Расчет коэффициента полезного действия привода главного движения

Коэффициент полезного действия (КПД) относится к одной из важных характеристик привода главного движения. В процессе обра­ботки детали на станке, привод расходует мощность на резание ме­талла Рэ (эффективная мощность резания) и на преодоление сил соп­ротивления движению Рт (мощность трения). Мощность источника дви­жения (электродвигателя) определяется:

(9)

КПД привода показывает какая доля всей мощности расходуется на процесс резания:

 

(10)

 

Из теории механизмов и машин известно, что при последовательной передаче мощности через ряд кинематический пар, общий КПД механизма равен произведению КПД отдельных пар, передающих дви­жение от источника к рабочему органу.

На основе анализа кинематической схемы привода главного дви­жения и значений КПД различных трущихся пар (зубчатых, ременных, червячных, подшипниковых и др.), рассчитывают значение КПД приво­да:

-15-

 

На шкале скоростей резания v (м/мин) обкладываются рекомен­дуемые [1] диапазоны работы быстрорежущих, твердосплавных и другие инструментальных материалов. В таблице 1 для токарно-винторезного станка приведены примерные значения рекомендуемых скорос­тей резания при обработке деталей из конструкционных сталей. Такие таблицы необходимо составлять для различных обрабатываемых материалов.

Таблица 1

Значения скоростей резания, рекомендуемых при токарной об­работке деталей из конструкционных сталей

Виды работ	Инструм. материал	V, м/мин
Наружное точение черновое	твердый сплав	60...120
Наружное точение черновое	быстрореж. сталь	35...50
Наружное точение чистовое	твердый сплав	140.. 200
Сверление	быстрореж. сталь	18...25
Нарезание резьбы	быстрореж. сталь	15...25

Диапазон размеров деталей, обрабатываемых на токарных стан­ках обычно лежит в пределах:

(1)

Наибольший диаметр обработки Dmax задается в паспорте станка. По известным предельным диаметрам обработки и скоростям резания

(табл. 1) находят значения расчетных частот вращения шпинделя:

; (2)

По зависимостям (2) строят график n=f(V,D) (рис.1, 4-й квадрант). По оси частот откладывают частоты известные из паспорта станка по нормали станкостроения Н11-1. Шкала частот (рис.1) принята

-12-

не­равномерной, чтобы вместить весь диапазон частот вращения шпинделя. Пунктирной линией отмечена зависимость для принятого расчетного значения диаметра обработки D_расч= 0.6D_max=0.6*250=150 мм. Из графика (4-й квадрант) видно, что наиболее часто будут использо­ваться частоты в диапазоне 80... 400 об/мин при обработке стали. При предельных соотношениях диаметров и скоростей реэания могут потребоваться частоты от 12,5... 16 об/мин до 1000... 1250 об/мин Наибольшее значение частоты вращения шпинделя по паспорту станка 1600 об/мин. Следовательно, имеется запас технологических возмож­ностей по диапазону регулирования привода главного движения при обработке конструкционных сталей твердосплавным инструментом. Переход к более современным инструментальным материалам потребует увеличения скоростей резания и частот вращения шпинделя. При этом может возникнуть необходимость модернизации привода главного дви­жения.

На втором этапе анализа технологических возможностей станка строят зависимости мощности и момента от частот вращения шпинде­ля.

Мощность главного привода станка известна из паспортных

дан­ных. По кинематической схеме станка ориентировочно определяет КПД привода (см.ф.1) и находят мощность на шпинделе:

 

(3)

При расчете деталей привода на прочность определяют расчет­ный крутящий момент на шпинделе, (Нм):

(4)

 

где Рg - мощность электродвигателя главного привода, Вт;

n_расч расчетная частота вращения шпинделя, об/с.

Расчетную частоту вращения шпинделя можно определить по:

-13-

(5)

где n_max, n_min предельные значения частот вращения шпинде­ля, об/мин.

Силы резания, возникающие при обработке деталей, приводят к появлению крутящих моментов в деталях привода. Эти моменты не до­лжны превышать расчетного, вычисленного по (4), иначе может прои­зойти поломка деталей привода. График моментов (1-й квадрант) должен дать представление о том, какие наибольшие моменты могут вы­держать детали привода при различных частотах вращения шпинделя. График строят по зависимости (4) для диапазона частот вращения от n_расч до n_max. В диапазоне от

n_min до n_расч момент постоян­ный, а мощность, потребную на резание, ограничивают величиной:

 

(6)

где ; Тр в Нм; n - об/с.

В 3-м квадранте (рис.1) устанавливается зависимость между крутящим моментом и главной (тангенциальной) составляющей силы резания Ft для различных диаметров обработки. График строят по зависимости:

(7)

где Ft_расч - тангенциальная составляющая силы резания;

D_расч - расчетный диаметр обработки, м.

На графике (рис. 1) нанесены линии, соответствующие трем различным диаметрам: D_min, D_mах и D_расч. При анализе привода гла­вного движения базового варианта станка проводится линия, соот­ветствующая конкретному диаметру обрабатываемой детали (инстру­мента). При проектировании нового варианта привода все построения осуществляют по линии, соответствующей D_расч.

На этом графике (рис 1, 2-й квадрант) нанесена линия, огра­ниченная величиной главной составляющей силы резания Ft, обу

-14-