5. Выбор параметров винта и определение передаточного числа

Нам необходима динамическая грузоподъемность винта, удовлетворяющая наибольшей силе подачи стола. При этом винт должен выдерживать максимальную нагрузку. По этим условиям предварительно выбираем винт диаметром d₀₁ = 50 мм и d₀₂ = 25 мм, динамическая грузоподъемность С₁ = 15 800 Н и С₂ = 21 997 Н.

Далее выбирается шаг винта, который определяет передаточное отношение i «винт-гайка». Сравним расчеты при шаге винта τ₁ = 6 мм и τ₂ = 10 мм.

Частота вращения, соответствующая скорости быстрого хода

Угловая скорость рассчитывается по формуле

Передаточное отношение винт-гайки

Определим момент двигателя

КПД двигателя принимаем равным:

η_дв = 0,85.

Характеристики винтов:

Диаметр винта: d₀₁ = 50 мм и d₀₂ = 25 мм.

Шаг винта: τ₁ = 6 мм и τ₂ = 10 мм.

Жесткость винта: G₁ = 910 Н/мкМ и G₂ = 347 Н/мкМ.

Момент холостого хода: М_хх1 = 0,5 Н·м и М_хх2 = 0,08 Н·м.

Динамическая грузоподъемность: С₁ = 15 800 Н и С₂ = 21 997 Н.

Найдем момент инерции винта

,

где m_v - масса винта, кг.

,

где L_v - длина винта, принимается 1,5 от длины перемещения стола.

L_v = 1,5 · 500 = 750 мм.

ρ_ст = 7250 кг/м³.

Скорость двигателя подачи при скорости быстрого хода

Скорость двигателя подачи при рабочей скорости

Скорость двигателя подачи при 2500 мм/мин

. Выбор электродвигателя, комплектного электропривода

Момент максимальный

Момент трения двигателя (10% от момента двигателя максимального)

M_tr1 = 0,1 · M_max1 = 0,1 · 15,137 = 1,514 Н·м.

M_tr2 = 0,1 · M_max2 = 0,1 · 25,229 = 2,523 Н·м.

Приведем массу винта к массе стола

Момент трения двигателя и подшипников, приведенный к силе трения стола

Момент инерции двигателя (желаемый)

J_dvig = 7,3 · 10^-4 кг/м².

Масса двигателя и винта, приведенные к столу

M_vd1 = M_dvig1 + 800,535 + 3,936 = 4737 кг.

M_vd2 = M_dvig2 + 288,192 + 88,568 = 376,76 кг.

Принимаем двигатель с перегрузкой по моменту, и с номинальной скоростью примерно равной скорости быстрого хода.

Сравним два разных двигателя и выберем тот, который имеет лучший запас по скорости и усилию.

Двигатель 2ДВУ165L, его характеристики:

момент номинальный, M_nom1 = 23 Н·м;

максимальная частота вращения, N_max1 = 2000 об/мин;

момент инерции, J_d1 = 69 · 10^-4 кг/м²;

масса, m_dvig2 = 23 кг.

Двигатель 2ДВУ215S, его характеристики:

номинальная частота вращения, N_max2 = 2000 об/мин;

номинальное напряжение питания, U_nom2 = 110 В;

момент номинальный, M_nom2 35 Н·м;

момент инерции ротора, J_d2 = 134· 10^-4 кг/м²;

масса, m_dvig2 = 38 кг.

Номинальная частота вращения двигателей

Определение силы подачи для двух двигателей

Fτ₆ = M_nom1 · i₁ = 23 · 1,047 · 10³ = 24,09 · 10³ Н.τ₁₀ = M_nom2 · i₂ = 35 · 628.319 = 21,99 · 10³ Н.

Угловая скорость двигателей

Определение подачи двигателей при различных передаточных отношениях

Подставив полученные значения сил подачи Fτ₆ и Fτ₁₀ и соответствующие им подачи двигателей V_i1 и V_i2 в график зависимости скорости от силы можно сделать вывод, что значения силы и скорости в точке τ = 6 мм и в τ = 10 мм обеспечивают запас по скорости и больший запас по силе, но во второй точке запас по скорости выше, а также масса двигателя и винта, приведенные к столу в этой точке на порядок ниже. Окончательно принимаем двигатель 2ДВУ215S. Двигатель вентильный с постоянными магнитами, поэтому управление только по якорю

Мощность электродвигателя, примерно, Вт

Перегрузка двигателя по моменту с учётом момента трения и момента холостого хода в винте

Двигатель трёхфазный вентильный с редкоземельными магнитами со 120 градусной коммутацией

Максимальное напряжение преобразователя, В

Минимальное напряжение преобразователя, В

Номинальная частота вращения, об/мин

Напряжение номинальное, В

Напряжение номинальное принимаем U_nom = 110 В

КПД двигателя, в долях η_d = 0,7.

Ток номинальный, А

Сопротивление якоря, Ом

Ток короткого замыкания, А

Поток номинальный,