Кинематический расчет привода главного движения и анализ кинематики станка
Выбор марки электродвигателя
широкоуниверсальный фрезерный станок автоматизация
В соответствии с заданным типом электродвигателя и его мощностью выбираем асинхронный электродвигатель серии 4А марки 4А100L2. Данный электродвигатель имеет следующие параметры технической характеристики:
- номинальная мощность = 5.5 кВт;
- номинальный ток = 10 А;
- КПД = 87;
- cos φ = 0.91;
- Iп/Iн = 7.5;
- Мп/Мн = 2;
- Ммах/Мн = 2.5;
- номинальная частота вращения = 2880 об/мин;
- маховый момент ротора = 75∙10-4 кг∙м2.
При выборе электродвигателя учитывалось не только его мощность, но и частота, т.к. чем больше частота электродвигателя (и соответственно валов), тем меньше крутящие моменты на валах, и тем меньшими габаритами будет обладать проектируемый узел.
Построение структурной сетки и дчв привода
Первоначально необходимо определить знаменатель геометрического ряда частот вращения шпинделя. Для этого необходимо знать диапазон регулирования:
Исходя из того, что необходимо обеспечить 16 скоростей шпинделя, рассчитывается знаменатель ряда:
Приняв φ = 1.26 получим следующие частоты вращения шпинделя (об/мин):
50 – 63 – 80 – 100 – 125 – 160 – 200 – 250 – 315 – 400 – 500 – 630 – 800 – 1000 – 1250 – 1600
Далее необходимо разработать структуру проектируемого привода. Для реализации 16 скоростей можно применить структуру привода, которая выражается структурной формулой: 16 = 4∙2∙2. Теперь необходимо определить, какая из передач привода является основной, какая 1 множительной, а какая 2 множительной. Для этого построим несколько вариантов структурных сеток:
Анализируя данные структурные сетки, можно сделать вывод, что наиболее предпочтительным вариантом является структурная сетка с развернутой структурной формулой: 16 = 4(1)∙2(4)∙2(8).
Во-первых, потому, что целесообразно для уменьшения массы привода располагать группу передач так, чтобы количество передач в группах уменьшалось вдоль цепи передач от электродвигателя к шпинделю.
Во-вторых, в качестве последней множительной группы должна быть принята группа с наименьшим числом передач.
Как видно все структурные сетки построены так, что в начале цепи передач располагается основная группа, затем первая множительная, и наконец, вторая множительная. Это является наиболее предпочтительным вариантом при разработке структуры привода.
Далее необходимо построить диаграмму частот вращения.
Определим минимальное передаточное отношение привода:
Минимальное передаточное отношение прямозубой передачи ¼, а максимальное 2. Минимальное передаточное отношение ременной передачи ¼, а максимальное 1. Запишем эти пределы через φ:
; 
;
.
Распишем минимально передаточное отношение:
Передаточное
отношение ременной передачи примем
.
Минимальное
передаточное отношение основной группы
.
Минимальное
передаточное отношение 1 множительной
группы 
.
Минимальное
передаточное отношение 2 множительной
группы 
.
Передаточное отношение шпиндельной передачи .
Такое распределение позволяет получить линию редукции, передаточные отношения в которой уменьшаются тем интенсивнее, чем ближе передача к шпинделю (исключение составляет шпиндельная передача).
Запишем все передаточные отношения для каждой передачи:
ременная
передача: 
1
группа передач: 
2
группа передач: 
3
группа передач: 
шпиндельная
передача: 
На основании полученных данных при помощи программы САПР ПГД рассчитаем параметры ременной передачи и число зубьев передач.
На основании полученных данных при помощи программы САПР ПГД рассчитаем параметры ременной передачи и число зубьев передач.
ПОЛНЫЙ РАСЧЕТ КЛИНОРЕМЕННОЙ ПЕРЕДАЧИ
Исходные данные:
Передаваемая мощность (кВт) :5.5
Частота вращения малого шкива (1/мин):2880
Передаточное отношение :0.7
Приблизительное межцентровое расстояние (мм):1000
Приблизительный диаметр меньшего шкива (мм) :150
Код станка :2
Р е з у л ь т а т ы р а с ч е т а :
------------------------------------
------T----T----T----T---T------T---T------T------T------T------¬
¦ Тип ¦ Ar,¦ D1,¦ D2,¦ V,¦ Len, ¦ Z ¦ AA, ¦ S, ¦ P, ¦ G, ¦
¦ремня¦ мм ¦ мм ¦ мм ¦м/с¦ мм ¦ ¦ мм ¦ Н ¦ Н ¦ Н ¦
+-----+----+----+----+---+------+---+------+------+------+------+
¦ A ¦11.0¦ 160¦ 224¦ 24¦ 2800 ¦ 3 ¦ 1098 ¦ 118 ¦ 126 ¦ 708 ¦
¦ A ¦11.0¦ 180¦ 252¦ 27¦ 2800 ¦ 3 ¦ 1060 ¦ 118 ¦ 112 ¦ 708 ¦
¦ A ¦11.0¦ 200¦ 280¦ 30¦ 2800 ¦ 3 ¦ 1022 ¦ 118 ¦ 101 ¦ 707 ¦
¦ A ¦11.0¦ 224¦ 314¦ 34¦ 3150 ¦ 3 ¦ 1152 ¦ 118 ¦ 90 ¦ 707 ¦
¦ A ¦11.0¦ 250¦ 350¦ 38¦ 3150 ¦ 3 ¦ 1103 ¦ 118 ¦ 80 ¦ 707 ¦
¦ A ¦11.0¦ 280¦ 392¦ 42¦ 3150 ¦ 4 ¦ 1046 ¦ 118 ¦ 72 ¦ 943 ¦
¦ A ¦11.0¦ 315¦ 441¦ 48¦ 3550 ¦ 8 ¦ 1180 ¦ 118 ¦ 64 ¦ 1885 ¦
¦ B ¦14.0¦ 160¦ 224¦ 24¦ 2800 ¦ 2 ¦ 1098 ¦ 162 ¦ 126 ¦ 648 ¦
¦ B ¦14.0¦ 180¦ 252¦ 27¦ 2800 ¦ 2 ¦ 1060 ¦ 206 ¦ 112 ¦ 824 ¦
¦ B ¦14.0¦ 200¦ 280¦ 30¦ 2800 ¦ 2 ¦ 1022 ¦ 206 ¦ 101 ¦ 823 ¦
¦ B ¦14.0¦ 224¦ 314¦ 34¦ 3150 ¦ 2 ¦ 1152 ¦ 206 ¦ 90 ¦ 823 ¦
¦ B ¦14.0¦ 250¦ 350¦ 38¦ 3150 ¦ 3 ¦ 1103 ¦ 206 ¦ 80 ¦ 1235 ¦
¦ B ¦14.0¦ 280¦ 392¦ 42¦ 3150 ¦ 6 ¦ 1046 ¦ 206 ¦ 72 ¦ 2468 ¦
L-----+----+----+----+---+------+---+------+------+------+-------
Где :
Ar - расчетная ширина ремня по ГОСТ 1284.1-89
D1,D2 - расчетные диаметры шкивов
V - скорость ремня
Len - расчетная длина ремня по ГОСТ 1284.1-89
Z - число ремней передачи
AA - уточненное межцентровое расстояние
S - предварительное натяжение ремня
P - тяговое усилие всей передачи
G - усилие на вал от ремней
Из таблицы выбираем ременную передачу со следующими параметрами:
Тип ремня |
Ar, мм |
D1, мм |
D2, мм |
V, м/с |
Len, мм |
Z |
AA, мм |
S, Н |
P, Н |
G, Н |
А |
11.0 |
180 |
252 |
27 |
2800 |
3 |
1060 |
118 |
112 |
708 |
Расчет чисел зубьев для основной группы:
РАСЧЕТ ЧИСЕЛ ЗУБЬЕВ ГРУППОВЫХ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ
Исходные данные:
Количество одиночных передач в группе :4
1-е передаточное отношение :1
2-е передаточное отношение :0.79365
3-е передаточное отношение :0.63
4-е передаточное отношение :0.5
Минимальная сумма зубьев :80
Максимальная сумма зубьев :120
Р е з у л ь т а т ы р а с ч е т а :
------------------------------------
-----------T-------------------T--------------T---------------¬
¦ Передача ¦ Число зубьев ¦ Фактическое ¦ Относительная ¦
¦ +---------T---------+ передаточное ¦ погрешность ¦
¦ ¦ ведущее ¦ ведомое ¦ отношение ¦ ¦
+----------+---------+---------+--------------+---------------+
¦ 1 ¦ 45 ¦ 45 ¦ 1.0000 ¦ 0.0000 ¦
¦ 2 ¦ 40 ¦ 50 ¦ 0.8000 ¦ 0.0080 ¦
¦ 3 ¦ 35 ¦ 55 ¦ 0.6364 ¦ 0.0101 ¦
¦ 4 ¦ 30 ¦ 60 ¦ 0.5000 ¦ 0.0000 ¦
L----------+---------+---------+--------------+----------------
Расчет чисел зубьев для 1 множительной группы:
РАСЧЕТ ЧИСЕЛ ЗУБЬЕВ ГРУППОВЫХ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ
Исходные данные:
Количество одиночных передач в группе :2
1-е передаточное отношение :1
2-е передаточное отношение :0.39675
Минимальная сумма зубьев :80
Максимальная сумма зубьев :120
Р е з у л ь т а т ы р а с ч е т а :
------------------------------------
-----------T-------------------T--------------T---------------¬
¦ Передача ¦ Число зубьев ¦ Фактическое ¦ Относительная ¦
¦ +---------T---------+ передаточное ¦ погрешность ¦
¦ ¦ ведущее ¦ ведомое ¦ отношение ¦ ¦
+----------+---------+---------+--------------+---------------+
¦ 1 ¦ 44 ¦ 44 ¦ 1.0000 ¦ 0.0000 ¦
¦ 2 ¦ 25 ¦ 63 ¦ 0.3968 ¦ 0.0002 ¦
L----------+---------+---------+--------------+----------------
Расчет чисел зубьев для 2 множительной группы:
РАСЧЕТ ЧИСЕЛ ЗУБЬЕВ ГРУППОВЫХ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ
Исходные данные:
Количество одиночных передач в группе :2
1-е передаточное отношение :2
2-е передаточное отношение :0.31488
Минимальная сумма зубьев :80
Максимальная сумма зубьев :120
Р е з у л ь т а т ы р а с ч е т а :
------------------------------------
-----------T-------------------T--------------T---------------¬
¦ Передача ¦ Число зубьев ¦ Фактическое ¦ Относительная ¦
¦ +---------T---------+ передаточное ¦ погрешность ¦
¦ ¦ ведущее ¦ ведомое ¦ отношение ¦ ¦
+----------+---------+---------+--------------+---------------+
¦ 1 ¦ 64 ¦ 32 ¦ 2.0000 ¦ 0.0000 ¦
¦ 2 ¦ 23 ¦ 73 ¦ 0.3151 ¦ 0.0006 ¦
L----------+---------+---------+--------------+----------------
Расчет чисел зубьев для шпиндельной передачи:
РАСЧЕТ ЧИСЕЛ ЗУБЬЕВ ГРУППОВЫХ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ
Исходные данные:
Количество одиночных передач в группе :1
1-е передаточное отношение :0.39675
Минимальная сумма зубьев :80
Максимальная сумма зубьев :120
Р е з у л ь т а т ы р а с ч е т а :
------------------------------------
-----------T-------------------T--------------T---------------¬
¦ Передача ¦ Число зубьев ¦ Фактическое ¦ Относительная ¦
¦ +---------T---------+ передаточное ¦ погрешность ¦
¦ ¦ ведущее ¦ ведомое ¦ отношение ¦ ¦
+----------+---------+---------+--------------+---------------+
¦ 1 ¦ 25 ¦ 63 ¦ 0.3968 ¦ 0.0002 ¦
L----------+---------+---------+--------------+----------------
Запишем передаточные отношения передач в виде отношений чисел зубьев:
основная
группа: 
; 
; 
; 
;
1
множительная группа: 
; 
;
2
множительная группа: 
; 
;
шпиндельная
передача: 
.
Запишем передаточное отношение ременной передачи в виде отношения диаметров шкивов (с учетом коэффициента проскальзывания):
.
На основании полученных данных можно построить ДЧВ:
Определим реальные скорости вращения шпинделя, а также скорости на промежуточных валах (об/мин):
I: 2880
II: 2016
III: 1008 – 1283 – 1613 – 2016
IV: 400 – 509 – 640 – 800 – 1008 – 1283 – 1613 – 2016
V: 126 – 160 - 202 – 252 – 318 – 404 – 508 – 635 – 800 – 1018 – 1280 – 1600 – 2016 – 2566 – 3226 – 4032
VI: 50 – 63 – 80 – 100 – 126 – 160 – 201 – 252 – 317 – 404 – 508 – 635 – 800 – 1018 – 1280 – 1600
На основании всего выше изложенного примем следующую схему привода:
