MODEL CIEPLNY ELEKTROWRZECIONA



Podobne dokumenty
Inżynieria Maszyn, 2018, R. 23, z. 1, 36 43, ISSN X EKSPERYMENTALNA METODA OKREŚLANIA MOMENTU OPORU RUCHU ŁOŻYSK SKOŚNYCH 1.

MODELOWANIE ODKSZTAŁCEŃ CIEPLNYCH OSI POSUWÓW SZYBKICH METODĄ ELEMENTÓW SKOŃCZONYCH

Silniki synchroniczne

PRĄDNICE I SILNIKI. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Ćwiczenie: "Silnik indukcyjny"

Z powyższej zależności wynikają prędkości synchroniczne n 0 podane niżej dla kilku wybranych wartości liczby par biegunów:

Obliczenia polowe silnika przełączalnego reluktancyjnego (SRM) w celu jego optymalizacji

Ćwiczenie 1 Dobór mikrosilnika prądu stałego do napędu bezpośredniego przy pracy w warunkach ustalonych

1. W zależności od sposobu połączenia uzwojenia wzbudzającego rozróżniamy silniki:

Silniki prądu stałego

Wykład 2 Silniki indukcyjne asynchroniczne

Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki. Opracował: Mgr inż. Marek Staude

Maszyna indukcyjna jest prądnicą, jeżeli prędkość wirnika jest większa od prędkości synchronicznej, czyli n > n 1 (s < 0).

PL B1. Turbogenerator tarczowy z elementami magnetycznymi w wirniku, zwłaszcza do elektrowni małej mocy, w tym wodnych i wiatrowych

Silniki prądu stałego. Wiadomości ogólne

Pracownia Automatyki i Elektrotechniki Katedry Tworzyw Drzewnych Ćwiczenie 5. Analiza pracy oraz zasada działania silników asynchronicznych

Wykorzystanie analiz MES w badaniach prototypów obrabiarek

Silniki indukcyjne. Ze względu na budowę wirnika maszyny indukcyjne dzieli się na: -Maszyny indukcyjne pierścieniowe. -Maszyny indukcyjne klatkowe.

bieguny główne z uzwojeniem wzbudzającym (3), bieguny pomocnicze (komutacyjne) (5), tarcze łożyskowe, trzymadła szczotkowe.

Rozwój sterowania prędkością silnika indukcyjnego trójfazowego

Temat: ŹRÓDŁA ENERGII ELEKTRYCZNEJ PRĄDU PRZEMIENNEGO

Alternator. Elektrotechnika w środkach transportu 125

Konstrukcje Maszyn Elektrycznych

MASZYNY INDUKCYJNE SPECJALNE

POLOWO - OBWODOWY MODEL BEZSZCZOTKOWEJ WZBUDNICY GENERATORA SYNCHRONICZNEGO

BADANIE JEDNOFAZOWEGO SILNIKA ASYNCHRONICZNEGO Strona 1/5

SILNIK KROKOWY. w ploterach i małych obrabiarkach CNC.

Pracę każdej prądnicy w sposób jednoznaczny określają następujące wielkości:

LABORATORIUM PRZETWORNIKÓW ELEKTROMECHANICZNYCH

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY

Silnik indukcyjny - historia

SILNIK SYNCHRONICZNY ŚREDNIEJ MOCY Z MAGNESAMI TRWAŁYMI ZASILANY Z FALOWNIKA

Dobór silnika serwonapędu. (silnik krokowy)

Rys. 1. Krzywe mocy i momentu: a) w obcowzbudnym silniku prądu stałego, b) w odwzbudzanym silniku synchronicznym z magnesem trwałym

PROJEKTOWANIE MECHATRONICZNE UKŁADY NAPĘDOWE OBRABIAREK

WIERTARKA POZIOMA DO GŁĘBOKICH WIERCEŃ W80-250

Hamulce elektromagnetyczne. EMA ELFA Fabryka Aparatury Elektrycznej Sp. z o.o. w Ostrzeszowie

Opracował: mgr inż. Marcin Wieczorek

WIERTARKA POZIOMA DO GŁĘBOKICH WIERCEŃ W W30-200

PL B1. PRZEDSIĘBIORSTWO HAK SPÓŁKA Z OGRANICZONĄ ODPOWIEDZIALNOŚCIĄ, Wrocław, PL BUP 20/14. JACEK RADOMSKI, Wrocław, PL

Badanie prądnicy synchronicznej

TOKARKO-WIERTARKA DO GŁĘBOKICH WIERCEŃ STEROWANA NUMERYCZNIE WT2B-160 CNC WT2B-200 CNC

Badanie napędu z silnikiem bezszczotkowym prądu stałego

Rozrusznik. Elektrotechnika w środkach transportu 85

Klasyczny efekt Halla

SILNIK INDUKCYJNY KLATKOWY

POLITECHNIKA ŁÓDZKA INSTYTUT OBRABIAREK I TECHNOLOGII BUDOWY MASZYN. Ćwiczenie D - 4. Zastosowanie teoretycznej analizy modalnej w dynamice maszyn

Podstawy Elektrotechniki i Elektroniki. Opracował: Mgr inż. Marek Staude

Ćwiczenie 1b. Silnik prądu stałego jako element wykonawczy Modelowanie i symulacja napędu CZUJNIKI POMIAROWE I ELEMENTY WYKONAWCZE

W stojanie (zwanym twornikiem) jest umieszczone uzwojenie prądu przemiennego jednofazowego lub znacznie częściej trójfazowe (rys. 7.2).

WERYFIKACJA METOD OBLICZENIOWYCH SILNIKÓW TARCZOWYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

Silniki prądu przemiennego

SILNIK RELUKTANCYJNY PRZEŁĄCZALNY PRZEZNACZONY DO NAPĘDU MAŁEGO MOBILNEGO POJAZDU ELEKTRYCZNEGO

Sposób analizy zjawisk i właściwości ruchowych maszyn synchronicznych zależą od dwóch czynników:

BADANIE WŁAŚCIWOŚCI DYNAMICZNYCH RDZENIA STOJANA GENERATORA DUŻEJ MOCY 1. WSTĘP

THE MODELLING OF CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OF HARMONIC DRIVE

SILNIK ELEKTRYCZNY O WZBUDZENIU HYBRYDOWYM

Wykład 4. Strumień magnetyczny w maszynie synchroniczne magnes trwały, elektromagnes. Magneśnica wirnik z biegunami magnetycznymi. pn 60.

Ćwiczenie EA1 Silniki wykonawcze prądu stałego

Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów

MODELOWANIE ROZKŁADU TEMPERATUR W PRZEGRODACH ZEWNĘTRZNYCH WYKONANYCH Z UŻYCIEM LEKKICH KONSTRUKCJI SZKIELETOWYCH

Trójfazowe silniki indukcyjne. serii dskgw do napędu organów urabiających kombajnów górniczych Wkładka katalogowa nr 11a

Napędy urządzeń mechatronicznych - projektowanie. Ćwiczenie 1 Dobór mikrosilnika prądu stałego z przekładnią do pracy w warunkach ustalonych

ZASTOSOWANIE SKOSU STOJANA W JEDNOFAZOWYM SILNIKU SYNCHRONICZNYM Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

PL B1. INSTYTUT NAPĘDÓW I MASZYN ELEKTRYCZNYCH KOMEL, Katowice, PL BUP 17/18

Matematyczne modele mikrosilników elektrycznych - silniki prądu stałego

Wykład 1. Serwonapęd - układ, którego zadaniem jest pozycjonowanie osi.

Przegląd koncepcji maszyn wzbudzanych hybrydowo do zastosowania w napędzie samochodów

WPŁYW WSPÓŁCZYNNIKA SZTYWNOŚCI KONTAKTOWEJ I WSPÓŁCZYNNIKA TARCIA NA SIŁY KONTAKTOWE W ŁOŻYSKU TOCZNYM

Badanie prądnicy prądu stałego

Mikrosilniki prądu stałego cz. 1

ANALIZA WPŁYWU NIESYMETRII NAPIĘCIA SIECI NA OBCIĄŻALNOŚĆ TRÓJFAZOWYCH SILNIKÓW INDUKCYJNYCH

Silniki prądu stałego z komutacją bezstykową (elektroniczną)

TOKARKO-WIERTARKA DO GŁĘBOKICH WIERCEŃ STEROWANA NUMERYCZNIE WT3B-250 CNC. Max. moment obrotowy wrzeciona. Max. długość obrabianego otworu

OBLICZENIA POLOWE SILNIKA PRZEŁĄCZALNEGO RELUKTANCYJNEGO (SRM) W CELU JEGO OPTYMALIZACJI

Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów

Przekładnie ślimakowe / Henryk Grzegorz Sabiniak. Warszawa, cop Spis treści

Jeżeli zwój znajdujący się w polu magnetycznym o indukcji B obracamy z prędkością v, to w jego bokach o długości l indukuje się sem o wartości:

Laboratorium Elektromechaniczne Systemy Napędowe BADANIE AUTONOMICZNEGO GENERATORA INDUKCYJNEGO

Wprowadzenie. Napędy hydrauliczne są to urządzenia służące do przekazywania energii mechanicznej z miejsca jej wytwarzania do urządzenia napędzanego.

Mikrosilniki prądu stałego cz. 2

BADANIE WPŁYWU GRUBOŚCI SZCZELINY POWIETRZNEJ NA WŁAŚCIWOŚCI SILNIKÓW RELUKTANCYJNYCH PRZEŁĄCZALNYCH W OPARCIU O OBLICZENIA POLOWE

Opis wyników projektu

OBLICZENIA I BADANIA CIEPLNE MASZYNY Z MAGNESAMI TRWAŁYMI I ZEWNĘTRZNYM WIRNIKIEM

Podstawy technik wytwarzania PTWII - projektowanie. Ćwiczenie 4. Instrukcja laboratoryjna

SILNIK BEZSZCZOTKOWY O WIRNIKU KUBKOWYM

DIGITALIZACJA GEOMETRII WKŁADEK OSTRZOWYCH NA POTRZEBY SYMULACJI MES PROCESU OBRÓBKI SKRAWANIEM

Mikrosilniki prądu stałego cz. 1

Laboratorium Maszyny CNC. Nr 4

Cel ćwiczenia. Przetwornik elektromagnetyczny. Silniki krokowe. Układ sterowania napędu mechatronicznego z silnikiem krokowym.

PL B1. Urządzenie ręczne z elektrycznie napędzanym narzędziem i elektropneumatycznym mechanizmem uderzeniowym

WZORU UŻYTKOWEGO. d2)opis OCHRONNY (19) PL (11)63009 EGZEMPLARZ ARCHIWALNY. Jerzy Zamorski, Kraków, PL Marcin Steliga, Zręcin Świerzowa, PL

DOŚWIADCZALNE WYZNACZANIE OPORÓW RUCHU ŁOŻYSKA SKOŚNEGO

Identyfikacja cieplnych modeli elektrycznych układów napędowych

ANALIZA PORÓWNAWCZA SILNIKÓW LSPMSM TYPU U ORAZ W.

Wykład 5. Piotr Sauer Katedra Sterowania i Inżynierii Systemów

Trójfazowe silniki indukcyjne. 1. Wyznaczenie charakterystyk rozruchowych prądu stojana i momentu:

Ćwiczenie 3 Falownik

POLITECHNIKA ŁÓDZKA INSTYTUT OBRABIAREK I TECHNOLOGII BUDOWY MASZYN. Ćwiczenie D-3

ZASTOSOWANIE MONOLITYCZNYCH NADPRZEWODNIKÓW WYSOKOTEMPERATUROWYCH W MASZYNACH ELEKTRYCZNYCH

Transkrypt:

MODELOWANIE INŻYNIERSKIE ISSN 1896-771X 39, s. 119-126, Gliwice 2010 MODEL CIEPLNY ELEKTROWRZECIONA JAN KOSMOL KRZYSZTOF LEHRICH Katedra Budowy Maszyn, Politechnika Śląska e-mail: jkosmol@polsl.pl e-mail: krzysztof.lehrich@polsl.pl Streszczenie. W artykule przedstawiono model numeryczny w konwencji metody elementów skończonych, tzw. elektrowrzeciona obrabiarki oraz przykładowe wyniki badań symulacyjnych rozpływu ciepła w takim napędzie. Celem tych badań jest poznanie rozkładu temperatury we wrzecienniku obrabiarki i ocena wpływu prędkości obrotowej wrzeciona na maksymalne wartości temperatury. 1. WPROWADZENIE Ogólną tendencją w rozwoju obrabiarek skrawających jest dążenie do wzrostu wydajności. Ta tendencja przejawia się m.in. w formie rosnących parametrów kinematycznych, tj. prędkości obrotowych i liniowych, ale i przyspieszeń. Wzrastające prędkości przyczyniają się do coraz większego wpływu drgań wymuszonych o wyższych częstotliwościach na jakość działania obrabiarki. Jedną z możliwych dróg przeciwdziałania takiemu stanowi rzeczy jest dążenie do zmniejszenia albo i całkowitego usunięcia elementów mechanicznych takich jak wałki, koła zębate, łożyska z łańcuchów kinematycznych napędów obrabiarkowych. Prowadzi to do powstania napędów zintegrowanych, tzn. do łączenia zespołów silnika i zespołu roboczego obrabiarki (zespołu napędzanego) w jedną funkcjonalną całość. Przykładem takiego rozwiązania konstrukcyjnego napędu zintegrowanego jest tzw. elektrowrzeciono. Na rys. 1 przedstawiono schematycznie koncepcję elektrowrzeciona [1]. Zespół roboczy napędzany, tj. wrzeciono, który jest ułożyskowany w korpusie zwanym wrzeciennikiem, w klasycznym rozwiązaniu konstrukcyjnym napędzany jest poprzez łańcuch kinematyczny, zawierający silnik napędowy i liczne koła zębate, pasowe oraz wałki i łożyska (te elementy znajdują się albo w oddzielnym korpusie zwanym skrzynka prędkości albo w korpusie wrzeciennika). Natomiast rozwiązanie konstrukcyjne elektrowrzeciona na rys. 1 jest pozbawione łańcucha kinematycznego, przy czym stojan silnika elektrycznego jest zamocowany (unieruchomiony) w korpusie wrzeciennika, a wirnik silnika jest zamocowany na wale wrzeciona. Tak więc wrzeciono i wirnik silnika stanowią jeden wspólny zintegrowany zespół, a korpus wrzeciennika i stojan silnika drugi, wspólny, zintegrowany zespół. Najważniejszą zaletą takiego zintegrowanego rozwiązania konstrukcyjnego napędu wrzeciona jest wyraźne zmniejszenie liczby elementów mechanicznych w łańcuchu kinematycznym, co pozwala na wyższe prędkości obrotowe wrzeciona, które do tej pory były ograniczone możliwością powstawania drgań elementów wirujących (kół zębatych, wałków).

120 J. KOSMOL, K. LEHRICH Kanały chłodzące Wrzeciennik chłodzony cieczą Stojan Wrzeciono Łożyska tylne Wirnik Łożyska przednie Zasilanie stojana Wylot cieczy chłodzącej Wlot cieczy chłodzącej Rys. 1. Koncepcja elektrowrzeciona obrabiarki Przedstawione na rys. 1 rozwiązanie konstrukcyjne ma także istotną wadę, której klasyczne rozwiązania napędów wrzecion nie posiadają. Nieuniknione straty ciepła w silniku napędowym, zamkniętym obecnie w korpusie wrzeciennika, oddziaływają na łożyskowanie wrzeciona i samo wrzeciono, powodując jego odkształcenia cieplne [3],[4]. Te ostatnie znacząco mogą pogorszyć jakość działania obrabiarki, przyczyniając się do błędów geometrycznych przedmiotów wykonywanych na takiej obrabiarce. Z punktu widzenia projektanta obrabiarki istotna jest wiedza o wpływie prędkości obrotowej wrzeciona na wysokość i rozkład temperatury wewnątrz wrzeciennika oraz na odkształcenia cieplne, występujące przede wszystkim na końcu wrzeciona (tam, gdzie mocowany jest przedmiot obrabiany lub narzędzie skrawające). Na podstawie tej wiedzy projektant może skonstruować odpowiedni układ chłodzenia elektrowrzeciona, a zwłaszcza strukturę kanałów chłodzących. 2. PRZEDMIOT BADAŃ MODELOWYCH W artykule przedstawiono metodę badań cieplnych elektrowrzeciona obrabiarki na przykładzie wrzeciennika prototypowego centrum frezarskiego, pokazanego na rys. 2. W obrabiarce tej zastosowano elektryczny silnik synchroniczny umożliwiający bezstopniową zmianę prędkości 0 12 000 obr/min. Regulacja prędkości odbywa się w dwóch zakresach, w zakresie tzw. stałego momentu (0 4.300 obr/min), kiedy steruje się napięciem wirnika oraz w zakresie tzw. stałej mocy (4.300 obr/min 12.000 obr/min), kiedy steruje się polem magnetycznym (poprzez osłabienie strumienia magnetycznego). Sposób sterowania prędkością ma zasadniczy wpływ na ilość ciepła powstającego w silniku elektrycznym. Ponieważ konstrukcja wrzeciennika z elektrowrzecionem została opracowana przez doświadczonych projektantów [2], przyjęto, że jest ona właściwa. Celem badań symulacyjnych była ocena stanu cieplnego takiego elektrowrzeciona w funkcji prędkości

MODEL CIEPLNY ELEKTROWRZECIONA 121 obrotowej i odpowiedź na pytanie: czy możliwa jest prawidłowa eksploatacja elektrowrzeciona w zakresie do 12.000 obr/min. wrzeciennik silnik liniowy łoże stół elektrowrzeciono Rys. 2. Prototyp centrum frezarskiego [2 ] Na podstawie dokumentacji CAD wrzeciennika utworzono modele MES (rys. 3) w systemie Ansys. Analizę numeryczną przeprowadzono jako analizę liniową. Rys.3. Fragment modelu geometrycznego MES wrzeciennika Najistotniejsze, z punktu widzenia celu symulacji, były: źródła ciepła występujące we wrzecienniku, parametry cieplne determinujące rozpływ ciepła. Na rys. 4 zaznaczono najważniejsze źródła ciepła, które zostały zdefiniowane dla celów niniejszej analizy. Są to: ciepło wytwarzane w samym silniku elektrycznym (J), które powstaje w wyniku przepływu prądu przez uzwojenia stojana silnika, ciepło wytwarzane w łożyskach wrzeciona (przednich i tylnych) w wyniku oporów tarcia (łożyska stosowane we wrzecienniku są wstępnie napięte, stąd opory ruchu na biegu jałowym są funkcją tego napięcia).

122 J. KOSMOL, K. LEHRICH Ponieważ badania symulacyjne prowadzono dla stanu nieobciążonego (na biegu jałowym), nie definiowano dodatkowych oporów ruchu, wynikających np. z sił skrawania. Rys. 4. Miejsca usytuowania źródeł ciepła we wrzecienniku Ciepło powstające w łożyskach przyjęto jako wprost proporcjonalne do napięcia wstępnego (w tym przypadku do 10% nośności dynamicznej łożysk C d ) oraz do prędkości obrotowej wrzeciona n WR (1) gdzie: Q Ł ciepło powstające w łożysku tocznym, C d nośność dynamiczna łożyska, n WR prędkość obrotowa wrzeciona, µ współczynnik tarcia w łożysku tocznym, k współczynnik proporcjonalności wynikający z wymiarów geometrycznych łożyska. Ciepło powstające w silniku elektrycznym Q s (w stojanie silnika, ponieważ wirnik silnika miał postać magnesów trwałych) przyjęto jako proporcjonalne do mocy traconej przy przepływie prądu i przez przewodnik o rezystancji R (rezystancja uzwojenia trójfazowego): (2) gdzie: Q s ciepło powstające w silniku elektrycznym, i wartość skuteczna prądu płynącego w stojanie, R rezystancja uzwojenia stojana (jednej fazy).

MODEL CIEPLNY ELEKTROWRZECIONA 123 Zasadniczy problem, jaki występuje przy obliczaniu ciepła Q s, wiąże się ze znajomością prądu i w funkcji prędkości obrotowej n WR. W silniku, w którym wirnik ma postać magnesu trwałego, strumień wzbudzenia jest nieregulowany. Aby można było sterować prędkością obrotową w zakresie osłabionego strumienia wzbudzenia do stojana silnika należy doprowadzić dodatkowy prąd (wyższy aniżeli wynika to z potrzeb momentu elektromagnetycznego), który wytworzy pole magnetyczne skierowane przeciwnie do pola magnetycznego wytwarzanego przez magnesy trwałe wirnika. Znajomość charakterystyki prądowej jako funkcji prędkości obrotowej jest w tym przypadku konieczna. Na rys. 5 przedstawiono taką charakterystykę dla silnika, który był przedmiotem symulacji. i [A] i =55A dop 50 40 Obszar osłabionego strumienia 30 20 10 n =4300 WR 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 n WR [obr/min] Rys. 5. Charakterystyka prądowa silnika synchronicznego na biegu jałowym Z rys. 5 wynika m.in., że przy prędkościach obrotowych powyżej 4.300 obr/min (jest to prędkość znamionowa silnika) wielkość prądu gwałtownie wzrasta i przy maksymalnej prędkości 12.000 obr/min niewiele różni się od maksymalnej dopuszczalnej dla takiego silnika wartości prądu, tj. 55A. Z tego rysunku wynika również jednoznacznie, że ilość ciepła powstającego w silniku wzrasta w sposób nieliniowy wraz z prędkością obrotową. W tablicy 1 przedstawiono wartości mocy źródeł ciepła, których użyto w badaniach symulacyjnych elektrowrzeciona. Moce źródeł ciepła obliczono dla 5 prędkości obrotowych, dla których przeprowadzono badania symulacyjne. Z informacji zawartych w tablicy wynika jednoznacznie, że o ilości ciepła wytwarzanego we wrzecienniku decyduje w pierwszym rzędzie silnik elektryczny oraz, że ze wzrostem prędkości obrotowej moc tracona w silniku rośnie silnie nieliniowo. Drugi istotny problem modelowania zjawisk cieplnych w elektrowrzecionie wiąże się z wartościami parametrów takich jak współczynniki konwekcji, promieniowania, przewodności cieplnej czy ciepła właściwego. Znaczące trudności w zidentyfikowaniu rzeczywistych wartości tych parametrów spotyka się w odniesieniu do materiałów na magnesy trwałe, w tym przypadku Alliance N-33 Neodymium Iron Boron. Producenci silników z magnesami trwałymi nie publikują takich informacji, a ich precyzyjna znajomość jest nieodzowna do uzyskania realnych wartości temperatury.

124 J. KOSMOL, K. LEHRICH Tablica 1. Moce źródeł ciepła przyjęte do badań symulacyjnych Prędkość obrotowa Podpora przednia Podpora tylna Straty w silniku wrzeciona (straty w łożysku) (straty w łożysku) obr/min W W W 1000 21,0 16,4 5,7 7000 1126,0 114,9 40,4 9000 1701,0 147,7 51,8 10000 1935,0 164,1 57,5 12000 2274,0 196,9 69,0 Na rys. 6a przedstawiono przykładowo powierzchnie konwekcyjne zdefiniowane dla potrzeb symulacji, a na rys. 6b strumienie ciepła w kanałach chłodzących. W silniku zastosowano wymuszony układ chłodzenia za pomocą pompy i chłodnicy. Dla celów badań symulacyjnych elektrowrzeciona przyjęto, że temperatura cieczy chłodzącej na wejściu do elektrowrzeciona jest stała (22 0 C), a ilość odprowadzanego ciepła przez ciecz chłodzącą jest proporcjonalna do natężenia przepływu cieczy (dla zastosowanej pompy 7 dm 3 /min), ciepła właściwego cieczy (glikol 75%) i różnicy temperatur na wyjściu i wejściu do elektrowrzeciona. Tę ilość ciepła w postaci strumieni cieplnych przypisano do kanałów chłodzących, proporcjonalnie do ich powierzchni. Rys. 6. Definicja warunków cieplnych a) zdefiniowane powierzchnie konwekcyjne, b) strumienie cieplne w kanałach chłodzących 3. PRZYKŁADOWE WYNIKI SYMULACJI Dla zdefiniowanego modelu cieplnego elektrowrzeciona przeprowadzono badania symulacyjne rozpływu ciepła i rozkładu temperatury. Badano przebieg temperatury w funkcji czasu dla wybranych 5 prędkości obrotowych. Na rys. 7 przedstawiono przykładowy stan cieplny wrzeciennika dla n WR = 1000 obr/min po 10 i 120 minutach, natomiast na rys. 8 zbiorcze zestawienie przebiegu temperatury w wybranych punktach wrzeciennika.

MODEL CIEPLNY ELEKTROWRZECIONA 125 Rys. 7. Przykładowe obrazy cieplne dla n WR = 1000 obr/min po 10 min (a) i 120 min (b) Z rys. 8 wynika, że dla prędkości obrotowej n WR = 1000 obr/min temperatury nie przekraczają 35 o C, natomiast na rys. 9 przedstawiono taki sam przebieg temperatury jak na rys. 8, ale dla prędkości n WR = 12.000 obr/min. temperatura, ºC 34 32 30 28 26 24 22 20 0 20 40 60 80 100 120 140 Rys. 8. Przebiegi temperatury w wybranych punktach dla n WR = 1000 obr/min Z rys. 12 wynika, że przy prędkości n = 12.000obr/min stan cieplny wrzeciennika można uznać za niebezpieczny. Temperatura w łożyskach przekracza 80 o C, a w silniku sięga 120 o C. Można się więc spodziewać, że przy prędkościach zbliżonych do maksymalnych warunki pracy elektrowrzeciona mogą być niezadowalające (niebezpieczeństwo zatarcia łożysk lub demagnetyzacji wirnika silnika). 4. PODSUMOWANIE czas, min pierścień zewnętrzny łożysk przednich 1 i 2 pierścień wewnętrzny łożysk przednich 1 i 2 pierścień zewnętrzny łożyska przedniego 3 pierścień wewnętrzny łożyska przedniego 3 pierścień zewnętrzny łożyska tylnego 4 pierścień wewnętrzny łożyska tylnego 4 pierścień zewnętrzny łożyska tylnego 5 pierścień wewnętrzny łożyska tylnego 5 stojan silnika Wzrost parametrów kinematycznych w zespołach obrabiarkowych może wymagać badań symulacyjnych poprzedzających wytwarzanie nowych rozwiązań konstrukcyjnych. Warunkiem uzyskania wiarygodnych wyników symulacji jest w pierwszym rzędzie precyzyjne zdefiniowanie mocy źródeł ciepła, zwłaszcza związanych z przepływem prądu w

126 J. KOSMOL, K. LEHRICH silniku oraz precyzyjne zidentyfikowanie parametrów cieplnych, zwłaszcza dotyczących tych grup materiałowych, z których wykonuje się magnesy trwałe. 140 120 tempe ratura, ºC 100 80 60 40 20 0 20 40 60 80 100 120 140 czas, min pierścień zewnętrzny łożysk przednich 1 i 2 pierścień wewnętrzny łożysk przednich 1 i 2 pierścień zewnętrzny łożyska przedniego 3 pierścień wewnętrzny łożyska przedniego 3 pierścień zewnętrzny łożyska tylnego 4 pierścień wewnętrzny łożyska tylnego 4 pierścień zewnętrzny łożyska tylnego 5 pierścień wewnętrzny łożyska tylnego 5 stojan silnika Rys. 9. Przebiegi temperatury w wybranych punktach dla n = 12.000 obr/min Model cieplny elektrowrzeciona musi uwzględnić model układu chłodzącego, bowiem nawet przy niskich prędkościach obrotowych temperatura we wrzecienniku przekroczy wartości dopuszczalne, jeżeli wyłączony zostanie układ chłodzący (w artykule nie przytoczono tych wyników badań symulacyjnych). LITERATURA 1. Kosmol J.: Serwonapędy obrabiarek sterowanych numerycznie. Warszawa: WNT, 1998 2. Dokumentacja konstrukcyjna centrum frezarskiego FV-2.Pruszków: CBKO, 2008. 3. Jędrzejewski J.: Thermal problem in machine tools design and operation. In: Introduction to Precision Machine Design and Error Assesment. CRC Press, Taylor&Francis Group, London, 2009, p. 75-128 4. Jędrzejewski J., Modrzycki W.: High-speed machining centre modeling and simulation problems. Open and global manufacturing design. Machine Engineering 2005, No 2, p. 205 211. THERMAL MODEL OF ELECTROSPINDEL Summary. The paper presents an numerical model of electrospindel using finite elements method. Some results of simulation are shown. The flux of warmth and temperature distribution as a function of rotational speed of spindle are shown.