Регулирование Частоты Вращения Шпинделя

Вопросом как регулировать частоту вращения шпинделя задаются многие, как начинающие производственники, так и с солидным опытом. В этой статье речь пойдет как раз об этом, также приведением формулы для регулирования частоты.

Наиболее часто применяются следующие редукторы: планетарные, с широким зубчатым колесом, с косозубыми зубчатыми колесами и двусторонней муфтой.

Далее рассмотрим именно привод с редуктором (рис. 1), в состав которого входит широкое зубчатое колесо с числом зубьев z₁. Благодаря редуктору бесступенчатое регулирование вращения шпинделя производится в двух диапазонах. Частоты верхнего диапазона получаются по цепи z₁-z₂, z₂-z₃, с передаточным отношением i₁. нижнего диапазона – по цепи z₁-z₂, z₄-z₅, с передаточным отношением i₂.

Рис. 1. Схема привода с редуктором

Передаточное отношение

i=(z₁/z₂)*(z₂/z₃)=z₁/z₃

обычно принимается равным единице (при передаточном отношении ременной передачи i_рем = 1), что обеспечивает равенство наибольшей скорости вращения шпинделя и двигателя:

n_max=n_Дmax.

Из этого следует

z₃=z₁

Передаточное отношение

i₂=(z₁/z₂)*(z₄/z₅)

задается, исходя из требований к диаграмме мощности на шпинделе. Пусть ОАВС – график мощности электродвигателя (рис. 2, а) и ОА₁В₁С₁ – графики мощности на шпинделе при регулировании его частоты вращения в верхнем диапазоне при i_рем=1, i₁=1.

Регулирование частоты вращения шпинделя в нижнем диапазоне, т. е. при i₂<1 приводит к снижению характерных частот (рис. 2, б): n_А2=n_Н*i₂,n_В2=n₁*i₂,n_С2=n_max*i₂ (при i_рем=1). Провал мощности на шпинделе отсутствует, когда частота n_B2 совпадает с частотой n_H, т. е. при n₁i₂=n_H. Следовательно, H 2 1 ДР 1 , n i n R

i₂=(n_H/n₁)=1/R_ДР

где R_ДР – диапазон регулирования двигателя с постоянной мощностью.

Таким образом, ОА₂В₂С₂ есть диаграмма мощности на шпинделе при регулировании двигателя в первой зоне.

Частота np называется расчетной частотой вращения шпинделя, частота nmin является его минимальной частотой. В диапазоне частот n_1min – n_p на шпинделе сохраняется постоянный момент, в диапазоне n_p – n₁ – постоянная мощность, которая меньше мощности на валу двигателя в интервале n_H – n₁ на величину потерь в редукторе, ременной передаче и опорах шпинделя.

Рис. 2. Механические характеристики привода с редуктором

Момент на шпинделе в интервале частот n_min – n_p значительно больше момента на валу двигателя в интервале частот n_min – n_H

М=М_Д*R_ДР*η,

где η – коэффициент полезного действия механических элементов привода.

Следовательно, применение двигателя с бесступенчатым регулированием частоты вращения вместе с двухскоростным редуктором расширяет диапазон частот вращения шпинделя при сохранении на нем постоянной мощности и значительно повышает момент при относительно низких частотах. Это позволяет обрабатывать с рациональными режимами как легкие сплавы (при высоких частотах вращения шпинделя), так и труднообрабатываемые материалы (при относительно низких частотах).

Когда необходимо расширить диапазон регулирования вращения шпинделя с постоянной мощностью RР, то следует снизить расчетную частоту np, для чего уменьшить i₂ по сравнению с отношением 1/R_ДР. При этом вблизи частоты n_H появляется провал мощности на шпинделе, но он не должен быть значительным.

Если появляется возможность уменьшить диапазон регулирования частот вращения шпинделя RР при сохранении постоянной мощности, то следует принять i₂>1/R_ДР. В этом случае вблизи частоты n_H диапазоны регулирования несколько перекрываются.