Проектирование двухдиапазонных и однодиапазонных приводов

На рисунке 7 показаны графики мощности двигателя 3 и двух диапазонов скоростей шпинделя 1 и 2, созданных ременной и зубчатыми передачами двухскоростного редуктора. Низший диапазон 1 на графике изображен участками 0-А-В, высший диапазон 2 – участками 0-Д-Е. Низший диапазон обладает редукцией (передаточным отношением от двигателя к шпинделю) i_н, верхний диапазон редукцией i_в. Эти передаточные отношения создаются зачастую ременной передачей и зубчатыми передачами в редукторах. В каждом из диапазонов можно работать от нуля до максимальной частоты вращения, стремясь с целью уменьшения затрат времени не переходить из одного диапазона в другой. Но следует понимать, что на малых частотах вращения шпинделя, там где можно включить тот или другой диапазон, на низшем диапазоне вращающий момент будет большим. В этом можно убедиться, если рассмотреть вертикальные линии от оси абсцисс в точки А и В, в которых на низшем диапазоне мощность на шпинделе Р_{шп н} = η_нР_дв. Там, где эти линии пересекают прямую 0-D высшего диапазона, мощность на шпинделе (следовательно, и вращающий момент) при включении высшего диапазона имеет существенно меньшие значения, которые соответственно можно вычислить по формулам 1 и 2:

Р_{шп в А} = η_вР_{дв ;} (1) Р_{шп в В} = η_вР_дв (2)

На рисунке 7 показано, что на участке В-С-D возник «провал» мощности, связанный с использованием третьего участка силовой характеристики АДЧР, когда мощность двигателя падает.

Рассмотрим условие проектирования приводов без «провалов». Частота вращения шпинделя в точке В: n_В = n_1-s1 / i_н, частота вращения шпинделя в точке D: n_D = n_ном.дв / i_в. Отсутствие «провала» мощности возникает при выполнении условия n_В ≥ n_D;

n_1-s1 / i_н ≥ n_ном.дв / i_в или n_1-s1 / n_ном.дв ≥ i_н / i_в ≥ К

Словами это выражается следующим образом: «провала» мощности не будет, если отношение частоты вращения постоянной мощности двигателя n_1-s1 к номинальной частоте n_ном.дв (n_1-s1 / n_ном.дв) будет превышать отношение редукций низшего диапазона к высшему (i_н / i_в).

Современные АДЧР имеют отношение n_1-s1 к n_ном.дв от 3,5 до 4. Следовательно, в коробках передач нужно выбирать такие передаточные отношения диапазонов, чтобы деление редукции низшего диапазона на редукцию высшего дало число, не больше, чем указанное отношение характеристик двигателя.

Вначале спроектируем однодиапазонный главный привод токарного станка. В таком приводе, график которого приведен на рисунке3, редукция может создаваться только ременной передачей между двигателем и шпинделем, или ременной и одной зубчатой, или только одной зубчатой передачей. Следует учитывать, что у ременной передачи не следует задавать передаточное отношение большее, чем 2,5, а у зубчатой - 4.

1. Выбираем для станка с заданной высотой центров полный диапазон частот вращения шпинделя от 0 до максимальной частоты n_max.пр2 Значения таблицы 1 примерно соответствуют современному состоянию скоростей главных приводов токарных станков. Максимальный диаметр обработки на токарных станках равен удвоенной высоте центров.

Таблица 1 – Максимальная частота вращения шпинделя и ориентировочная мощность двигателя токарного станка

Номер варианта контрольной работы	1, 2	3, 4	5, 6, 7	8, 9,10	11, 12, 13	14, 15, 16	17, 18, 19	20, 21, 22
Высота центров, мм
Максимальная частота вращения, шпинделя nmax пр2, об/мин
Мощность двигателя, кВт	12 – 18,5	14 – 25	16 – 30	20 – 40	28– 50	35 – 60	40 – 65	45 – 75

2. По заданию, выданному преподавателем, из таблицы 3 необходимо выбрать характеристики подходящего по мощности двигателя.

Выписываем значения n_ном.дв, n_1-s1, n_{макс. дв}, которые будут необходимы для дальнейших расчетов.

3. Рассчитываем редукцию i привода отношением n_1-s1 двигателя из таблицы 3 к максимальной частоте привода n_{max пр2}, взятому из таблицы 1:

i =

4. Рассчитываем номинальную частоту вращения шпинделя n_{ном пр}, разделив n_{ном дв} на редукцию привода i.

5. Вычерчиваем график силовой характеристики привода и двигателя

6. Рассчитаем предельную глубину резания по методике, изложенной в следующем разделе.

Сравним максимальное значение предельной глубины резания на низшем диапазоне со значениями таблицы 2, в которой даны рекомендации по выбору значений предельных глубин резания t_пр для диаметров, равных половине высоты центров.

2 - Значения предельных глубин резания для различных токарных станков

Dмакс, мм
tпр.опт, мм	5,5	7,0	8,5,0	10,0	12,5	14,0	16,5	18,0

В таблице 3 приведены технические характеристики асинхронных двигателей с частотным регулированием германской фирмы Siemens,

Таблица 3 - Характеристики двигателей 1РН7 для приводов главного движения фирмы Siemens

№№	Типо-размеры двигателей	Рном кВт	nном об/мин	Номинальный момент, Нм	n1-S1. дв об/мин	nмакс. дв об/мин	Высота оси, мм
	131-NF
	133-ND			114,6
	133-NF			95,5
	133-NG			95,5
	135-NF	18,5		117,8
	137-ND			162,3
	137-NF			140,1
	137-NG			133,7
	163-NB			229,2
	163-ND			210,1
	163-NF			191,0
	163-NG			171,9
	167-NB			305,6
	167-ND			267,4
	167-NF			235,6
	167-NG			195,8
	184-NT	21,5
	184-ND
	184-NE
	184-NF
	184-NL
	186-NT	29,6
	186-ND
	186-NE
	224-NC
	224-ND
	224-NF

Проектирование двухдиапазонного привода главного движения токарного станка.

7. По заданию, выданному преподавателем, из таблицы 3 необходимо выбрать характеристики подходящего по мощности двигателя.

Выписываем значения n_ном.дв, n_1-s1, n_{макс. дв}, которые будут необходимы для дальнейших расчетов.

8. Рассчитываем отношение n_1-s1 к n_ном.дв. двигателя.

9. Рассчитываем редукцию i_в высшего диапазона отношением n_1-s1 двигателя из таблицы 3 к n_{max пр2}, взятому из таблицы 1.

10. Рассчитываем номинальную частоту вращения шпинделя на верхнем диапазоне n_{ном пр2}, разделив n_{ном дв} на редукцию высшего диапазона i_в.

11. Приравниваем n_{ном пр2} к максимальной частоте вращения шпинделя на низшем диапазоне n_{max пр1}.

12. Рассчитаем редукцию низшего диапазона i_н отношением n_1-s1 двигателя к n_{ном пр2} = n_{max пр1}.

13. Рассчитаем номинальную частоту вращения низшего диапазона вращения шпинделя n_{ном пр2}, разделив n_{ном дв} на редукцию низшего диапазона i_н.

14. Рассчитаем предельную глубину резания по методике, изложенной в следующем разделе.