин; T_o3=0,02 мин; T_o4=0,73 мин; T_o5=0,56 мин; T_o6=0,59 мин; T_макс=0,73мин получаем

Р_z.экв= =2,5кВт

Рассчитываем мощность двигателя привода Р_дв, кВт, по (1.6) при Р_z.экв=2,5кВт; _ст=0,75

Р_дв= =3,33 кВт

По кинематической схеме станка расчетная частота вращения двигателя составляет n_{дв.расч}≈1450 мин^-1.

Выбираем двигатель 5АМ112М4 из таблицы 22.2 [3, с.37], данные которого заносим в таблицу 2.

Таблица 2 – Технические характеристики двигателя 5АМ112М4.

Тип	Р , кВт	n , мин	I ,А	cos		М , Н м
5АМ112М4	5,5		11,7	0,83	0,86	36,5	2,6	6,7	2,9

Определяем максимальную мощность резания Р_{z макс}, кВт

Р_{z макс} = , (2.6)

где – сумма мощностей резания на каждой операции, кВт.

При Р_z2=5,13 кВт; Р_z3=3,64 кВт; Р_z4=0,25 кВт; Р_z5=0,82 кВт; Р_z6=0,89 кВт

Р_{z макс} =5,13+3,64+0,25+0,82+0,89=10,73 кВт.

Определяем максимальный статический момент нагрузки М_{с макс}, Н м, по (1.14) при Р_z.макс=10,73 кВт; n_ном=1440 мин , _ст=0,75

М_{с макс}= =94,88 Н м.

Определяем максимальный момент на валу двигателя М_{дв.макс}, Н м

М_{дв.макс}=2,9 М_ном, (2.7)

При М_ном=36,47 Н м

М_{дв макс}=2,9 36,47=105,76 Н м.

Проверяем выбранный двигатель по условию (1.15) при М =109,41 Н м; М макс=71,16 Н м

0,8·105,76=84,68 < 94,88 Н м.

Т. к. условие не выполняется, то принимаем двигатель АИРМ132S4 из таблицы 22.2 [3, с.37], данные которого приведены в таблице 3.

Таблица 3 – Данные двигателя АИРМ132S4

Тип	Р , кВт	n , мин	I ,А	cos		М , Н м
АИРМ132S4	7,5		15,4	0,85	0,875	49,4	2,1	7,0	2,8

Проверяем двигатель по перегрузочной способности по (1.15)

0,8·2,8·49,4=110,7 > 94,88 Н·м

Условие выполняется, следовательно, окончательно принимаем к установке двигатель АИРМ132S4.

3 ПРИМЕР РАСЧЕТА МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ ГЛАВНОГО ПРИВОДА СВЕРЛИЛЬНОГО СТАНКА

На станке производится сверление отверстия диаметром 57мм и глубиной 300мм в заготовке из ковкого чугуна.

Определяем скорость резания, допускаемую режущими свойствами сверла v_z, м∙мин^-1 [1, с.276]

, (3.1)

где C_v – коэффициент, зависящий от материала изделия и сверла;

D – диаметр сверла, мм;

T – стойкость сверла, мин;

s – подача, мм∙об^-1;

q_v, y_v, x_v, m – показатели степени, зависящие от материала изделия и диаметра сверла;

k_v – поправочный коэффициент.

При D=75мм; T=200мин; t=37,5мм; s=1,25мм∙об^-1; k_v=0,33 [1, с.276]; C_v=25,3; m=0,125; y_v=0,4; q_v=0,25; x_v=0 из таблицы 29 [1, с. 179]

м∙мин^-1

Находим частоту вращения шпинделя n, мин^-1, соответствующую найденной скорости резания по (1.2) при v_z=11,59 м∙мин^-1, D=75 мм

мин^-1

По паспортным данным станка принимаем n_д =52 мин^-1.

Определяем действительную скорость резания v_zд, м∙мин^-1, по (1.3) при D=75 мм, n_д=52 мин^-1

м∙мин^-1

Определяем крутящий момент от сил сопротивления резанию при сверлении М_кр, Н·м [1, с.277]

, (3.2)

где C_м– коэффициент, зависящий от материала изделия;

D – диаметр сверла, мм;

q_м, y_м – показатели степени, зависящие от материала изделия и диаметра сверла;

s – подача, мм∙об^-1;

k_p – поправочный коэффициент, принимаем равным 1.

При D = 75 мм; s = 1,25 мм∙об^-1; C_м = 0,021; q_м = 2; y_м = 0,8 из таблицы 32 [1, с.281]; k_p = 1 [1, с.280]

Н·м

Определяем мощность, затрачиваемую на резание P_z, кВт [1, с.280]

, (3.3)

где М_кр – крутящий момент резания при сверлении, Н∙м;

n_д – действительная частота вращения шпинделя, мин^-1.

При M_кр = 1385,28 Н·м; n_д = 52 мин^-1

Находим основное время сверления T₀, мин [2, с.171]

, (3.4)

где L – длина детали, мм;

n_д – действительная частота вращения шпинделя, мин^-1;

s – подача, мм∙об^-1.

При n_д = 52 мин^-1; s = 1,25 мм∙об^-1; L = 300 мм

мин

Т.к отверстие сверлится на глубину, значительно превышающую диаметр сверла, то операцию необходимо выполнить в несколько проходов, в данном случае – два.

Исходными данными для определения эквивалентной мощности двигателя является нагрузочная диаграмма, приведенная на рисунке 2.

Определяем мощность на валу двигателя при сверлении P_дв, кВт, по (1.6) при P_z =7,38 кВт, _cт = 0,82

кВт

Определим потери мощности в станке при резании , кВт по (1.10) при Р_дв = 9 кВт, Р_z = 7,38 кВт

кВт

Мощность холостого хода станка Р_ст0, кВт, определим по (1.9) при = =1,62 кВт

кВт

По рассчитанным данным строим нагрузочную диаграмму (рисунок 3)

По нагрузочной диаграмме определяем эквивалентную мощность Р_экв, кВт, за цикл обработки

, (3.6)

где – половина основного времени сверления, мин;

t₀₁,t₀₂ – время необходимое для извлечения и охлаждения сверла и выхода стружки, мин.

Рисунок 3 – Нагрузочная диаграмма двигателя сверлильного станка

При Р_св = 9кВт, Р₀ = 0,97кВт, = 2,3мин, t₀₁ = t₀₂ = 0,33мин

кВт

По кинематической схеме станка расчетная частота вращения двигателя составляет n_{дв.расч}≈1450мин^-1.

На основании расчетов выбираем двигатель АИРМ132М4. Паспортные данные двигателя заносим в таблицу 4.

Таблица 4 – Паспортные данные выбранного двигателя

Рном, кВт	Iном., А	n2ном., мин^-1	ηном.	сosφном.	Сервис – фактор	Мном., Н∙м	Iп/Iном.	kп	λ	Jдв, кг·м^2
	22,1		0,89	0,85	1,15	72,2	7,3	2,2	3,0	0,045

Найдём максимальный момент нагрузки М_макс, Н∙м

(3.7)

Н∙м

Проверяем двигатель по перегрузочной способности по (1.15)

0,8·3,0·72,2=173,28 > 59,08 Н·м

4 ПРИМЕР РАСЧЕТА МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ ГЛАВНОГО ПРИВОДА ФРЕЗЕРНОГО СТАНКА

t

B

L

Рисунок 4 - Эскиз обработки

На станке производят торцовое фрезерование стальной заготовки.

Определяем скорость резания v_z, м·мин^-1 [1, с.282]

, (4.1)

где – коэффициент, определяемый по таблице 39 [1, с.286];

D – диаметр фрезы, мм;

Т – период стойкости, мин;

t – глубина резания, мм;

– подача на зуб, мм/зуб;

В – ширина фрезерование поверхности, мм;

z – число зубьев;

– коэффициенты, определяемые по таблице 39 [1, с.286];

– поправочный коэффициент [1, с.282].

При =700, =0,17, =0,33, =0,38, =0,28, =0,08, =0,1, D=200мм, Т=240мин, t=6 мм, =0,14 мм/зуб, В=150 мм, z=12, =0.3

м·мин^-1

Определяем частоту вращения шпинделя , мин^-1, соответствующую найденной скорости резания по (1.2) при v_z=37 м·мин^-1, D=200 мм

мин^-1

Корректируем частоту вращения шпинделя по паспортным данным станка и устанавливаем действительную частоту вращения мин^-1 [2, с.422].

Определяем действительную скорость резания v_zд, м·мин^-1, по (1.3) при D=200 мм, мин^-1

м·мин^-1

Определяем главную составляющую силы резания , Н [1, с.282]

, (4.2)

где – коэффициент, определяемый по таблице 41 [1, с. 291];

– показатели степеней, определяемые по таблице 41 [1, с 291];

t – глубина резания, мм;

– подача на зуб, мм/зуб;

В – ширина фрезерования поверхности, мм;

z – число зубьев;

D – диаметр фрезы, мм;

n_д – частота вращения шпинделя, мин^-1;

К_р– поправочный коэффициент.

При =101, =0,88, =0,75, =1,0, =0,87, =0, t=6мм, =0,14мм/зуб, В=150 мм, z=12, D=200 мм, n_l=63 мин^-1

Н

Определяем основное время , мин [2, с.230]

, (4.3)

где L – длина обрабатываемой детали, мм;

– подача на зуб, мм/зуб;

z – число зубьев;

– действительна частота вращения шпинделя, мин^-1;

i – число проходов.

При L=450 мм, =0,14 мм/зуб, z=12, =63 мин^-1

мин

Определяем мощность, затрачиваемую на резание Р_z, кВт [1, с. 290]

, (4.4)

где – главная составляющая силы резания, Н;

v_z.д – действительная скорость резания, м·мин^-1.

При =17036 Н, =40 м·мин^-1

кВт

Определяем мощность двигателя Р_дв, кВт, по (1.6) при Р_z= 11,4кВт, = 0,82

кВт

По кинематической схеме станка расчетная частота вращения двигателя составляет n_{дв.расч}≈1450 мин^-1.

Т.к. длительность операции превышает 10мин, то исходя из расчётной мощности выбираем двигатель типа 5А160S4, напряжением 380В, 50Гц, мощностью 15кВт, степени защиты IP54, с классом нагревостойкости изоляции “F” (таблица 22.2 [3, с.37]). Данные заносим в таблицу 5.

Таблица 5 – Данные выбранного электродвигателя

Тип двигателя	P, кВт	n, мин^-1	, %	cos φ	Iном, A	Mном, Н·м	kп	А	λ	J,
5А160S4	15,0		89,5	0,86	29,6		2,2	6,1	2,6	0,075

Найдём максимальный момент нагрузки М_макс, Н∙м, по (1.14) при Р_z=11,4кВт, n_ном=1450 мин^-1, η_ст=0,82

Проверим выбранный двигатель по перегрузочной способности по (1.15) при λ = 2,6, М_ном = 99 Н∙м

0,8·2,6·99=205,9>91,56 Н·м

Выбранный двигатель удовлетворяет данному условию и проходит по перегрузочной способности.

5 ПРИМЕР РАСЧЕТА МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЯ ГЛАВНОГО ПРИВОДА ШЛИФОВАЛЬНОГО СТАНКА

Обработка деталей на шлифовальных станках производится при определённых условиях, значениях величин, характеризующих режим обработки детали. К этим значениям относятся окружная скорость рабочего круга v_к, окружная скорость заготовки круга v_з, глубина резания t и поперечная подача s.

Определим технологические усилия при обработке детали с наружным диаметром 55 мм и длиной обрабатываемой поверхности 640 мм. При шлифовке деталь обрабатывается в два этапа.

Таблица 6 –Исходные данные

Вид обработки	t, мм	s, мм·об^-1	VК, м·с^-1	VЗ, м·мин^-1	DК, мм	ВК, мм
предварительное шлифование	0.15	0.7
окончательное шлифование	0.07	0.4

Определим частоту вращения круга n_К, мин ^-1 по формуле

, (5.1)

где D_к – диаметр круга, мм;

V_к – окружная скорость рабочего круга, м·с ^-1.

При V_к=30 м·с ^-1, D_к=600 мм

мин^-1

Определим число оборотов заготовки n_з, мин ^-1 по формуле

, (5.2)

где V_з– скорость вращательного движения заготовки, м·мин ^-1;

D_з− диаметр заготовки, мм.

При V_з=20 м·мин ^-1, D_з=55 мм

=115.81мин ^-1

Определим мощность резания Р_z, кВт, по [1, c.300]

P_z=С_N· ∙ t^x · s^y· D^q, (5.3)

где С_N – коэффициент, характеризующий материал изделия и твердость круга;

s –перемещение шлифовального круга в направлении его оси, мм·об ^-1;

t –глубина резания, мм;

D –диаметр обрабатываемой заготовки, мм;

r, y, q, z – эмпирические коэффициенты, характеризующие условия обработки.

При V_з=20м·с^-1, t=0.15мм, s=0.7мм·об^-1, D=55мм, С_N=2.2, r=0.5, x=0.5, y=0.55, q =0.3 из таблицы 56 [1,с.303]

P_z=2.2 · 20^0.5 · 0.15^0.5 · 0.7^0.55 · 55^0.3 =10.4кВт

Определим основное время t₀,мин. по [2,с.355]

, (5.4)

где L – длина обрабатываемой поверхности, мм;

h – припуск на сторону, мм;

n_з – число оборотов заготовки, м·мин ^-1;

s₀

Дата добавления: 2015-07-20