Правильный выбор мощности электродвигателя является важным и ответственным делом, поскольку недостаточная мощность электродвигателя ограничивает производительность станка, и. кроме того, электродвигатель с недостаточной мощностью преждевременно выходит из строя, что приводит к простою оборудования и дополнительным расходам на ремонт. Электродвигатель с завышенной мощностью не полностью использует свой КПД и имеет сниженный cos φ, а также увеличенные капитальные и эксплуатационные расходы.
Для определения мощности на валу главного привода при установившемся режиме, необходимо к рассчитанной мощности резания прибавить мощность, обусловленную потерями в механизме передач станка. Для расчёта мощности потерь в станке пользуются значением КПД, зависящего при данной нагрузке от количества звеньев кинематической системы и от скорости механизма.
Общий номинальный КПД станка определяется как произведение коэффициентов полезного действия всех его звеньев:
ηн.ст= η1∙η2∙…∙ ηi . (10.29)
где η1, η2, …, ηi. — КПД отдельных звеньев кинематической цепи станка при полной (номинальной) нагрузке станка.
Значения КПД отдельных звеньев передач (с учётом потерь в опорах) принимаются приблизительно равными:
— для открытой ремённой передачи без натяжного ролика η=0,96;
— для открытой ремённой передачи с натяжным роликом η=0,94;
— для клиноремённой передачи η=0,93–0,95;
— для зубчатой передачи с опорами трения качения η=0,975–0,985;
— для зубчатой передачи с опорами трения скольжения η=0,96–0,97;
— для червячной передачи η= 0,5 – 0,7;
— для цепной зубчатой передачи η= 0,97–0,98;
— для цепной роликовой передачи η= 0,96–0,97;
— для кривошипно-шатунного механизма η= 0,9.
КПД станка также зависит от скорости его рабочих органов. При одинаковой нагрузке, но больше скорости, КПД станка имеет меньшее значение (рис. 10.9).
Рис.10.9. Зависимость КПД передач станка от нагрузки при различных скоростях привода
Приведённые ориентировочные значения коэффициентов полезного действия относятся к кинематической цепи главного привода. КПД цепи подачи всегда имеет в несколько раз более низкое значение. Это связано с необходимостью получения довольно низких скоростей подач и с применением в связи с этим замедляющих передач, имеющих низкий КПД. В станках со сложной кинематической схемой при увеличении скорости потери имеют большее значение, чем в станках с более простой кинематической цепью.
Мощность на валу главного привода при установившемся режиме и номинальной мощности резания:
Для определения коэффициентов а и b выполним следующие преобразования.
Номинальный КПД токарных, фрезерных, сверлильных станков при полной нагрузке составляет в среднем приблизительно ηн.ст= 0,7–0,8;
Номинальный КПД шлифовальных станков ηн.ст=0,8–0,9;
Номинальный КПД строгальных и долбёжных станков ηн.ст=0,65–0,75.
Для станков, в которых имеются массивные движущиеся части, необходимо дополнительно учитывать потери мощности на трение в направляющих (кВт):
где G – вес движущихся частей, Н;
μ = 0,05–0,1 – коэффициент трения;
υ – скорость передвижения, м/мин.
В связи с тем, что большинство станков работает с переменной нагрузкой и в различных режимах (длительном, кратковременном, повторно-кратковременном), выбор электропривода и расчёт его мощности необходимо производить в каждом отдельном случае с учётом конкретных технологических условий работы того или иного станка.
Существует несколько методов определения мощности двигателей для станков. Для определения мощности электроприводов, работающих как в длительном, так и повторно-кратковременном режимах чаще всего используются методы эквивалентных величин и средних потерь. При этом расчёт мощности электродвигателя основывается на применении нагрузочных диаграмм, построенных для установившегося режима работы электропривода (диаграммы статической нагрузки электропривода). По нагрузочным диаграммам производится предварительный выбор мощности двигателя. Затем выбранный двигатель проверяется по нагреву и допустимой перегрузке с учётом переходных процессов.