Предварительный выбор элементов системы электропривода

1. Предварительный выбор элементов системы электропривода.
1. Принцип действия токарного станка.

Токарные станки уже много веков являются основным производственным оборудованием. По статистике более 60% всех обрабатываемых деталей проходят через токарные станки. В последнее время эта доля стала еще больше - теперь на токарных станках проводится полная обработка деталей, включая фрезерование, сверление, нарезание резьбы и многое другое.

Рисунок 1 – Токарный станок.

Все части токарного станка установлены  на прочной основе – станине. Та часть станка, которая держит и  вращает деталь, называется передней бабкой. В её корпусе имеется шпиндель со ступенчатым шкивом на одном конце и патроном - на другом. У мощных скоростных станков, которыми оснащены наши заводы, шкив заменен коробкой скоростей. На другом конце станины находится задняя бабка, которая удерживает правый конец детали при обработке в центрах. В верхней части корпуса находится пиноль, двигающийся влево и вправо с помощью маховичка с винтом и гайки.

Рисунок 2 – Задняя бабка токарного  станка.

В коническое отверстие в передней части пиноли вставляется центр. В случае надобности сюда же можно  устанавливать сверла и другой инструмент. Заднюю бабку можно передвигать  по направлению станины, устанавливая её на нужное расстояние, в зависимости  от размеров обрабатываемой детали.

Между передней и задней бабкой перемещается суппорт с резцедержателем. Нижняя часть суппорта, называемая кареткой или продольными салазками, скользит по направлению станины, перемещая резец вдоль обрабатываемой детали. поперечное движение резца осуществляется с помощью поперечных салазок, в верхней части которых помещается поворотная часть суппорта. Она, как и станина, имеет направляющие, по которым двигаются верхние салазки суппорта с резцедержателем. Резцедержатель может быть устроен по- разному, это зависит от величины нагрузки, действующей на резец.

Рисунок 3- Кинематическая схема токарного станка.

2. Определение времени работы

При точении цилиндрической детали на токарном станке рабочая скорость при резании, м/с:

                                                                                                 (1.1)

где ; .

Рабочая скорость при черновой обработке (обдирке), м/с:

 

Рабочая скорость при чистовой обработке (отделке), м/с:

 

Рабочая длина, м:

                                                                                                      (1.2)

где длина  врезания, м:

                                                                                                           (1.3)

где – глубина резания, м;

 – главный угол резца  (для стандартного резца можно  принять  ).

Глубина резания при обдирке, м:

 

где и – диаметры заготовки и изделия, м;

м – глубина резания для отделочных работ.

При обдирке

рабочая длина, м:;

длина врезания, м:   

           При отделке

рабочая длина, м:;

длина врезания, м: 

Время холостого хода шпинделя до входа резца в деталь, с:

                                                                                                        (1.4)

где

Время холостого хода шпинделя до входа резца в деталь при обдирке, с:

 

Время холостого хода шпинделя до входа резца в деталь при отделке, с:

 

Время резания, с:

                                                                                                        (1.5)

Время резания при обдирке, с:

 

Время резания при отделке, с:

 

Время работы шпинделя вхолостую после  выхода резца из детали равно времени холостого хода шпинделя до входа резца в деталь, т. е.

,

                                          

Время возврата (реверса) принимается  равным удвоенному времени работы шпинделя вхолостую, т. е.

,

                                        

Время цикла, с:

 

 

 

1.3 Расчет статических и динамических усилий в механизме и построение упрощенной нагрузочной диаграммы

Процесс токарной обработки происходит при постоянстве мощности резания, Дж:

                                                                                                        (1.6)

где

 

Мощность резания, Дж:

,

где

 

Усилие, преодолеваемое приводом токарного станка на холостом ходу, Н:

                                                                                                (1.7)

где

 

Момент инерции сплошного цилиндрического  тела, кгм²:

                                                                          (1.8)

где

 

 

Момент инерции при обдирке, :

 

Момент инерции при отделке, :

 

Момент на каждом участке работы механизма, Нм:

                                                                                                                   (1.9)

где

 

 

 

 

 

Момент холостого хода после  черновой обработки,

 

 

 

Момент холостого хода после  чистовой обработки,

 

На  основании рассчитанных моментов и  времени строим упрощенную нагрузочную диаграмму.

 

 

Рисунок 2- Упрощенная нагрузочная  диаграмма.

_{1.4 Расчет потребной мощности и выбор двигателя по каталогу}

При продолжительной работе механизма  предварительно выбирается двигатель  по номинальной мощности, исходя из условия:

                                                                              (1.10)

где - коэффициент запаса;

- основная угловая скорость вращения  рабочего органа механизма, рад/с;

- среднее значение момента на нагрузочной диаграмме, Нм.

Среднее значение момента, Нм:

                                                                                            (1.11)

 

 

 

Основная угловая скорость вращения рабочего органа механизма, рад/с:

 

По (1.10) мощность двигателя  предварительно:

 

1.5 Определение требуемого передаточного отношения и выбор редуктора

После определения  мощности двигателя при неизвестном  передаточном числе редуктора по каталогу подбираем несколько двигателей с различными скоростями и составляем таблицу 1.

 

Таблица 1-Выбор двигателя

Тип двигателя
4А200L6Y3	30000	980	0,453	2,42	2,652
МТВ 512 - 8	40000	730	1,4	1,802	0,146
МТВ 412 - 6	37000	970	0,675	2,395	0,211

Требуемое передаточное число редуктора для каждого из вариантов двигателя:

                                                                                                (1.12)

где

Оптимальное передаточное отношение редуктора:

                                                                                                      (1.13)

где (принят равным моменту инерции при обдирке );

 момент инерции вала двигателя с вращающимися элементами на его валу, (здесь -коэффициент, учитывающий неучтенные маховые моменты).

Результаты  расчетов по формулам (1.12), (1.13) приведены  в таблице 1.

Выбираем двигатель  МТВ 412 – 6.

Паспортные  данные двигателя:

;

;

;

;

;

 

Коэффициент трансформации  сопротивлений ;

;

;

;

;

 

Коэффициент мощности

КПД η=0,9;

Синхронная скорость вращения магнитного поля статора 

Редуктор выбираем исходя из требуемого передаточного  числа , заданного значения номинальной мощности двигателя и скорости выбранного двигателя .

Выбираем редуктор РЦО – 200 – 2.5

Отклонение  фактического передаточного отношения  от требуемого значения:

 

значит, редуктор подходит.

Определим КПД  редуктора:

 

где

 

1.6 Приведение параметров движения к валу двигателя и предварительная проверка двигателя

После выбора двигателя и редуктора, когда известны передаточное число , КПД редуктора , все моменты рабочего органа пересчитываются на ось вала.

Для пересчета моментов необходимо знать КПД механизма при частичной  загрузке χ:

                                                          (1.14)

Частичная загрузка :

                                                                                                        (1.15)

где

_{Результаты  расчета по формулам (1.14), (1.15) приведены в таблице 3.}

_{Таблица 3 – результаты вычислений} и

№
1	0,558	0,747
2	1,643	0,797
3	0,469	0,734
4	1,628	0,796
5	0,465	0,734

 

Статический момент рабочего органа, :

                                                                                        (1.16)

Статические моменты на каждом участке обработки детали, :

 

 

 

 

 

 

 

Полный статический момент рабочего органа, :

                                                                                     (1.17)

где момент холостого двигателя, .

Момент холостого хода двигателя, :

 

Полные статические моменты  на каждом участке обработки детали, :

 
 
 
 
 

Приведенный к валу двигателя максимальный динамический момент, :

                                                             (1.18)

где перегрузочная способность двигателя;

полный статический  момент на каждом участке обработки детали, .

               

            

 

 

Приведенный к валу двигателя суммарный  момент инерции, кг:

                                                                       (1.19)

 

Значение установившейся скорости двигателя в режиме холостого  хода, рад/с:

                                                                                      (1.20)

где скорость холостого хода двигателя, рад/с

 

Время работы в переходных режимах, с:

                                                       (1.21)

где =0,5-0,7 – коэффициент уменьшения динамического момента.

 

 

 

Угол поворота вала двигателя в  переходных режимах, рад:

                                                                                         (1.22)

 

 

Время цикла работы электропривода, с учетом переходных процессов, с:

 

Выбранный двигатель удовлетворяет  заданной производительности, т. к. рассчитанные значения времени работы в переходных режимах и суммарное время работы электропривода не превышают ранее полученные значения.

Предварительная проверка двигателя  по нагреву осуществляется по величине среднеквадратичного момента, :

                                                                            (1.23)

где момент на i-м участке работы.

 

 

Условие выполняется, значит двигатель проходит по нагреву.

  Проверка двигателя на перегрузку заключается в выполнении условия:

                                                                                     (1.24)

где максимальный момент на нагрузочной диаграмме.