1.5 Расчет и построение нагрузочной диаграммы и тахограммы привода

Для обоснованного выбора двигателя по номинальной мощности необходимо, прежде всего, выяснить характер изменения нагрузки на валу двигателя. Обычно характер изменения нагрузки задается в виде нагрузочной диаграммы рабочего механизма, представляющий зависимость статического момента от времени =f(t). Одновременно задается тахограмма – график изменения скорости механизма во времени. Однако при работе машины в переходных режимах, когда скорость изменяется, нагрузка на валу двигателя отличается от статической на величину динамических составляющих момента и мощности, зависящих от момента инерции движущихся частей системы, в том числе и от момента инерции двигателя [5].

Шпиндель, приводимый в движение двигателем, оборудован планшайбой, на которую установлены резцы. Резцы, в свою очередь, врезаются в торец трубы и производят снятие фаски в течение определённого момента времени. В этом случае, создается статический момент Мс – момент сопротивления исполнительного органа, за счет срезания слоя металла с торца трубы. Момент, создаваемый силами трения, обусловленный резаньем металла, называется реактивным [6].

Из технологических требований установлено, что Операционный эскиз на операцию «Торцовка труб и снятие фаски» должен соответствовать рисунку 1.4.

Рисунок 1.4 – Операционный эскиз

При обработке резанием металл оказывает сопротивление режущему инструменту. Это сопротивление преодолевается силой резания, приложенной к передней поверхности резца. Сила резания затрачивается на отрыв элемента стружки от основной массы металла и его деформацию, а также на преодоление трения стружки о переднюю поверхность резца и задней поверхности резца о поверхность резания.

Величина силы резания зависит от свойств обрабатываемого металла или сплава, величины подачи и глубины резания, углов заточки резца, скорости резания, охлаждения и ряда других факторов. При продольном точении силу резания Р обычно раскладывают на три составляющие Р_х, Р_у, Р_z. (рис. 1.5). Составляющая сила Р_х действует в горизонтальной плоскости параллельно оси заготовки; ее называют осевой силой, или силой подачи. Составляющая сила Р_у направлена в горизонтальной плоскости по радиусу обрабатываемой заготовки, ее называют радиальной силой. Составляющая сила Р_z действует в вертикальной плоскости по касательной к поверхности резания в направлении главного движения; ее называют вертикальной касательной силой резания или просто силой резания. Равнодействующая всех трех составляющих сил определяется по известной из механики формуле (1.1) [7].

(1.1)

Наибольшей составляющей из указанных трех сил является Р_z. Она создает крутящий момент М_кр на обрабатываемой детали, который определяется по формуле (1.2) [7].

(1.2)

Рисунок 1.5 - Схема разложения силы резания на ее составляющие

Для определения силы резания P_z, возникающей, например, при точении, пользуются следующей формулой (1.3):

Hм, (1.3)

где    – коэффициент, характеризующий обрабатываемый материал и условия обработки (определяется по таблицам); 

К – общий поправочный коэффициент, учитывающий конкретные условия обработки (также определяется по таблицам);

t длина лезвия резца для фасонного точения, мм;

–величина подачи равная 0,4 мм/об;

- скорость резания, м/мин.

Вычислим силу резания P_z для наиболее нагруженного варианта работы механизма. Для этого, воспользовавшись таблицей определения коэффициентов силы резания определим Ср, К, px и yp.

Вычислим скорость резания V по формуле (1.4):

, м/мин (1.4)

где Сv, Kv, – табличные коэффициенты для заданного режима резания.

Тогда сила резания определяется по формуле (1.5):

Нм (1.5)

Найдем крутящий момент Mрез на обрабатываемой детали по формуле (1.6):

Нм (1.6)

Момент сопротивления, который испытывает двигатель, можно вычислить по формуле (1.7) [8]:

Нм, (1.7)

где i, η – передаточное число и КПД редуктора соответственно.

Динамический момент, который возникает при пуске двигателя, рассчитывается по формуле (1.8):

Нм (1.8)

где – общий момент инерции, рассчитываемый по формуле (1.9):

кг∙ (1.9)

Рассчитаем частоту вращения исполнительного органа по формуле (1.10):

об/мин (1.10)

Проанализировав процесс работы можно сделать вывод, что момент резки фактически равен статическому моменту сопротивления на исполнительном органе [9].

Нагрузка на привод прикладывается в циклическом режиме, значит, диаграмма и тахограмма привода будет выглядеть, как показано на рисунке (1.5).

Рисунок 1.5 – Тахограмма и нагрузочная диаграмма привода