Определить мощность резания. 1 методика расчета мощности двигателей главного движения 1 Последовательность расчета мощности двигателя главного движения токарного станка

• Название: 1 методика расчета мощности двигателей главного движения 1 Последовательность расчета мощности двигателя главного движения токарного станка
• Дата: 13.01.2023
• Размер: 353.5 Kb.
• Имя файла: Определить мощность резания.doc
• Тип: Документы; #885154

МЕТОДИКА РАСЧЕТА МОЩНОСТИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ
1 МЕТОДИКА РАСЧЕТА МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЕЙ ГЛАВНОГО ДВИЖЕНИЯ
1.1 Последовательность расчета мощности двигателя главного движения

токарного станка
На основании исходных данных построить нагрузочную диаграмму F_z(t) привода шпинделя (рисунок 1).

Определить мощность резания P_zi, кВт, для каждого рабочего участка нагрузочной диаграммы по формуле
, (1)
где F_zi – сила резания, кН;

V_zi- скорость резания, м/мин.

Определить среднюю мощность резания P_zсp, кВт, по формуле
, (2)
где n – количество рабочих участков нагрузочной диаграммы.

Определить потери мощности Р₀ , кВт, холостого хода
Р₀=а*Р_zсp , (3)
где а – коэффициент постоянных потерь в двигателе,
а=0,6*(1-η_шп.ном)/η_шп.ном , (4)
где η_шп.ном – КПД привода шпинделя при нормальной нагрузке.
Построить нагрузочную диаграмму Рz(t) привода шпинделя (рисунок 2).

Рисунок 2 – Нагрузочная диаграмма P_zi(t) привода шпинделя
По нагрузочной диаграмме (рисунок 2) определить режим работы привода шпинделя. Для этого рассчитать время Т_ц, мин, по формуле
, (5)
где - суммарное рабочее время привода, мин.

- суммарное время пауз, мин.
Режим работы привода главного движения повторно-кратковременный,

если Т_ц<10 мин, и продолжительный (с постоянной или переменной нагрузкой),

если Т_ц>10 мин. Для повторно-кратковременного режима определить продолжительность включения ПВ_расч, %,
. (6)

Определить эквивалентную мощность Р_экв, кВт, используя рисунок 2
. (7)
Для повторно-кратковременного режима произвести расчет эквивалентной мощности Р′_экв , кВт, при стандартном значении ПВ_ном по формуле
. (8)
Рассчитать мощность Р_дв.г, кВт, двигателя главного движения с учетом потерь в механических передачах
, (9)

где η_г - КПД привода главного движения.
Для повторно-кратковременного режима в формуле (9) вместо Р_экв подставить

.

Если привод подачи станка предусматривается выполнить от привода главного движения, то мощность Р_дв.г двигателя шпинделя необходимо увеличить на 5%.

По полученным данным произвести предварительный выбор двигателя главного движения. Технические параметры и пусковые свойства предварительно выбранного двигателя свести в таблицы 1 и 2.
Таблица 1 – Технические параметры двигателя … главного движения

Тип двигателя	Рном , кВт	nc, об/мин	ηi , %, при Рzi/Рном, %					cosφi при Рzi/Рном, %
			1	2	3	4	5	1	2	3	4	5

Таблица 2 – Пусковые свойства двигателя … главного движения

Тип двигателя	Рном, кВт	nc, об/мин	λм	λn	Sном, %	Sк,%	in	J, кг*м

Предварительно выбранный двигатель главного движения далее необходимо проверить по нагреву и перегрузочной способности.

1.2 Последовательность расчета двигателей сверлильных и расточных станков
Построить нагрузочную диаграмму M_zi(t) или F_zi(t) привода главного движения (рисунок 1).

Определить мощность резания P_zi, кВт, при сверлении на каждом переходе по формуле
, (10)
где М_zi- вращающий момент на шпинделе при сверлении, Н*м;

n_шпi- частота вращения шпинделя, об/мин.
При расточке резцами мощность резания Р_zi, кВт, определить по (1).
Определить мощность Р₀, кВт, холостого хода по (3).

Построить нагрузочную диаграмму Р_zi(t) механизма (рисунок 2).

Определить режим работы привода по (5) и (6).

Определить среднюю мощность резания P_{z ср}, кВт, в соответствии с нагрузочной диаграммой P_zi(t) по формуле
. (11)
При необходимости произвести расчет по формуле (8).

Рассчитать мощность Р_дв.г двигателя главного движения по (9).

Предварительно выбрать электродвигатель, технические параметры и пусковые свойства которого свести в таблицы 1 и 2.

1.3 Последовательность расчета мощности двигателя главного движения фрезерных станков
Построить нагрузочную диаграмму F_zi(t) механизма (рисунок 1).

Определить мощность резания P_zi, кВт, для каждого рабочего участка нагрузочной диаграммы по (1).

Определить среднюю мощность резания Р_ср, кВт, по (2).

Определить мощность Р₀, кВт, холостого хода по (3).

Построить нагрузочную диаграмму механизма P_zi(t) (рисунок 2) и определить режим работы привода по (5), (6).

Определить эквивалентное значение мощности Р_экв, кВт, двигателя по (7), (8).

Рассчитать мощность двигателя Р_дв.г , кВт, по (9).

По полученным данным предварительно выбрать электродвигатель, технические параметры и пусковые свойства выбранного двигателя свести в таблицы 1 и 2.

1.4 Последовательность расчета мощности двигателя главного движения

агрегатного станка

Построить циклограмму работы агрегатного станка рисунок (3).


Определить мощность резания P_1zi, кВт, для одного шпинделя первой силовой головки по формуле (10).

Рассчитать суммарную мощность резания Р_1z, кВт, всех шпинделей силовой головки по формуле
, (12)
где n₁ – количество шпинделей первой силовой головки.

Определить мощность потерь Р₀, кВт, холостого хода силовой головки по формуле
, (13)
где а – коэффициент постоянных потерь в двигателе,

. (14)

Определить эквивалентную мощность Р_1экв, кВт, по формуле
. (15)
Определить мощность Р_1г, кВт, двигателя первой силовой головки по формуле
, (16)
где 1,25 – коэффициент, учитывающий возможные изменения режимов резания;

η_шп - КПД шпиндельной бабки при номинальной нагрузке.
Для самодействующих силовых головок мощность двигателя головки следует увеличить на 5%.

По полученным данным предварительно выбрать двигатель равной или несколько большей мощности, технические параметры и пусковые свойства выбранного двигателя свести в таблицы 1 и 2.

Аналогично рассчитать и произвести выбор двигателей для других силовых головок.

1.5 Последовательность расчета мощности двигателя главного движения

шлифовального станка

1.6 Последовательность расчета мощности двигателя стола продольно-строгального станка
Определить тяговое усилие F_т.обр, Н, на рейке стола при ускоренном движении стола назад по формуле
F_т.обр= (G_дет+G_ст)*μ,
где G_дет – вес обрабатываемой детали, Н;

G_ст – вес стола, Н;

μ – коэффициент трения стола о направляющие (0,05-0,08).
Определить число двойных ходов в минуту N_дв.ход, по формуле
,
где k – коэффициент, k=V_обр/V_пр;

V_пр – скорость прямого хода стола, м/мин;

V_обр – скорость обратного хода стола, м/мин;

L – длина хода стола, м;

t_рев – время реверсирования стола с прямого хода на обратный или наоборот, с.

Определить машинное время tм, мин, при строгании, затрачиваемое для обработки одного изделия

,
где В – ширина изделия, мм;

S – подача на один двойной ход, мм/дв.х.
Построить нагрузочную диаграмму Fz(t) станка для одного цикла работы (одного двойного хода) при чистовом и черновом строгании.

Определить мощность резания при чистовом Pzч, кВт, и черновом Pzчер, кВт, строгании по формуле


где Vпр1 – скорость прямого холостого стола, соответствующая наибольшему усилию резания, м/мин.

Для наиболее тяжелого режима определить мощность потерь кВт, на трение стола о направляющие при прямом ходе


где Gдет – вес обрабатываемой детали,Н;

Gст – вес стола,Н;

μ – коэффициент трения стола о направляющие.
Определить тяговое усилие Fт,Н, на рейке стола для наиболее тяжелого режима.

Fт=Fz+(Gдет+Gст+Fx+Fy)*μ

где Fx,Fy составляющие усилия резания,Н,

Fx=(0.2-0.3)Fz

Fy=(0.3-0.5)Fz
Определить мощность Рдв.пр,кВт, на валу двигателя по формуле
или
где Yп – КПД передачи (до рейки стола) при полной нагрузке.

Определить частоту вращения nдв,об/мин, двигателя по формуле

а) для асинхровки двигателя



где р – радиус приведения стола к валу двигателя, мм/об.
б) для двигателя постоянного тока при однозонном регулировании

в) для двигателя постоянного тока при двухзонном регулировании


где Vрасч – расчетная скорость, м/мин


где - расчетный диапазон изменения потока двигателя.

По известной мощности Рдв, кВт и частоте вращения nдв, об/мин произвести предварительный выбор двигателя для привода стола продольно–строгательного станка. При этом необходимо учитывать способ регулирование скорости привода. Технические данные предварительно выбранного двигателя и его пусковые свойства свести в таблицы 1,2 и 3.

2 Методика проверки предварительно выбранного двигателя привода главного движения
2.1 Проверка двигателя главного движения по условиям нагрева
По каталогу определить значение КПД η и коэффициента мощности cosφ для различных интервалов нагрузки, результаты свести в таблицу 3.
Таблица 3- Значение КПД и коэффициента мощности при различных нагрузках

Pz, кВт
η
cosφ

По данным таблицы 3 определить токи I_i,A, в обмотках статора двигателя при различных интервалах нагрузки по формуле
,
где U_ном –номинальное напряжение, В.
Определить эквивалентное значение тока I_экв, А, в обмотке статора двигателя
.
Определить номинальный ток I_ном, А, в обмотке статора двигателя
.
Проверить выполнение условия
I_экв< I_ном .
При выполнении условия (50), предварительно выбранный двигатель удовлетворяет условиям проверки по нагреву. В противном случае необходимо выбрать двигатель большей мощности и повторить проверку.

Если проверка двигателя по нагреву не может быть проведена методом эквивалентного тока, то следует использовать для проверки по нагреву метод средних потерь.

Используя таблицу 4, определить потери мощности ΔР_i, кВт, для каждого интервала нагрузки
.
Определить средние потери мощности ΔР_ср , кВт, по формуле
.
Определить потери мощности ΔР_ном, кВт, при номинальном режиме
.
Сравнить средние потери с номинальными, т.е. проверить выполнение условия
.
Если > на 10-15%, то предварительно выбранный двигатель подходит для работы, т.к. он будет нагреваться так же или чуть меньше, чем при номинальной нагрузке.

В противном случае следует выбрать двигатель, большей мощности.

2.2 Проверка двигателя главного движения по условиям перегрузки

В соответствии с нагрузочной диаграммой P_z(t) (рисунок 2) определить наибольший момент М_наиб, Н*м, нагрузки по формуле
,
где n_наиб – частота вращения шпинделя, соответствующая наибольшей нагрузке, об/мин.
При неизвестном значении n_наиб, которое соответствует участку диаграммы с наибольшим значением мощности, n_наиб, об/мин, определить по формуле
,
где n_c – синхронная частота вращения, об/мин.

Определить номинальный момент М_ном, Н*м, двигателя
.
Сравнить перегрузку, возникающую на валу при работе и перегрузочную способность двигателя

.
При невыполнении условия (58) выбрать двигатель ближайшей мощности и повторить проверку.

2.3 Последовательность проверки двигателя главного движения продольно- строгательного станка.
Определить потери при прямом ходе со скоростью Vпр и полной нагрузке


где 1 – наибольшая скорость прямого холостого стопа, соответствующая наибольшему усилению резания, м/мин.

Рассчитать потери при обратном ходе



Определить мощность Рдв.пр.х,кВт, на валу двигателя при прямом ходе вхолостую


Определить мощность Рдв.обр, кВт, на валу двигателя при обратном ходе

Рдв.обр=Рдв.пр.х*

Определить момент Мпр.х,н.м. на валу двигателя при прямом ходе вхолостую

Мпр.х=9550*

где Nдв - частота вращения двигателя, соответствующая скорости Vпр, об/мин.

Nдв.пр=Vпр/р.

Определить момент Мобр.х,н.м, на валу двигателя при обратном ходе



где Nдв.обр – частота вращения двигателя, соответствующая скорости Vобр,об/мин.




Определить момент Мпр,н.м, на валу двигателя при прямом ходе и полной нагрузке



Определить суммарный момент инерции J,кг/м , привода

,

где - момент инерции двигателя

- приведенный к валу двигателя момент инерции привода.

Определить время tп.пр,мин,пуска при прямом ходе стопа



где Мn – пусковой момент двигателя, н.м,

Определить время tп.пр, мин, торможения в конце прямого хода стопа



где Мт=Мn – тормозной момент двигателя, н.м,

Определить время пуска tп.обр,мин, при обратном ходе стопа



Определить время торможения ,мин, в конце обратного хода стопа



Определить время tпр.мин, установившегося движения при прямом ходе стола



Определить время tобр, мин, установившегося движения при обратном ходе стола



Построить нагрузочную диаграмму привода стола продольно – строгательного станка.

На рисунке 4 представлена приближенная нагрузочная диаграмма привода, при построении которой сделаны следующие допущения :

а) прямой ход стола производиться при номинальной мощности резания со скоростью Vпр1;

б) не учитываются понижения скорости стола при врезании резца и выходе его из детали ;

в) разгон и торможение привода происходят при холостом ходе под действием момента Мп=Мт,н.м
Мп=Мт+2Мном

М ,н.м

Мпр









Мобр.х

tмин




























Н агрузочная диаграмма привода стола продольно-строгательного станка
Используя нагрузочную диаграмму определить эквивалентный момент Мэкв,н.м, двигателя за цикл по формуле


Определить номинальный момент Мном,н.м., двигателя



проверить выполнение условия Мэкв<=Мном.

При выполнении условия (76) двигатель удволетворяет условиям нагрева и подходит для работы. В случае не выполнения (76) выбрать другой двигатель ближайшей большей мощности.

В случае регулирования угловой скорости ослаблением поля двигателя необходимо строить зависимость тока двигателя от времени и проверить его по методу эквивалентного тока.

3. МЕТОДИКА РАСЧЕТА МОЩНОСТИ ДВИГАТЕЛЕЙ ПРИВОДОВ ПОДАЧИ.
Приводы подач металлорежущих станков могут быть выполнены от главного привода через коробку подач либо от отдельного электро или гидро двигателя. В первом случаем расчет мощности двигателя не производят, т.к. эта нагрузка учитывалась при расчете мощности двигателя главного движения. Если привод подачи имеет отдельный электро или гидропривод, то в этом случае необходим расчет приводного двигателя.
3.1 Последовательность расчета мощности двигателя подачи токарного станка.
При использовании для привода подачи AD расчет производить следующим образом. Определить условие подачи Fп,Н, необходимое для осуществления процесса резания по формуле

Fп=Fz+(Gc+Fx+Fy)*μ ,

где Gc – все суппорта с инструментом,Н.
Рассчитать мощность Рп, затрачиваемую на осуществление подачи суппорта


Найти мощность Рдв.п,кВт, на валу двигателя подачи с учетом потерь в передачах по формуле



где Уп – КПД привода подачи
Определить частоту вращения Nдв.п ,об/мин, двигателя подачи



где р – радиус приведения, мм/об.
По найденным Рдв.п и Nдв.п по каталогу предварительно выбирают двигатель ближайшей большей мощности, технические параметры и пусковые свойства которого заносят в таблицу.

Если для привода подачи используются отдельный широко регулируемый электропривод постоянного тока, то расчет мощности ДПТНВ производить по формулам (81-85).

3.2 Последовательность расчета мощности двигателя подачи сверлильных и расточных станков.
Привод подачи сверлильных станков обычно выполняется от главного двигателя, поэтому расчет не производят.

Мощность двигателя подачи расточных станков рассчитывают следующим образом.

Определить наибольшее усилие подачи Fп.max,н, действующие значение на рабочей части диапазона по формуле

Fп.max=Fzmax+(Gдет+Пcт+Fx+Fy)*μ

где Gст – вес стопа,н

Fzmax – наибольшая сила резания,н

Рассчитать мощность Рдв.п,кВт, двигателя подачи:

а) если угловая скорость регулируется только изменением напряжения на якор, следует применить формулу



б) при двухзонном регулировании скорости следует воспользоваться формулой





- диапазон изменения тока двигателя
Определить частоту вращения Nдв.п,об/мин, двигателя подачи по формуле



- радиус приведения от стопа к валу двигателя, мм/об

По найденным Рдв.п и Nдв.п выбрать по каталогу электродвигатель. Технические данные и пусковые свойства предварительно выбранного двигателя свести в таблицы 1,2,3.
3.3 Последовательность расчета мощности двигателя подачи фрезерного станка.
Привод подачи фрезерных станков малых и средних размеров в основном выполняется от главного привода через многоступенчатую коробку подач. Привод подачи станков, на которых не производятся зуборезные работы, целесообразнее выполнять от отдельного двигателя.

Привод подачи тяжелых продольно-фрезерных станков выполняется от ДПТНВ с управлением по системе МУ-Д и ТП-Д. Диапазон регулирования скорости рабочих подач таких станков равен Dраб=(30-200):1, а быстрое перемещения в 1,5- 4,2 раза больше Vраб.п. Наиболее рационально весь диапазон подач обеспечить за счет регулирования угловой скорости двигателя.

Мощности двигателя подачи определяется по формулам (81 -85) в зависимости от способа регулирования скорости.

3.4 Последовательность расчета мощности двигателя подачи шифровального станка.

Приводы подач шифровального станка небольших размеров осуществляется от гидропривода, а тяжелых плоско- и кругло-шлифовальных станков выполняется от ДПТНВ по системе МУ-Д, ТП-Д.

Расчет мощности и выбор двигателя гидропривода выполняется в следующем порядке.

Определить мощность Рд.н,кВт, на валу двигателя насоса гидросистемы



В гидроприводах станков обычно применяются центробежные насосы.

Центробежные насосы являются быстроходными, поэтому их приводные двигатели выбираются на высокую угловую скорость

Выбрать асинхронный двигатель для насоса гидросистемы; его технические параметры занести в таблицу.
3.5 Последовательность расчета мощности двигателя подачи агрегатного станка.
Силовые головки агрегатных станков обычно выполняются с гидравлическим приводом подач.

Поступательное перемещение самодействующих силовых головок осуществляется от двигателя шпинделей.

В несамодействующих силоывых головках привода подачи выполняются отдельно. При этом используется централизованная гидравлическая система; вращение насоса гидросистемы производится от отдельного двигателя.

Расчет мощности двигателя насоса гидросистемы для станков с несамодействующими головками выполняется по формуле 86.

4. Методика расчета проверки предварительного выбранного двигателя подачи.
Двигатели приводов подач металлорежущих станков должны быть проверены на пусковой момент при трогании с места.
4.1 Последовательность проверки двигателя подачи на пусковой момент при трогании с места.
Определить усилие трогания Fnhju,и, по формуле



Рассчитать мощность Ртрог,кВт, при трогании сместа



Найти момент Мтрог,н.м. при трогании с места



Определить номинальный момент Мном,н.м,двигателя



Определить максимальный момент Мmax,н.м,двигателя

а) для синхронных двигателей
Мmax=0.85*λм*Мном
б) для двигателей постоянного тока
Мmax=(2+2.5)*Мном
Проверить выполнения условия Мтрог Мmax.

При выполнении условия 93, двигатель удовлетворяет условиям работы. В противном случае необходимо выбрать другой двигатель ближайшей большей мощности и повторить проверку.

При гидравлическом приводе подач и выполнить расчет по формуле 87.

Далее необходимо определить максимальное усиление Fmax,н,развиваемое гидроприводом

Fmax=H*Q/Vраб
Проверить выполнение следующего условия Fтрог
При выполнении данного условия предварительного выбранный двигатель обеспечивает нормальную работу гидропривода.


5. Методика расчета мощности двигателя вспомогательных материалов
5.1 Последовательность расчета мощности двигателя насоса охлаждения (смазки).
Определить мощность Рдв.кВт, двигателя насоса по формуле



Центробежные насосы выполняются быстроходными, поэтому их приводные двигатели имеют высокую угловую скорость и соединяются с валом насоса непосредственно.

По рассчитанном значению по каталогу выбирается двигатель, технические параметры заносятся в таблицу.
5.2 Последовательность расчета мощности двигателя быстрых перемещений узла металлорежущих станков.
Определить тяговое усилие Fm,н, по формуле

Fт=(Gдет+Gу)*μ

Рассчитать мощность Рдв.б.п.кв,двигателя



Определить частоту вращения Nдв.б.п,об/мин, двигателя



По найденным значениям Nдв.б.п. и Рдв.б.п. по каталогу выбрать асинхронный двигатель; технические параметры свести в таблицу.
5.3 Последовательность расчета мощности двигателя поворота стола.
Определить вертикальное усилие V,Н, действующее на опору
V=G+Gg
Определить горизонтальное усиление F,H действующее в опоре

а) при расположении детали в центре стола



б) при расположении детали на краю стола



Определить моменты трения в опоре от вертикального Мv,нм, и горизонтального Мf,н.мм, усилий



Определить момент сопротивления Мс,н.мм, в опоре

Мс=Мv+Мf

Определить момент сопротивления М1с,н.м, приведенный к валу электродвигателя



Определить статическую мощность Рст,Вт.привода

Рст=М1с*wст,

Определить угловую скорость wдв,рад/с, двигателя

wдв=wст+i

Рассчитать частоту вращения Nдв.об/мин,двигателя



Выбрать электродвигатель по рассчитанным Рдв и Nдв, технические параметры занести втаблицу.