Курсовая. Электро-механические системы. Курсовой проект по дисциплине Анализ и расчёт электромеханических систем

Название	Курсовой проект по дисциплине Анализ и расчёт электромеханических систем
Анкор	Курсовая
Дата	08.07.2020
Размер	485.65 Kb.
Формат файла
Имя файла	Электро-механические системы.docx
Тип	Курсовой проект #133993

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

ДОНЕЦКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине «Анализ и расчёт электромеханических систем»
Выполнил

студент группы МСМП-19м Дуленко Н.Д.

Проверил Полтавец В.В.

Донецк 2020

Содержание

Введение
Выполнен расчет автоматизированного электропривода металлорежущего станка, обеспечивающего обработку деталей с широким диапазоном типогабаритов инструментов на тяжелых универсальных фрезерно-сверлильно-расточных станках. Выбраны главный электродвигатель и двигатель подачи, а также источники питания для них. Рассчитаны основные параметры механической части главного привода.

Выбор мощности главного электродвигателя фрезерно-сверлильно-расточного станка. Исходные данные для расчета

Таблица 1. Исходные данные

Параметр	Значение	Параметр	Значение
B x L, м	1,4 х 2	D₆, мм	6
D₁, мм	200	S₀₆, мм/об	0,25
h₁, мм	4	T₀₁, мин	200
S_z1, мм/зуб	0,35	T₀₂, мин	64
D₂, мм	32	T₀₃, мин	90
Z₁	14	T₀₄, мин	50
Z₂	4	T₀₅, мин	70
S_z2, мм/зуб	0,045	T₀₆, мин	12
D₃, мм	45	h₂, мм	64
Z₃	4	h₃, мм	32
S_z3, мм/зуб	0,06	h₅, мм	50
D₄, мм	25	b₁, мм	160
S₀₄, мм/об	0,25	b₂, мм	64
D₅, мм	35	b₃, мм	6,5
S₀₅, мм/об	0,42	Н, мм	100

Технология обработки детали

Чертеж обрабатываемой детали представлен на рис.1.

Рис.1. Чертеж обрабатываемой детали

Технология обработки детали включает в себя следующие этапы:

) Установка детали на опорную поверхность F. Установка торцевой фрезы D₁ - торцевое фрезерование поверхности G, направляющих. Перестановка детали на опорную поверхность G - торцевое фрезерование поверхности F.

) Установка концевой фрезы D₂ - фрезерование пазов и полостей до поверхности N в 10 проходов.

) Установка концевой фрезы D₃ - фрезерование низа пазов до размера 1,5с = D₃ - в 6 проходов.

) Установка сверла D₄ - сверление 4-х отверстий D₄ глубиной Н_.

) Установка расточки D₅ - расточка 4-х отверстий диаметром D₅ глубиной Н/2.

) Установка сверла D₆ - сверление 10 отверстий диаметром D₆ глубиной H.

Расчет параметров различных режимов. Торцевое фрезерование поверхности (операция 1)

Оптимальная скорость резания при фрезеровании:

где

= 2·10¹³ - торцевое фрезерование стали твердым сплавом;

yd = yz = yh = 0,25; ys = 1; yv = 5.

Обороты шпинделя:

Минутная подача:

Мощность резания при фрезеровании:

где C_p = 5·10^-3 - торцевое фрезерование стали твердым сплавом;

= 0,9; xs = 0,75.

Момент резания при фрезеровании:

Концевое фрезерование поверхности (операции 2,3)

Оптимальная скорость резания при фрезеровании пазов и полостей до поверхности N:

где

= 2·10⁷ - концевое фрезерование стали быстрорезом;

yd = yz = yh = 0,25; ys = 1; yv = 5.

Обороты шпинделя:

Минутная подача:

Мощность резания при фрезеровании:

где C_p = 4·10^-3 - концевое фрезерование стали быстрорезом;

= 0,9; xs = 0,75.

Момент резания при фрезеровании:

Аналогично ведется расчет при фрезеровании низа пазов. Результаты расчетов сведены в таблицу 2.

Сверление (операция 4,6)

Оптимальная скорость резания при сверлении:

где C_v= 7; yd = 0,5; yv = 0,125; ys = 0,5.

Обороты шпинделя:

Минутная подача:

Момент резания при сверлении:

Усилие подачи при сверлении:

где C_F= 400; xd = 0,4; xs = 0,75.

Мощность резания при сверлении:

Для операции сверления 10-ти отверстий диаметром D₆=6 мм расчеты ведутся аналогично. Результаты расчетов сведены в таблицу 2.

Точение (операция 5)

Оптимальная скорость резания при точении:

где C_v= 100; yv = 0,15; yh = 0,2; ys = 0,5.

Обороты шпинделя:

Окружное усилие при точении (расточке):

где xh = 0,2; xs = 0,75; xv = 0,1 - твердый сплав.

Момент резания при точении:

Мощность резания при точении:

Минутная подача:

Результаты расчета параметров резания для различных режимов отображены в таблице 2.

Таблица 2. Параметры резания при различных режимах

Параметр	Порядковый номер операции
	1	2	3	4	5	6
Оптимальная скорость резания V₀_i, м/мин	208,37	21,05	19,54	42,92	37,3	25,13
Обороты шпинделя n_i, об/мин	331,8	209,5	138,3	546,8	339,5	1334,2
Минутная подача S_i, мм/мин	1626	37,7	33,2	136,7	142,6	333,5
Момент резания M_i, Н·м	847,78	1261	60,57	149,4	71,68	9,93
Усилие подачи F_i, Н	-	-	-	512,5	-	289,6
Окружное усилие F_i, Н	-	-	-	-	4095,9	-
Мощность резания P_i, кВт	29,44	27,7	0,88	8,55	2,54	1,38

Построение технологических диаграмм

Диапазон регулирования при Р = const:

D_p= n_max/n₀= 1334,2/195,3 = 6,83

где n_max = n₆ = 1334,2 об/мин;

n₀ = n₁ = 331,8об/мин.

Минимальная скорость n_min = 0,1·n₀ = 33,18об/мин. При этом Р_min = 0,1·Р₁ = 2,94 кВт. Технологические диаграммы нагрузки P_i = f(n_i) и M_i = f(n_i) представлены соответственно на рис. 2 и рис. 3.

Рис. 2. Технологическая диаграмма нагрузки P_i = f(n_i)

Рис. 3. Технологическая диаграмма нагрузки M_i = f(n_i)

Построение нагрузочных диаграмм

Для построения нагрузочных диаграмм рассчитаем время всех технологических операций.

Торцевое фрезерование (операция 1)

Время прохода при фрезеровании:

Число проходов:

Суммарное время первой операции:

Время перехода:

где S_бх = 12 м/мин - скорость быстрого хода.

Концевое фрезерование (операция 2)

Время прохода при фрезеровании:

где L_п21 = L - 4∙a = 2 - 4·0,064 = 1,744 м;

L_п22 = В - 2∙a = 1,4 - 2·0,064 = 1,272 м.

Число проходов m₂₁ = 6; m₂₂ = 4; m₂ = m₂₁ + m₂₂ = 10 .

Суммарное время второй операции:

Время перехода:

Концевое фрезерование (операция 3)

Время прохода при фрезеровании:

Число проходов m₃ = 6.

Суммарное время третьей операции:

Время перехода:

Сверление (операция 4)

Время прохода при сверлении:

Число отверстий m₄ = 4.

Суммарное время четвертой операции:

Суммарное время перехода:

где ΣL_пер4 = 2∙(L-a)+2·(B-2∙a) = 2∙(2-0,064)+2·(1,4-2∙0,064) = 6,41 м.

Точение (операция 5)

Время прохода при точении:

Число отверстий m₅ = 4.

Суммарное время пятой операции:

Суммарное время перехода:

Сверление (операция 6)

Время прохода при сверлении:

Число отверстий m₆ = 10.

Суммарное время шестой операции:

Суммарное время перехода:

где ΣL_пер₆ = 2∙(L-4·a)+2·(B-a) = 2∙(2-4·0,064)+2·(1,4-0,064) =6,16 м.

Примем, что время смены инструмента одинаково для всех операций:

Время смены детали:

Время производственного цикла изготовления одной детали:

;

Нагрузочные диаграммы представлены на рис.4 и 5.

Рис. 4. Нагрузочная диаграмма первой операции

Рис. 5. Нагрузочная диаграмма производственного цикла изготовления детали

Выбор мощности главного электродвигателя и проверка его по нагреву

Так как

, то номинальная мощность электродвигателя выбирается для продолжительного режима:

Выбираем асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором 4А200L6У3 с номинальной мощностью Р_н = 30 кВт, синхронной частотой вращения n₀=1000 об/мин, номинальной частотой вращения n_н = 979 об/мин и моментом инерции ротора J_д = 0,45 кг·м². Циклограмма M(t) изображена на рис.6. Проверим двигатель по нагреву методом эквивалентного момента:

;

Рис. 6. Циклограмма M(t) и n(t)

Номинальный момент:

Так как

, то необходимо использовать понижающий редуктор. Передаточное число редуктора:

Принимаем ближайшее из стандартного ряда значение i = 3,55.

Выбираем в качестве источника питания для главного двигателя преобразователь частоты MITSUBISHI FR-F740-00620-EC с номинальной мощностью P_нпр = 30 кВт, так как данный преобразователь обеспечивает широкие регулировочные возможности, что необходимо для главного электропривода универсального фрезерно-сверлильно-расточного станка, имеющего различные скорости вращения обрабатывающего инструмента.

Расчет параметров механики главного привода. Расчет ведущего и ведомого вала редуктора

Чертеж одноступенчатого редуктора шпиндельного узла изображен на рис. 7.

Рис. 7. Чертеж одноступенчатого редуктора шпиндельного узла:

I, II - валы; III, IV - шестерни; V - соединительная муфта

Согласно варианту задания принимаем диаметр шестерни D₄ = 100 мм, жесткость соединительной муфты C_м = 6·10⁷ Н·м.

Диаметр ведомой шестерни:

D₃ = D₄·i = 100·3,55 = 355 мм = 0,355 м,

где i = 3,55 - передаточное число редуктора.

Диаметр ведущего вала:

где

- требуемая жесткость ведущего вала;= 8

10¹⁰ Н/м²- модуль упругости.

Диаметр ведомого вала:

где

- требуемая жесткость ведомого вала.

Рассчитаем длины валов:

L₁= 0,4·D₁ = 0,4·0,2 = 0,08 м;₂= 2,5·D₃ = 2,5·0,355 = 0,89 м;₃= 0,4·D₄ = 0,4·0,01 = 0,04 м;₄= L₅= 2·D₃ = 2·0,36 = 0,72 м.

Расчет моментов инерции элементов, приведенных к ведущему и ведомому валам

Момент инерции элемента:

где

= 7800 кг/м³ - удельная плотность стали.

Рассчитаем суммарную жесткость передачи:

Определение резонансной частоты редуктора

Во время выполнения операций сверления, точения и фрезерования резонансная частота редуктора не достигается:

где

- максимальная скорость, достигаемая при выполнении операции сверления.

Следовательно, при работе главного привода данного станка не возникают колебания, способные привести к порче оборудования.

Выбор электродвигателя подачи фрезерно-сверлильно-расточного станка. Исходные данные

Исходные данные для расчета представлены в таблице 3.

Таблица 3. Исходные данные

Шаг винта t_в, мм/об	20
η_в	0,85
Скорость быстрого хода S_бх,м/мин	12
Коэффициент трения, μ	0,07

Расчет основных параметров

Главная сила резания при фрезеровании определяется по формуле:

где С_р = 825, x = 1; y = 0,75; q = 1,3; w = 0,2.

Наибольшее тяговое усилие ЭДП при резании:

где

- наибольшие усилия по координатам x, y, z станка;

- вес стола с деталью, Н;

g = 9,81 м/с - ускорение свободного падения;

b = 10⁴ Н·с/м - коэффициент вязкого трения;

Масса детали m_дет приближенно рассчитывается по данным чертежа детали (рис.1):

Массу стола m_ст определяем в соответствии с выбранными шириной В_сти длиной L_ст стола:

В_ст = 1,5 м; L_ст = 2 м; 2В_напр = 0,3 м; m_ст = 6,6 т.

Усиление подачи на быстром ходу:

Мощность ЭДП:

Мощность ЭДП выбираем из условия:

Выбираем асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором 4А90L4У3 с номинальной мощностью Р_н = 2,2 кВт, синхронной частотой вращения n₀ = 1500 об/мин. Выбираем в качестве источника питания для электропривода подачи преобразователь частоты MITSUBISHI FR-F740-00052-EC с номинальной мощностью P_нпр = 2,2 кВт.

Номинальная скорость двигателя:

Угловая скорость винта:

В соответствии с выбранной номинальной скоростью двигателя ω_Н, заданным шагом винта t_в и полученной угловой скоростью винта ω₂_max определим передаточное число редуктора:

Принимаем ближайшее из стандартного ряда значение i_п = 2,24.

1.1. Проверка на трогание с места

Усилие трогания:

где

- коэффициент сухого трения при подаче S=0;

S_Н =2В_напр·L_ст = 7200 см² - площадь направляющих.

Момент трогания на винте:

Момент трогания на ЭДП:

,

где λ ≈ 1,5 - коэффициент перегрузки ЭДП.

,

следовательно, электродвигатель обеспечивает момент трогания.
Расчёт ошибки упругих деформаций
Ошибка упругих деформаций образуется вследствие отжатия концевой фрезы от идеального обрабатываемого контура за счёт изгибающего усилия F_N (см.рис.8).

Рисунок 8 – Усилия по нормали к обрабатываемой поверхности
Точку приложения окружного усилия F₀ можно принять: