Силовой расчет привода главного движения

 

1. Определяем эффективную мощность станка по формуле:

 

N_эф = P_z * V / 61200, кВт

 

где P_z – тангенциальная составляющая усилия резания, Н; V – скорость резания, м/мин.

2. Определим скорость резания по формуле:

 

V = (C_v * D^q/ (T^m * t^x * S^y * B^u * z^p)) * K_v, м/мин

где T – стойкость фрезы, мин табл. 40 [1]; C – коэффициент и показатели степеней в табл. 39 [1]; D – диаметр обрабатываемой заготовки; B – ширина фрезы; S_z – подача на один зуб.

 

K_v = K_mv * K_nv * K_иv,

 

где K_mv – коэффициент, учитывающий качество обрабатываемого материала, табл.1-4 [1]; K_nv – коэффициент, учитывающий состояние поверхности заготовки, табл.5 [1]; K_иv – коэффициент, учитывающий материал инструмента, табл.6 [1].

Подставляем полученные значения:

K_v = 1 * 1 * 0.9 = 0.9;

V=(700*160^0.17)/(200^0.33*3^0.38*0.18^0.4*160^0.08*26^0.1)*0.9=126 м/мин.

3. Определим частоту вращения шпинделя по формуле:

 

n = 1000V / pd_max, об/мин

 

где d_max – максимальный диаметр заготовки.

n = 1000 * 125 / p * 160 = 246 об/мин.

Ближайшее стандартное значение из ряда чисел оборотов – 250 об/мин.

Согласно полученной частоте вращения уточняем скорость резания:

V = p * 160 * 250 / 1000 = 125 м/мин.

4. Определим составляющую силы резания – окружную силу по формуле:

 

P_z = (10C_p * t^x * S_z^y * B^u * z / (D^q * n^w)) * K_mp, H

 

где значение всех коэффициентов и C_p – табл.41 [1]; K_mp – поправочный коэффициент, табл. 9 [1] = 1.

P_z = 10 * 101 * 3^0.88 * 0.18^0.75 * 160 * 26 / (160^0.87 * 250⁰) * 1 = 3691 H.

5. Найдем крутящий момент на шпинделе станка по формуле:

 

M_кр = P_z * D / z.

 

M_кр = 3691 * 160 / 200 = 2952.8 H.

Подставим вычисленные значения в формулу эффективной мощности:

N_e = 3691 * 125 / 1020 * 60 = 7.54 кВт.

6. Определим мощность холостого хода.

 

N_хл = 4*10^-6 * d_cp * (p_n * n₁ * c*d_шп / d_ср * n), кВт

 

где dср – среднее арифметическое диаметров всех опорных шеек коробки скоростей, мм; d_шп – среднее арифметическое диаметров всех опорных шеек шпинделя, мм; c = 1.5 – коэффициент для подшипников качения; p_n – количество передач, участвующих в передаче от входного вала к шпинделю.

N_хл = 4*10^-6 * 45 * (3*900+1.5 * 68.4/40 * 380) = 0.6 кВт.

7. Определяем расчетный КПД привода главного движения и привода подач:

 

h_p = h_зуб * h_вчс,

 

где h – КПД передач и подшипников качения.

h_p = 0.99 * 0.9 = 0.891.

8. Определим мощность электродвигателя по формуле:

 

N_дв = (0.8 ¸ 1) * (N_эф / 0.74 + N_x), кВт.

N_дв = 0.8 (7.54 / 0.74 + 0.5) = 8.6 кВт.

По таблице 248 [3] выбираем электродвигатель – 132М4 / 1460.

9. Определим коэффициент полезного действия:

 

N_ст = h_p * (1 – N_x / N_дв.ср).

 

N_ст = 0.74 * (1 – 0.5/10) = 0.71.

10. Определим крутящие моменты на каждом валу коробки скоростей по формуле:

 

M_k = 9740 * N_дв * h / n_p, Н*м

 

где n_p – расчетная частота вращения вала, мин^-1; h – КПД механизма от вала электродвигателя до рассматриваемого вала.

Первый вал:

M_k1 = 9740 * 10 * 0.95 / 1000 = 92.5 H*м.

Второй вал:

M_k2 = 9740 * 10 * 0.93 / 500 = 185 H*м.

Третий вал:

M_k3 = 9740 * 10 * 0.90 / 160 = 578 H*м.

Шпиндель:

M_шп = 9740 * 10 * 0.89 / 50 = 1850 H*м.

11. Определим тяговое усилие по формуле:

 

Q = M (P_z + G) +k*P_x, H

 

где G = 3*10³ – вес перемещающихся частей; M = 0.16 – приведенный коэффициент трения; K = 1.12 – коэффициент, учитывающий опрокидывающий момент; P_x – составляющая сила резания, определяется по формулам теории резания [1], H.

 

P_x = (10C_p / 1) * t^x * S_z^y * V^h * K_p.

 

Значения C_p и показателей степеней по табл.12 [1].

P_x = 10 * 150 * 2.4¹ * 2.6^0.4 * 80^-0.3 * 1 = 3267 H.

Q = 0.16 * (3691 + 3000) + 1.12 * 3267 = 4729.6 H.