6. Движущий и рабочий органы машин

В качестве движущего органа в машинах могут применяться различ­ные двигатели - электрические, тепловые, пневмо- и гидродвигатели и др.

В технологических машинах в качестве двигателя наиболее часто ис­пользуют короткозамкнутый асинхронный электродвигатель. Он простой, малогабаритный, имеет незначительную массу, но трудно регулируется.

Асинхронный электродвигатель включает короткозамкнутую обмот­ку (чаще роторную) в виде беличьего колеса и обычно статорную обмотку-индуктор, в котором трехфазный переменный электрический ток индуци­рует вращающееся магнитное поле.

При вращении поля индуктора в короткозамкнутом роторе наводятся вихревые токи, которые взаимодействуют с вращающимся полем индукто­ра, увлекая ротор. Ротор отстает от поля индуктора на величину скольже­ния, которая определяется нагрузкой.

Механическая характеристика асинхронного короткозамкнутого электродвигателя (рис. 2.2) М_д = f (n), (n - частота вращения вала, М_д -движущий момент) имеет две ветви - устойчивую и неустойчивую.

Устойчивая ветвь характеристики отличается тем, что при возраста­нии нагрузки на двигатель его обороты падают (до n опрокидывающего). Если момент на двигатель больше М опрокидывающего, осуществляется переход на неустойчивую ветвь характеристики и двигатель может остано­виться. Если его не выключить, то ротор, как неподвижный проводник во внешнем вращающемся магнитном поле индуктора, разогревается и может сгореть. При номинальных оборотах величина отставания ротора от поля статора определяется величиной скольжения:

n _— n

S = c ном

где n_c - синхронная частота вращающегося ротора при отсутствии на­грузки (частота вращения магнитного поля индуктора).

Посторонние силы могут разогнать двигатель до оборотов больших, чем синхронные, но при этом двигатель переходит в режим динамического торможения.

Синхронная частота асинхронного двигателя:

60 х f

ⁿc = ^,

^p

где f - частота тока (промышленная f = 50 Гц),

p - число пар полюсов обмотки индуктора (число секций).

При р = 1, n_c = 3000мин~¹. При этом двигатель наиболее простой и наименее массивный (1 обмотка). Частота вращения ротора при p > 1 -(максимально возможная):

n_c = 1500мин'¹ при p = 2,

n_c =1000мин^—1 при p=3, n_c = 750мин~¹ при p = 4.

По мере увеличения p масса двигателя увеличивается. Асинхронные электродвигатели подбирают по каталогам (Приложе­ние 1), используя при этом среднецикловую мощность:

A

N =—^ ^Ц ЛхТц

и синхронную частоту вращения n_c , которая через параметры привода оп­ределяет время технологического цикла.

A

Здесь —— = Л?, - работа, которую должен совершать двигатель в h

цикле;

h - кпд передаточного механизма - находят приближенно при по­мощи выражения:

h = hi Xh2 ^xrb,

где h₁,h₂ ••• - получаемые из технических справочников кпд простых

механизмов, последовательно образующих передаточный механизм.

Работа полезных сил А_пс совершается полезными силами на рабочем

звене. Полезные силы определяются по теоретическим формулам, либо экспериментально в функции перемещения рабочего органа. Например, для поперечно-строгального станка диаграмма полезных нагрузок может быть установлена в зависимости от геометрии поверхности А - А обработ­ки (l_q, а, Ь) принятой величины перебегов резца f_n и максимального тех­нологического усилия F (рис. 2.3).

Урезания

А

a)

А (поверхность обработки)

Эскиз обрабатываемой детали

a

Ь

График полезной нагрузки

б)

1.0 ^Hmax

Рис. 2.3. К определению графика полезной нагрузки: а) эскиз обрабатываемой детали; б) график полезной нагрузки

При этом работа полезных сил может быть вычислена исходя из гео­метрического смысла интеграла, как площади между кривой нагрузок и осью перемещений. На рис. 2.4:

А_Пс = J Fnc • dS = F; (a + b). Конструкции рабочих органов изучают на выпускающих кафедрах по источникам, публикуемым для этих кафедр.