Расчет потерь в электродвигателе при заданной мощности

 

№ перехода	Мощность на валу двигателя Nj, кВт	КПД двигателя η j при мощности Nj	Потери в электродвигателе Δ Nj, кВт
1	3,432		3,432·(1 – 0,7939)/0,7939 = 0,8909
2	5,202		5,202·(1 – 0,8752)/0,8752 = 0,7418
3	3,420		3,420·(1 – 0,7912)/0,7912 = 0,9025
4	7,270		7,270·(1 – 0,8753)/0,8753 = 1,0357
5	8,843		8,843·(1 – 0,8678)/0,8678 = 1,3471
6	1,377		1,377·(1 – 0,3185)/0,3185 = 2,9464
Примечание. Значения КПД определяются методом линейной интерполяции: , где  и  – мощности,                   ближайшие к заданной при условии, что ;  и  - соответствующие КПД.

Время пуска двигателя определяется, с:

 

,

 

где n_{j ДВ} и М _j – частота вращения и момент, до которых необходимо разогнать двигатель. M _C – момент сопротивления, создаваемый силами трения. k – перегрузочный коэффициент привода, определяемый техническими характеристиками преобразователя частоты. Так как технические характеристики преобразователя частоты неизвестны, принимаем k = 1.          J _ПР – момент инерции нагрузки, приведенной к валу двигателя, кг·м²:

 

,

 

где J ₁, J ₂, J_n – моменты инерций деталей привода, передающих крутящий момент (зубчатые колеса, шкивы ременных передач, муфты и др.). i ₁, i ₂, i_n – моменты инерций деталей привода относительно вала двигателя соответственно. Справочные формулы для определения моментов инерции простейших тел приведены в табл. П21. Для предварительных расчетов рассматриваем моменты инерции шкивов ременной передачи и колес зубчатой передачи как момент инерции прямого круглого цилиндра:

 

.

 

Пуск электродвигателя необходимо осуществить на частоту n_{j ДВ} = 1600 мин^-1, чтобы обеспечить обработку детали на первом переходе с частотой вращения шпинделя              n_j = 1250 мин^-1 (см. кинематическую схему). Тогда момент инерции, приведенный к валу двигателя, кг·м²:

 

 

.

 

Момент сил сопротивления, создаваемый силами трения, Нм:

 

;

 

.

 

Момент двигателя на частоте n_{j ДВ} = 1600 мин^-1, Нм:

 

M_j = 30 N _Н/(π n_{j ДВ}),

 

M_j = 30·7,5·10³/(3,14·1600) = 44,78.

 

Определяем время пуска электродвигателя, с:

 

.

 

Потери энергии при пуске двигателя, кВт:

 

,

 

.

 

Для остановки двигателя используем генераторный режим торможения [14], принимаем время торможения t _Т = 0,5 с, потери энергии при торможении Δ А _Т ≈ 0 кДж.

Когда электродвигатель не вращается, условия его охлаждения значительно ухудшаются. Это учитывается введением экспериментального коэффициента уменьшения теплоотдачи при стоянке двигателя β₀ < 1. На коэффициент β₀ умножается время паузы t ₀, необходимое для смены заготовки и определяемое технологическим процессом обработки детали. Для двигателя АИРМ132 S 4 β₀ = 0,35, табл. П20.

Во время пуска t _П и торможения t _Т средняя частота вращения электродвигателя ниже номинальной, вследствие чего также ухудшается охлаждение электродвигателя. Это ухудшение приближенно характеризуется коэффициентом β₁:

 

β₁ = 0,5(1 + β₀),

 

β₁ = 0,5(1 + 0,35) = 0,675.

 

Эквивалентные потери в двигателе:

 

,

 

кВт.

 

Проверяется условие равенства эквивалентных и номинальных потерь. При их расхождении более чем на 10% подбирается двигатель следующей по каталогу номинальной мощности и повторяется расчет:

 

;

 

.

 

Двигатель привода главного движения токарного станка с ЧПУ для обработки детали типа «втулка» подобран правильно.

 

 

 

Рис. 4.20. Привод главного движения станка модели ГФ1860

 

 

Рис. 4.21. Механизм зажима инструментальной оправки в шпинделе станка ГФ1860

Рис. 4.22. Конструкция коробки скоростей станка модели ИР500ПМФ4

Рис. 4.23. Расположение валов и зубчатых колес в коробке скоростей

Рис. 2.24. Шпиндельный узел станка модели ИР500ПМФ4

Пример 5. На рис. 4.20 – рис. 4.24 приведены конструкции приводов главного движения многоцелевых станков с ЧПУ. В станке модели ГФ1860 главный привод размещается в ползуне. Шпиндель 1 получает движение от двигателя постоянного тока 2 мощностью 7,8 кВт через коробку скоростей 3, имеющую структуру зубчатых блоков         z = 1·2 – 1. Зажим инструмента в шпинделе, вращающемся в интервале частот 16…2000 мин^-1, осуществляется с помощью тарельчатых пружин (11 пакетов) 4, а освобождение инструментальных оправок производится гидроцилиндром 5. Когда шток 6 находится в левом положении при включенном гидроцилиндре (положение штока 6 указано на рис. 4.21 пунктирной линией) происходит смена инструментальных оправок в шпинделе станка. Снятие давления в гидроцилиндре позволяет штоку перемещаться в правое положение под действием тарельчатых пружин, при этом инструментальная оправка 7 (рис. 4.21) с помощью шариков затягивается в шпиндель.

Конструкция двухступенчатой коробки скоростей привода главного движения станка модели ИР500ПМФ4 представлена на рис. 4.22 и рис. 4. 23, особенностью которой является полная разгрузка шпинделя 1 от радиальных сил приводных зубчатых колес 2. Зубчатая муфта 3 обеспечивает передачу только крутящего момента. Конструкция шпиндельного узла с механизмом зажима инструментальных оправок дана на рис. 4.24.

Представленные чертежи помогут студенту правильно конструктивно оформлять свои собственные конструкторские разработки при выполнении курсовой работы, имея для примера образцы заводских чертежей.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Кочергин, А.И. Конструирование и расчет металлорежущих станков и станочных комплексов. Курсовое проектирование: учеб. пособие для вузов / А.И. Кочергин. – Минск: Вышэйш. шк., 1991. – 382 с.

 

1. Оборудование машиностроительного производства: метод. указ. / сост.:           В.А. Колюнов, Ю.Н. Гондин; НГТУ. Н. Новгород, 2002. – 22 с.

 

1. Асинхронные электродвигатели серии АИ, 5А и 6А. Технический каталог ОАО «Владимирский электромоторный завод», 2000. – 61 с.

 

1. Асинхронные электродвигатели АДЧР фирмы «ВЭМЗ – СПЕКТР». Каталог продукции, 2008. – 62 с.

 

1. Асинхронные двигатели фирмы «Siemens». Каталог продукции, 2006. – 453 с.

 

1. Металлорежущие станки: учебник для машиностроительных втузов / В.Э. Пуш     [и др.]; под ред. В.Э. Пуша. – М.: Машиностроение, 1986. – 576 с.

 

1. Проектирование металлорежущих станков и станочных систем: справочник – учебник: в 3т. Т1: Проектирование станков / А.С. Проников [и др.]; под ред.      А.С. Проникова. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана: Машиностроение, 1994. – 444 с.

 

1. Маеров, А.Г. Устройство, основы конструирования и расчет металлообрабатывающих станков и автоматических линий / А.Г. Маеров. – М.: Машиностроение, 1986. – 368 с.

 

1. Какойло, А.А. Приводы главного движения современных токарных станков с ЧПУ // Станки и инструмент, 1991. №7. С.19 – 23.

 

1. Евстигнеев, В.Н. Кинематика станков в примерах и задачах: учеб. пособие для студентов специальностей 120100, 120200 и 210200 / В.Н. Евстигнеев, Т.А. Неделяева; НГТУ. – Н. Новгород, 2004. – 213 с.

 

1. Бушуев, В.В. Практика конструирования машин: справочник / В.В. Бушуев – М.: Машиностроение, 2006. – 448 с.

 

1. Леликов, О.П. Валы и опоры с подшипниками качения. Конструирование и расчет: справочник / О.П. Леликов. – М.: Машиностроение, 2006. – 640 с.

 

1. Черменский, О.Н. Подшипники качения: справочник – каталог / О.Н. Черменский, Н.Н. Федотов. – М.: Машиностроение, 2003. – 576 с.

 

1. Харизоменов, И.В. Электрооборудование станков и автоматических линий /          И.В. Харизоменов, Г.И. Харизоменов. – М.: Машиностроение, 1987. – 224 с.

 

1. Михайлов, О.П. Автоматизированный электропривод станков и промышленных роботов: учебник для вузов / О.П. Михайлов. – М.: Машиностроение, 1990. – 304 с.

 

1. Радин, В.И. Электрические машины: Асинхронные машины / В.И. Радин [и др.]; под ред. И.П. Копылова. – М.: Высш. шк., 1988. – 328 с.
2. Шелофаст, В.В. Основы проектирования машин. – М.: Изд-во АПМ, 2000. – 472 с.

 

1. Решетов, Д.Н. Детали машин: учебник для студентов машиностроительных и механических специальностей вузов. – 4-е изд., перераб. и доп./ Д.Н. Решетов. – М.: Машиностроение, 1980. – 496 с.

 

1. Дунаев, П.Ф. Конструирование узлов и деталей машин: учеб. пособие для студ. техн. спец. вузов / П.Ф. Дунаев, О.П. Леликов. – 8-е изд., перераб. и доп. – М.: Издательский центр «Академия», 2004. – 496 с.

 

1. Писаренко, Г.С. Справочник по сопротивлению материалов / Г.С. Писаренко [и др.]. – Киев: Изд-во Наукова Думка, 1975. – 704 с.

 

1. Металлорежущие станки: учеб. пособие для втузов. / Н.С. Колев [и др.]. - 2-е изд., перераб. и доп.  – М.: Машиностроение, 1980. – 500 с.

 

1. Лизогуб, В.А. Выбор уплотнений опор качения шпиндельных узлов / В.А. Лизогуб, А.П. Кушнир // Станки и инструмент, 1991. №5. С.18 – 20.

 

1. Детали и механизмы металлорежущих станков. В 2т. Т2: Шпиндели и их опоры. Механизмы и детали приводов / Д.Н. Решетов [и др.]; под ред. Д.Н. Решетова. – М.: Машиностроение, 1972. – 520 с.

 

1. Левина, З.М. Расчет жесткости современных шпиндельных подшипников // Станки и инструмент, 1982. №10. С.1 – 3.

 

1. Шариковые винтовые передачи. Технический каталог ОАО «Микрон», 2006. – 18 с.

 

1. Оленичев, С.И. Металлорежущие станки: учеб. пособие для студентов – заочников / С.И. Оленичев; ГПИ. – Горький, 1965. – 162 с.

 

1. Косовский, В.Л. Справочник фрезеровщика / В.Л. Косовский. – 4-е изд., стер. – М.: Изд. центр «Академия», 2001. – 400 с.

 

1. Лебедев, А.М. Следящие электроприводы станков с ЧПУ / А.М. Лебедев, Р.Т. Орлова, А.В. Пальцев. – М.: Энерго. Атом. издат., 1988. – 223 с.