Предварительное определение мощности электродвигателя

До начала разработки кинематической схемы станка следует приближенно определить мощность электродвигателя, так как она влияет на выбор типов передач в кинематических цепях. После разработки кинематической схемы, конструкции узлов и более точного определения КПД станка мощность электродвигателя уточняется.

Рассчитанная мощность привода должна быть окончательно выбрана после сравнения с мощностью нескольких аналогичных станков современной конструкции. Это необходимо для того, чтобы убедиться в правильности выбора, так как в формулы, по которым определяют силу резания, входящую в выражения для определения эффективной мощности, введены приближенные коэффициенты. Кроме того, при проектировании не всегда можно точно учесть условия эксплуатации станка. После определения мощности, в зависимости от назначения электродвигателя и необходимых частот вращения, по соответствующим каталогам подбирают тип электродвигателя.

Для обеспечения процессов резания с учетом потерь в приводе мощность двигателя в станке следует определять по формуле

,

где N_э – эффективная мощность резания; – мощность, расходуемая на преодоление вредных сопротивлений, причем N₁ – постоянные, не зависящие от нагрузки потери холостого хода; N₂ – дополнительные потери, появляющиеся при передаче полезной мощности [10, 19].

Эффективную мощность резания определяют в соответствии с режимами обработки:

,

где F_z – тангенциальная составляющая силы резания, Н; V – скорость резания, м/мин.

Мощность электродвигателя главного движения

,

где – КПД цепи главного движения.

Учитывая возможность перегрузки электродвигателя на 25% для универсальных, а в некоторых случаях и для специализированных станков, можно принять

.

При предварительном определении мощности электродвигателя можно принимать по аналогии с существующими станками сходных типоразмеров или из опытных данных. Если имеется возможность предварительно наметить кинематику, то, зная КПД отдельных элементов , общий КПД можно подсчитать по формуле

,

где a, b, c – число ременных, зубчатых передач и подшипников; , , – значения их КПД.

При определении общего КПД по этой формуле необходимо учитывать следующее:

1. КПД передач, указанные далее, соответствуют передаваемой расчетной мощности (при меньших мощностях КПД ниже):

Ременная передача:

без натяжного ролика ..................................................... 0,98

с натяжным роликом ...................................................... 0,97

перекрестная.................................................................... 0,90

клиноременная ................................................................ 0,96

Зубчатая передача:

цилиндрическая со шлифованными зубьями................. 0,99

цилиндрическая с нешлифованными зубьями................ 0,98

коническая........................................................................ 0,97

Червячная (КПД подсчитывают в каждом конкретном случае) 0,7-0,9

Цепная передача:

роликовой цепью............................................................. 0,96

зубчатой цепью ............................................................... 0,97

Подшипники качения .......................................................... 0,995

Подшипники скольжения:

при особо хорошей, например, принудительной смазке 0,985

при нормальной смазке .................................................. 0,98

Кулиса и ползун в поперечно-строгальных и долбежных станках 0,90

2. КПД не одинаков для различных скоростей последнего звена цепи и зависит от числа (типа) участвующих передач.

3. Высокие частоты вращения, нагрев, вибрации и другие причины в различной степени влияют на КПД.

При предварительных расчетах по формулам можно принимать для станков с вращательным главным движением и для станков с возвратно-поступательным главным движением [18].

Если в проектируемом станке предусматривается только один электродвигатель, то при определении его мощности должна быть учтена мощность, расходуемая в цепях подач и вспомогательных движений. Мощность, потребная на подачу, обычно невелика: для токарных и револьверных станков она составляет 3-4%, для сверлильных 4-5%, для фрезерных 15-20% мощности привода главного движения. Если же подача и другие движения осуществляются от отдельных электродвигателей, то для каждой кинематической цепи потребную мощность подсчитывают отдельно.

Мощность N_s, потребная на подачу, определяется по формуле

кВт,

где – КПД цепи подач;

кВт,

где Q – тяговая сила подачи, Н; V_s – скорость подачи, мм/мин.

Тяговую силу Q можно определить по нормативам.

Для продольных суппортов токарных станков с призматическими или комбинированными направляющими

.

Для продольных суппортов токарных и револьверных станков и столов фрезерных станков с прямоугольными направляющими

.

Для столов фрезерных станков с направляющими в форме ласточкина хвоста

.

Для шпинделей сверлильных станков

,

где Р_х – составляющая силы резания в направлении подачи, Н; Р_z – составляющая силы резания, прижимающая каретку суппорта или стол к направляющим, Н; Р_y – составляющая силы резания, отрывающая каретку или стол от направляющих, Н; G – вес перемещаемых частей, Н; M_к – крутящий момент на шпинделе, Н × мм; d – диаметр шпинделя, мм; f – коэффициент трения между пинолью и корпусом и на шлицах или шпонках шпинделя; f ¢ – приведенный коэффициент трения на направляющих; k – коэффициент, учитывающий влияние опрокидывающего момента.

Значение коэффициентов трения f ¢ при нормальных условиях смазки направляющих неодинаково: для токарных станков с призматическими или комбинированными направляющими k = 1,15 и , для токарных и револьверных станков с прямоугольными направляющими k = 1,1 и f ¢ = 0,15, для столов фрезерных станков k = 1,4 и f ¢ = 0,2, для пинолей сверлильных станков f = 0,15.