Как найти максимальную частоту вращения

Возникла необходимость узнать мощность или частоту оборотов вала и другие параметры электродвигателя, но после внимательного осмотра на его корпусе не нашлось таблички (шылдика) с его наименованием и техническими параметрами. Придется определять самому, для этого есть несколько способов и мы их рассмотрим ниже.

Мощность электродвигателя представляет из себя скорость преобразования электрической энергии, ее принято определять в ваттах.

Чтоб осознать, как это работает, нам понадобится 2 величины: сила тока и напряжение. Сила тока — численность тока, которое проходит через поперечное сечение за некий отрезок времени, ее принято определять в амперах. Напряжение — значение, равная работе по перемещению заряда меж 2-мя точками цепи, ее принято определять в вольтах.

Для расчета мощности используется формула N = A/t, где:

N – мощность;

А – работа;

t – время.

Часто электродвигатель поступает с завода с уже указанными техническими параметрами. Но заявленная мощность не всегда соответствует фактической, а скорее всего она может значить лишь максимальную мощность электропотока.

Так что если на вашем электроинструменте указана, например, мощность в 500 ват, это совсем не значит что инструмент будит потреблять точно 500 ват.

Электродвигатели производят стандартной дискретной мощности, линейки типа 1.5,  2.2,  4 кВт.

Еще более опытным в этом деле окажется обмотчик, специалист который занимается перемоткой электродвигателей со 100%-ой уверенностью определит технические параметры вашего электродвигателя.

Если табличка с характеристиками двигателя потеряна для подсчета мощности двигателя нужно измерить силу тока на обмотках ротора и с помощью стандартной формулы найти потребляемую мощность электродвигателя. 

Основные способы определения мощности двигателя

Определение мощности по току. Для этого подключаем двигатель в сеть и контролируем напряжение. Затем поочередно, в цепь каждой из обмоток статора включаем амперметр и замеряем потребляемый ток. После того как мы нашли суму потребляемых токов, полученное число необходимо умножить на фиксированное напряжение в результате получим число определяющее мощность электродвигателя в ваттах.

Определяем мощность по габаритам. Нужно измерить диаметр сердечника (с внутренней стороны) и его длину.

Дальше если знаем частоту сети нужно узнать синхронную частоту вращения вала.

Умножаем синхронную частоту вращения вала на диаметр сердечника (в сантиметрах) полученную цифру умножаем на 3.14 затем разделяем на частоту сети умноженную на 120. Полученное значение мощности будит в киловаттах.

Замер по счетчику. Способ считается самым простым. Для этого, для чистоты эксперимента, отключаем все нагрузки в доме. Дальше необходимо включить двигатель на определенное время (например 10 минут) На щетчике будит видно разницу в киловаттах по ней уже легко можно высчитать сколько киловаттах потребляет двигатель. Удобней всего будит воспользоваться портативным электросчетчиком который показывает потребление в киловаттах (ваттах) в режиме реального времени.

Определяем рабочее количество оборотов двигателя.

I. Механика

Тестирование онлайн

Так как линейная скорость равномерно меняет направление, то движение по окружности нельзя назвать равномерным, оно является равноускоренным.

Угловая скорость

Выберем на окружности точку 1. Построим радиус. За единицу времени точка переместится в пункт 2. При этом радиус описывает угол. Угловая скорость численно равна углу поворота радиуса за единицу времени.

Период и частота

Период вращения T – это время, за которое тело совершает один оборот.

Частота вращение – это количество оборотов за одну секунду.

Частота и период взаимосвязаны соотношением

Связь с угловой скоростью

Линейная скорость

Каждая точка на окружности движется с некоторой скоростью. Эту скорость называют линейной. Направление вектора линейной скорости всегда совпадает с касательной к окружности. Например, искры из-под точильного станка двигаются, повторяя направление мгновенной скорости.

Рассмотрим точку на окружности, которая совершает один оборот, время, которое затрачено – это есть период T. Путь, который преодолевает точка – это есть длина окружности.

Центростремительное ускорение

При движении по окружности вектор ускорения всегда перпендикулярен вектору скорости, направлен в центр окружности.

Используя предыдущие формулы, можно вывести следующие соотношения

Точки, лежащие на одной прямой исходящей из центра окружности (например, это могут быть точки, которые лежат на спице колеса), будут иметь одинаковые угловые скорости, период и частоту. То есть они будут вращаться одинаково, но с разными линейными скоростями. Чем дальше точка от центра, тем быстрей она будет двигаться.

Закон сложения скоростей справедлив и для вращательного движения. Если движение тела или системы отсчета не является равномерным, то закон применяется для мгновенных скоростей. Например, скорость человека, идущего по краю вращающейся карусели, равна векторной сумме линейной скорости вращения края карусели и скорости движения человека.

Вращение Земли

Земля участвует в двух основных вращательных движениях: суточном (вокруг своей оси) и орбитальном (вокруг Солнца). Период вращения Земли вокруг Солнца составляет 1 год или 365 суток. Вокруг своей оси Земля вращается с запада на восток, период этого вращения составляет 1 сутки или 24 часа. Широтой называется угол между плоскостью экватора и направлением из центра Земли на точку ее поверхности.

Связь со вторым законом Ньютона

Согласно второму закону Ньютона причиной любого ускорения является сила. Если движущееся тело испытывает центростремительное ускорение, то природа сил, действием которых вызвано это ускорение, может быть различной. Например, если тело движется по окружности на привязанной к нему веревке, то действующей силой является сила упругости.

Если тело, лежащее на диске, вращается вместе с диском вокруг его оси, то такой силой является сила трения. Если сила прекратит свое действие, то далее тело будет двигаться по прямой

Как вывести формулу центростремительного ускорения

Рассмотрим перемещение точки на окружности из А в В. Линейная скорость равна v_A и v_B соответственно. Ускорение – изменение скорости за единицу времени. Найдем разницу векторов.

Разница векторов есть . Так как , получим

Движение по циклоиде*

В системе отсчета, связанной с колесом, точка равномерно вращается по окружности радиуса R со скоростью , которая изменяется только по направлению. Центростремительное ускорение точки направлено по радиусу к центру окружности.

Теперь перейдем в неподвижную систему, связанную с землей. Полное ускорение точки А останется прежним и по модулю, и по направлению, так как при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой ускорение не меняется. С точки зрения неподвижного наблюдателя траектория точки А — уже не окружность, а более сложная кривая (циклоида), вдоль которой точка движется неравномерно.

Мгновенная скорость определяется по формуле

Движение по окружности с постоянной по модулю скоростью

теория по физике 🧲 кинематика

Криволинейное движение — движение, траекторией которого является кривая линия. Вектор скорости тела, движущегося по кривой линии, направлен по касательной к траектории. Любой участок криволинейного движения можно представить в виде движения по дуге окружности или по участку ломаной.

Движение по окружности с постоянной по модулю скоростью — частный и самый простой случай криволинейного движения. Это движение с переменным ускорением, которое называется центростремительным.

Особенности движения по окружности с постоянной по модулю скоростью:

1. Траектория движения тела есть окружность.
2. Вектор скорости всегда направлен по касательной к окружности.
3. Направление скорости постоянно меняется под действием центростремительного ускорения.
4. Центростремительное ускорение направлено к центру окружности и не вызывает изменения модуля скорости.

Период, частота и количество оборотов

Пусть тело двигается по окружности беспрерывно. Когда оно сделает один оборот, пройдет некоторое время. Когда тело сделает еще один оборот, пройдет еще столько же времени. Это время не будет меняться, потому что тело движется с постоянной по модулю скоростью. Такое время называют периодом.

Период — время одного полного оборота. Обозначается буквой T. Единица измерения — секунды (с).

t — время, в течение которого тело совершило N оборотов

За один и тот же промежуток времени тело может проходить лишь часть окружности или совершать несколько единиц, десятков, сотен или более оборотов. Все зависит от длины окружности и модуля скорости.

Частота — количество оборотов, совершенных в единицу времени. Обозначается буквой ν («ню»). Единица измерения — Гц.

N — количество оборотов, совершенных телом за время t.

Период и частота — это обратные величины, определяемые формулами:

Количество оборотов выражается следующей формулой:

Пример №1. Шарик на нити вращается по окружности. За 10 секунд он совершил 20 оборотов. Найти период и частоту вращения шарика.

Линейная и угловая скорости

Линейная скорость

Линейная скорость — это отношение пройденного пути ко времени, в течение которого этот путь был пройден. Обозначается буквой v. Единица измерения — м/с.

l — длина траектории, вдоль которой двигалось тело за время t

Линейную скорость можно выразить через период. За один период тело делает один оборот, то есть проходить путь, равный длине окружности. Поэтому его скорость равна:

R — радиус окружности, по которой движется тело

Если линейную скорость можно выразить через период, то ее можно выразить и через частоту — величину, обратную периоду. Тогда формула примет вид:

Выразив частоту через количество оборотов и время, в течение которого тело совершало эти обороты, получим:

Угловая скорость

Угловая скорость — это отношение угла поворота тела ко времени, в течение которого тело совершало этот поворот. Обозначается буквой ω. Единица измерения — радиан в секунду (рад./с).

ϕ — угол поворота тела. t — время, в течение которого тело повернулось на угол ϕ

Радиан — угол, соответствующий дуге, длина которой равна ее радиусу. Полный угол равен 2π радиан.

За один полный оборот тело поворачивается на 2π радиан. Поэтому угловую скорость можно выразить через период:

Выражая угловую скорость через частоту, получим:

Выразив частоту через количество оборотов, формула угловой скорости примет вид:

Сравним две формулы:

Преобразуем формулу линейной скорости и получим:

Отсюда получаем взаимосвязь между линейной и угловой скоростями:

Полезные факты

• У вращающихся прижатых друг к другу цилиндров линейные скорости точек их поверхности равны: v₁ = v₂.
• У вращающихся шестерен линейные скорости точек их поверхности также равны: v₁ = v₂.
• Все точки вращающегося твердого тела имеют одинаковые периоды, частоты и угловые скорости, но разные линейные скорости. T₁ = T₂, ν₁ = ν₂, ω₁ = ω₂. Но v₁ ≠ v₂.

Пример №2. Период обращения Земли вокруг Солнца равен одному году. Радиус орбиты Земли равен 150 млн. км. Чему примерно равна скорость движения Земли по орбите? Ответ округлить до целых.

В году 365 суток, в одних сутках 24 часа, в 1 часе 60 минут, в одной минуте 60 секунд. Перемножив все эти числа между собой, получим период в секундах.

За каждую секунду Земля проходит расстояние, равное примерно 30 км.

Центростремительное ускорение

Центростремительное ускорение — ускорение с постоянным модулем, но меняющимся направлением. Поэтому оно вызывает изменение направления вектора скорости, но не изменяет его модуль. Центростремительное ускорение обозначается как a_ц.с.. Единица измерения — метры на секунду в квадрате (м/с 2 ). Центростремительное ускорение можно выразить через линейную и угловую скорости, период, частоту и количество оборотов/время:

Пример №3. Рассчитать центростремительное ускорение льва, спящего на экваторе, в системе отсчета, две оси которой лежат в плоскости экватора и направлены на неподвижные звезды, а начало координат совпадает с центром Земли.

Спящий лев сделает один полный оборот тогда, когда Земля сделает один оборот вокруг своей оси. Земля делает это за время, равное 1 сутки. Поэтому период обращения равен 1 суткам. Количество секунд в сутках: 1 сутки = 24•60•60 секунд = 86400 секунд = 86,4∙10 3 секунд.

Радиус Земли равен 6400 км. В метрах это будет 6,4∙10 6 . Теперь у нас есть все, что нужно для вычисления центростремительного ускорения. Подставляем данные в формулу:

Алгоритм решения

1. Записать исходные данные.
2. Записать формулу для определения искомой величины.
3. Подставить известные данные в формулу и произвести вычисления.

Решение

Записываем исходные данные:

• Радиус окружности, по которой движется автомобиль: R = 100 м.
• Скорость автомобиля во время движения по окружности: v = 20 м/с.

Формула, определяющая зависимость центростремительного ускорения от скорости движения тела:

Подставляем известные данные в формулу и вычисляем:

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Точка движется по окружности радиусом R с частотой обращения ν. Как нужно изменить частоту обращения, чтобы при увеличении радиуса окружности в 4 раза центростремительное ускорение точки осталось прежним?

а) увеличить в 2 раза б) уменьшить в 2 раза в) увеличить в 4 раза г) уменьшить в 4 раза

Алгоритм решения

1. Записать исходные данные.
2. Определить, что нужно найти.
3. Записать формулу зависимости центростремительного ускорения от частоты.
4. Преобразовать формулу зависимости центростремительного ускорения от частоты для каждого из случаев.
5. Приравнять правые части формул и найти искомую величину.

Решение

Запишем исходные данные:

Центростремительное ускорение определяется формулой:

Запишем формулы центростремительного ускорения для 1 и 2 случаев соответственно:

Так как центростремительное ускорение в 1 и 2 случае одинаково, приравняем правые части уравнений:

Произведем сокращения и получим:

Это значит, чтобы центростремительное ускорение осталось неизменным после увеличения радиуса окружности в 4 раза, частота должна уменьшиться вдвое. Верный ответ: «б».

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Как определить модуль скорости на окружности

I. Механика

Тестирование онлайн

Так как линейная скорость равномерно меняет направление, то движение по окружности нельзя назвать равномерным, оно является равноускоренным.

Угловая скорость

Выберем на окружности точку 1. Построим радиус. За единицу времени точка переместится в пункт 2. При этом радиус описывает угол. Угловая скорость численно равна углу поворота радиуса за единицу времени.

Период и частота

Период вращения T — это время, за которое тело совершает один оборот.

Частота вращение — это количество оборотов за одну секунду.

Частота и период взаимосвязаны соотношением

Связь с угловой скоростью

Линейная скорость

Каждая точка на окружности движется с некоторой скоростью. Эту скорость называют линейной. Направление вектора линейной скорости всегда совпадает с касательной к окружности. Например, искры из-под точильного станка двигаются, повторяя направление мгновенной скорости.

Рассмотрим точку на окружности, которая совершает один оборот, время, которое затрачено — это есть период T. Путь, который преодолевает точка — это есть длина окружности.

Центростремительное ускорение

При движении по окружности вектор ускорения всегда перпендикулярен вектору скорости, направлен в центр окружности.

Используя предыдущие формулы, можно вывести следующие соотношения

Точки, лежащие на одной прямой исходящей из центра окружности (например, это могут быть точки, которые лежат на спице колеса), будут иметь одинаковые угловые скорости, период и частоту. То есть они будут вращаться одинаково, но с разными линейными скоростями. Чем дальше точка от центра, тем быстрей она будет двигаться.

Закон сложения скоростей справедлив и для вращательного движения. Если движение тела или системы отсчета не является равномерным, то закон применяется для мгновенных скоростей. Например, скорость человека, идущего по краю вращающейся карусели, равна векторной сумме линейной скорости вращения края карусели и скорости движения человека.

Вращение Земли

Земля участвует в двух основных вращательных движениях: суточном (вокруг своей оси) и орбитальном (вокруг Солнца). Период вращения Земли вокруг Солнца составляет 1 год или 365 суток. Вокруг своей оси Земля вращается с запада на восток, период этого вращения составляет 1 сутки или 24 часа. Широтой называется угол между плоскостью экватора и направлением из центра Земли на точку ее поверхности.

Связь со вторым законом Ньютона

Согласно второму закону Ньютона причиной любого ускорения является сила. Если движущееся тело испытывает центростремительное ускорение, то природа сил, действием которых вызвано это ускорение, может быть различной. Например, если тело движется по окружности на привязанной к нему веревке, то действующей силой является сила упругости.

Если тело, лежащее на диске, вращается вместе с диском вокруг его оси, то такой силой является сила трения. Если сила прекратит свое действие, то далее тело будет двигаться по прямой

Как вывести формулу центростремительного ускорения

Рассмотрим перемещение точки на окружности из А в В. Линейная скорость равна v_A и v_B соответственно. Ускорение — изменение скорости за единицу времени. Найдем разницу векторов.

Разница векторов есть . Так как , получим

Движение по циклоиде*

В системе отсчета, связанной с колесом, точка равномерно вращается по окружности радиуса R со скоростью , которая изменяется только по направлению. Центростремительное ускорение точки направлено по радиусу к центру окружности.

Теперь перейдем в неподвижную систему, связанную с землей. Полное ускорение точки А останется прежним и по модулю, и по направлению, так как при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой ускорение не меняется. С точки зрения неподвижного наблюдателя траектория точки А — уже не окружность, а более сложная кривая (циклоида), вдоль которой точка движется неравномерно.

Мгновенная скорость определяется по формуле

Движение по окружности с постоянной по модулю скоростью

теория по физике 🧲 кинематика

Криволинейное движение — движение, траекторией которого является кривая линия. Вектор скорости тела, движущегося по кривой линии, направлен по касательной к траектории. Любой участок криволинейного движения можно представить в виде движения по дуге окружности или по участку ломаной.

Движение по окружности с постоянной по модулю скоростью — частный и самый простой случай криволинейного движения. Это движение с переменным ускорением, которое называется центростремительным.

Особенности движения по окружности с постоянной по модулю скоростью:

1. Траектория движения тела есть окружность.
2. Вектор скорости всегда направлен по касательной к окружности.
3. Направление скорости постоянно меняется под действием центростремительного ускорения.
4. Центростремительное ускорение направлено к центру окружности и не вызывает изменения модуля скорости.

Период, частота и количество оборотов

Пусть тело двигается по окружности беспрерывно. Когда оно сделает один оборот, пройдет некоторое время. Когда тело сделает еще один оборот, пройдет еще столько же времени. Это время не будет меняться, потому что тело движется с постоянной по модулю скоростью. Такое время называют периодом.

Период — время одного полного оборота. Обозначается буквой T. Единица измерения — секунды (с).

t — время, в течение которого тело совершило N оборотов

За один и тот же промежуток времени тело может проходить лишь часть окружности или совершать несколько единиц, десятков, сотен или более оборотов. Все зависит от длины окружности и модуля скорости.

Частота — количество оборотов, совершенных в единицу времени. Обозначается буквой ν («ню»). Единица измерения — Гц.

N — количество оборотов, совершенных телом за время t.

Период и частота — это обратные величины, определяемые формулами:

Количество оборотов выражается следующей формулой:

Пример №1. Шарик на нити вращается по окружности. За 10 секунд он совершил 20 оборотов. Найти период и частоту вращения шарика.

Линейная и угловая скорости

Линейная скорость

Линейная скорость — это отношение пройденного пути ко времени, в течение которого этот путь был пройден. Обозначается буквой v. Единица измерения — м/с.

l — длина траектории, вдоль которой двигалось тело за время t

Линейную скорость можно выразить через период. За один период тело делает один оборот, то есть проходить путь, равный длине окружности. Поэтому его скорость равна:

R — радиус окружности, по которой движется тело

Если линейную скорость можно выразить через период, то ее можно выразить и через частоту — величину, обратную периоду. Тогда формула примет вид:

Выразив частоту через количество оборотов и время, в течение которого тело совершало эти обороты, получим:

Угловая скорость

Угловая скорость — это отношение угла поворота тела ко времени, в течение которого тело совершало этот поворот. Обозначается буквой ω. Единица измерения — радиан в секунду (рад./с).

ϕ — угол поворота тела. t — время, в течение которого тело повернулось на угол ϕ

Радиан — угол, соответствующий дуге, длина которой равна ее радиусу. Полный угол равен 2π радиан.

За один полный оборот тело поворачивается на 2π радиан. Поэтому угловую скорость можно выразить через период:

Выражая угловую скорость через частоту, получим:

Выразив частоту через количество оборотов, формула угловой скорости примет вид:

Сравним две формулы:

Преобразуем формулу линейной скорости и получим:

Отсюда получаем взаимосвязь между линейной и угловой скоростями:

• У вращающихся прижатых друг к другу цилиндров линейные скорости точек их поверхности равны: v₁ = v₂.
• У вращающихся шестерен линейные скорости точек их поверхности также равны: v₁ = v₂.
• Все точки вращающегося твердого тела имеют одинаковые периоды, частоты и угловые скорости, но разные линейные скорости. T₁ = T₂, ν₁ = ν₂, ω₁ = ω₂. Но v₁ ≠ v₂.

Пример №2. Период обращения Земли вокруг Солнца равен одному году. Радиус орбиты Земли равен 150 млн. км. Чему примерно равна скорость движения Земли по орбите? Ответ округлить до целых.

В году 365 суток, в одних сутках 24 часа, в 1 часе 60 минут, в одной минуте 60 секунд. Перемножив все эти числа между собой, получим период в секундах.

За каждую секунду Земля проходит расстояние, равное примерно 30 км.

Центростремительное ускорение

Центростремительное ускорение — ускорение с постоянным модулем, но меняющимся направлением. Поэтому оно вызывает изменение направления вектора скорости, но не изменяет его модуль. Центростремительное ускорение обозначается как a_ц.с.. Единица измерения — метры на секунду в квадрате (м/с 2 ). Центростремительное ускорение можно выразить через линейную и угловую скорости, период, частоту и количество оборотов/время:

Пример №3. Рассчитать центростремительное ускорение льва, спящего на экваторе, в системе отсчета, две оси которой лежат в плоскости экватора и направлены на неподвижные звезды, а начало координат совпадает с центром Земли.

Спящий лев сделает один полный оборот тогда, когда Земля сделает один оборот вокруг своей оси. Земля делает это за время, равное 1 сутки. Поэтому период обращения равен 1 суткам. Количество секунд в сутках: 1 сутки = 24•60•60 секунд = 86400 секунд = 86,4∙10 3 секунд.

Радиус Земли равен 6400 км. В метрах это будет 6,4∙10 6 . Теперь у нас есть все, что нужно для вычисления центростремительного ускорения. Подставляем данные в формулу:

Алгоритм решения

1. Записать исходные данные.
2. Записать формулу для определения искомой величины.
3. Подставить известные данные в формулу и произвести вычисления.

Решение

Записываем исходные данные:

• Радиус окружности, по которой движется автомобиль: R = 100 м.
• Скорость автомобиля во время движения по окружности: v = 20 м/с.

Формула, определяющая зависимость центростремительного ускорения от скорости движения тела:

Подставляем известные данные в формулу и вычисляем:

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Точка движется по окружности радиусом R с частотой обращения ν. Как нужно изменить частоту обращения, чтобы при увеличении радиуса окружности в 4 раза центростремительное ускорение точки осталось прежним?

а) увеличить в 2 раза б) уменьшить в 2 раза в) увеличить в 4 раза г) уменьшить в 4 раза

Алгоритм решения

1. Записать исходные данные.
2. Определить, что нужно найти.
3. Записать формулу зависимости центростремительного ускорения от частоты.
4. Преобразовать формулу зависимости центростремительного ускорения от частоты для каждого из случаев.
5. Приравнять правые части формул и найти искомую величину.

Решение

Запишем исходные данные:

Центростремительное ускорение определяется формулой:

Запишем формулы центростремительного ускорения для 1 и 2 случаев соответственно:

Так как центростремительное ускорение в 1 и 2 случае одинаково, приравняем правые части уравнений:

Произведем сокращения и получим:

Это значит, чтобы центростремительное ускорение осталось неизменным после увеличения радиуса окружности в 4 раза, частота должна уменьшиться вдвое. Верный ответ: «б».

pазбирался: Алиса Никитина | обсудить разбор | оценить

Движение по окружности

Движение по окружности — простейший случай криволинейного движения тела. Когда тело движется вокруг некоторой точки, наряду с вектором перемещения удобно ввести угловое перемещение ∆ φ (угол поворота относительно центра окружности), измеряемое в радианах.

Зная угловое перемещение, можно вычислить длину дуги окружности (путь), которую прошло тело.

Если угол поворота мал, то ∆ l ≈ ∆ s .

Угловая скорость

При криволинейном движении вводится понятие угловой скорости ω , то есть скорости изменения угла поворота.

Определение. Угловая скорость

Угловая скорость в данной точке траектории — предел отношения углового перемещения ∆ φ к промежутку времени ∆ t , за которое оно произошло. ∆ t → 0 .

ω = ∆ φ ∆ t , ∆ t → 0 .

Единица измерения угловой скорости — радиан в секунду ( р а д с ).

Существует связь между угловой и линейной скоростями тела при движении по окружности. Формула для нахождения угловой скорости:

Нормальное ускорение

При равномерном движении по окружности, скорости v и ω остаются неизменными. Меняется только направление вектора линейной скорости.

При этом равномерное движение по окружности на тело действует центростремительное, или нормальное ускорение, направленное по радиусу окружности к ее центру.

a n = ∆ v → ∆ t , ∆ t → 0

Модуль центростремительного ускорения можно вычислить по формуле:

a n = v 2 R = ω 2 R

Докажем эти соотношения.

Рассмотрим, как изменяется вектор v → за малый промежуток времени ∆ t . ∆ v → = v B → — v A → .

В точках А и В вектор скорости направлен по касательной к окружности, при этом модули скоростей в обеих точках одинаковы.

По определению ускорения:

a → = ∆ v → ∆ t , ∆ t → 0

Взглянем на рисунок:

Треугольники OAB и BCD подобны. Из этого следует, что O A A B = B C C D .

Если значение угла ∆ φ мало, расстояние A B = ∆ s ≈ v · ∆ t . Принимая во внимание, что O A = R и C D = ∆ v для рассмотренных выше подобных треугольников получим:

R v ∆ t = v ∆ v или ∆ v ∆ t = v 2 R

При ∆ φ → 0 , направление вектора ∆ v → = v B → — v A → приближается к направлению на центр окружности. Принимая, что ∆ t → 0 , получаем:

a → = a n → = ∆ v → ∆ t ; ∆ t → 0 ; a n → = v 2 R .

При равномерном движении по окружности модуль ускорения остается постоянным, а направление вектора изменяется со временем, сохраняя ориентацию на центр окружности. Именно поэтому это ускорение называется центростремительным: вектор в любой момент времени направлен к центру окружности.

Запись центростремительного ускорения в векторной форме выглядит следующим образом:

Здесь R → — радиус вектор точки на окружности с началом в ее центре.

Тангенциальное ускорение

В общем случае ускорение при движении по окружности состоит из двух компонентов — нормальное, и тангенциальное.

Рассмотрим случай, когда тело движется по окружности неравномерно. Введем понятие тангенциального (касательного) ускорения. Его направление совпадает с направлением линейной скорости тела и в каждой точке окружности направлено по касательной к ней.

a τ = ∆ v τ ∆ t ; ∆ t → 0

Здесь ∆ v τ = v 2 — v 1 — изменение модуля скорости за промежуток ∆ t

Направление полного ускорения определяется векторной суммой нормального и тангенциального ускорений.

Движение по окружности в плоскости можно описывать при помощи двух координат: x и y. В каждый момент времени скорость тела можно разложить на составляющие v x и v y .

Если движение равномерное, величины v x и v y а также соответствующие координаты будут изменяться во времени по гармоническому закону с периодом T = 2 π R v = 2 π ω

[spoiler title=”источники:”]

http://b4.cooksy.ru/articles/kak-opredelit-modul-skorosti-na-okruzhnosti

[/spoiler]

Частота вращения шпинделя токарного и фрезерного станка – расчет числа оборотов по формуле

16.03.2020

1. Что такое скорость и частота вращения шпинделя
2. Типы шпинделей по числу оборотов
3. Как определить частоту вращения шпинделя
4. Расчет скорости вращения шпинделя токарного или фрезерного станка
5. Распространенные ошибки при выборе режимов резания
6. Рекомендации по выбору режима резания

При выборе режима обработки детали специалисту нужно в равной степени учитывать как производительность оборудования, так и чистоту исполнения готовой поверхности. Баланс между ними напрямую зависит от таких параметров, как скорость подачи и частота вращения шпинделя токарного или фрезерного станка.

Рассмотрим характеристики максимально подробно, ведь они особенно важны в условиях современной многозадачности техники. В одну-единственную программу управления может быть заложена и контурная резка, и нанесение гравировки, и расширение сквозных отверстий, причем пластиковых, металлических, деревянных, композитных заготовок, различающихся между собой структурой, размерами, сопротивлению резанию. Поэтому просто необходимо грамотно регулировать входные данные – чтобы избежать обжогов, шероховатостей, преждевременного затупления рабочих кромок.

Уделим внимание всему, что связано с настройкой.

Что такое скорость и частота вращения шпинделя

Начнем с определений. В случае с подачей это динамика линейного перемещения – вала, каретки, портала – за единицу времени. Оказывает прямое влияние на объем снятия материала, поэтому ее стараются максимизировать, но так, чтобы целостность резца не подвергалась риску. Если задать избыточное значение характеристики, такое, какое инструмент не сможет выдержать на практике, это обернется сколами на лезвии или деформацией хвостовика. Также нужно учитывать чрезмерный нагрев: в погоне за производительностью не стоит жертвовать остротой и ресурсом кромок.

В свою очередь, частота вращения шпинделя – это то количество оборотов, которое он совершает за определенный срок. Чем она выше, тем большее количество деталей можно обработать за единицу времени, но и тем быстрее резец выходит из строя. Почему? Потому что выделяемое в процессе гравировки или расточки тепло просто не рассеивается до конца и негативно влияет на все элементы системы в принципе. На практике величина данного параметра автоматически регулируется встроенной электроникой – в портальном оборудовании, в том числе и с ЧПУ, в составе которого нет конструкционно сложных механических узлов (например, коробок передач).

Типы шпинделей по числу оборотов

По данному показателю все валы разделяют на 3 категории:

• Маломощные – до 0,8 кВт включительно – устанавливаются на негабаритной технике, использующейся в небольших частных мастерских для решения упрощенных бытовых задач; развивают от 3 до 9 тысяч об/мин.
• Средние – от 1,5 до 5 кВт – применимы в стандартных условиях, для обработки заготовок из дерева, пластика, мягких металлов, а также для нанесения гравировки; поддерживают от 12 до 18 тысяч об/мин.
• Высокопроизводительные – от 5 кВт и выше – предназначены для промышленного оборудования, призванного решать самые масштабные и серьезные задачи; в общем случае доходят до 24 тысяч об/мин, хотя данный показатель не всегда является безусловным плюсом – те же твердосплавные или тонкие фрезы на такой скорости изнашиваются очень быстро.

Как определить частоту вращения шпинделя

Для этого необходимо создать технологическую карту изготовления детали. Вопрос решается в 5 этапов – рассмотрим каждый из них.

Уделяем внимание исходным данным

Нужно определить следующие параметры (в том числе и конкретные значения некоторых из них):

1. Тип материала заготовки – чаще всего это углеродистая сталь, но также может быть выбран чугун или цветмет; важно понимать, что от плотности и сопротивления металла (пластика, дерева) зависит усилие, прикладываемое к поверхности для снятия нужного слоя.
2. Диаметр детали – разброс здесь может быть довольно серьезным, плюс, следует учитывать еще и припуски, величина которых зависит от количества проходов и того класса точности, которого требуется достигнуть. Обычно проводятся черновые, чистовые, финишные операции, каждая из которых уменьшает не только степень шероховатости, но и размер сечения предмета.
3. Длина заготовки – чем она больше, тем серьезнее нагрузка на вал и на зону его крепления (хвостовик); а значит этот параметр тоже важно принимать во внимание.
4. Квалитет точности и необходимая степень шероховатости – прецизионная обработка возможна только на высокой скорости и при наличии ЧПУ, идеально позиционирующего инструмент и функциональные узлы по отношению друг к другу.

Применяем формулу оборотов шпинделя

Согласно ей, частота вращения находится как:

 Где:

• V – скорость резания или, другими словами, тот путь, который лезвие проходит за расчетную единицу времени, измеряется в м/мин;
• d – диаметр кромки резца, в мм;
• π – 3,14 – постоянная величина.

Свое влияние на производительность технологической операции оказывает преобразователь (облегчает изменение параметров) и инвертор (частично компенсирует потерю крутящего момента при резком замедлении вала). Но при прочих равных на первый план по степени важности выходит сечение лезвия и конструктивные особенности самого оборудования.

Выбираем инструмент и станок

Раз чрезмерная частота вращения шпинделя (из формулы и объяснений выше) убыстряет износ кромок, логично отдавать предпочтение резцу, способному выдерживать максимально большое количество оборотов. Для этого он должен быть исполнен из износостойкого сплава или просто оставаться подходящей формы. Например, фрезы для создания канавок продержатся дольше тех, что предназначены для создания плоских поверхностей.

Если есть такая возможность, обязательно проводите визуальный осмотр инструмента, внимательно проверяя его на отсутствие изъянов: даже мельчайшие дефекты со временем разовьются и точно убыстрят износ.

При выборе оборудования учитывайте, какие задачи оно будет решать. Нанесение резьбы требует одной производительности, сверление или формовка корпусных деталей – уже другой, блок ЧПУ может убыстрять или замедлять работу и так далее. Возможности промышленного будут отличаться о того, что предназначено для домашней мастерской, и тому подобное.

Выполняем расчет оборотов шпинделя и режима резания

Составляется технологическая карта, а уже на ее основе – необходимые чертежи с информативными таблицами. При этом частота находится путем подстановки значений в указанную формулу. Диаметр – это известная или, по крайней мере, измеряемая величина, скорость перемещения – тоже. Исходя из ее показателей и принимается решение о производительности, с которой будет функционировать оборудование.

Проводим заключительный этап

После этого осуществляется проверка, в ходе которой определяется:

• соответствие фактической мощности привода проектным данным;
• надежность механизма подачи в течение определенного срока;
• прочность пластинки и державки – чтобы спрогнозировать выход из строя;
• полнота сопутствующей технологической оснастки;
• время выполнения одной операции, а на его основании – себестоимость детали.

С учетом результатов пробного запуска делается вывод об эффективности и актуальности режима и устанавливается, нужно ли вносить какие-либо изменения.

Расчет скорости вращения шпинделя токарного или фрезерного станка

Зачастую происходит так, что по паспорту известно номинальное количество оборотов, но непонятно, насколько быстро лезвие оборудования проходит свой путь по заготовке. В таких случаях нужно лишь воспользоваться обратным соотношением:

Отсюда ясно, что два этих параметра взаимосвязаны, и один выражает собой другой, а значит влияет на:

1. Производительность труда – повышается, если деталь получается слишком дорогой в изготовлении; однако существенно увеличить его на практике можно далеко не всегда, даже если возможности спецтехники позволяют это сделать; вы помните – эксплуатация инструмента в слишком жестком режиме приводит к его перегреву и преждевременному износу.
2. Итоговую степень шероховатости поверхности – чем быстрее движется вал, тем более гладкой становится плоскость, но и тем сильнее нагрузка на лезвие, поэтому высокие обороты на практике используются не постоянно, а лишь при проведении отдельных операций, чаще всего чистовой обработки.

Распространенные ошибки при выборе режимов резания

Очень часто начинающие токари и фрезеровщики не согласовывают скорости – это оборачивается концентрацией напряжений на кромке, а значит повышает вероятность поломки инструмента в таких «критических» точках и вызывает другие проблемы.

Есть две классические ситуации:

• Максимальные обороты при медленной подаче – при этом серьезно падает качество обработки. Кроме того, резец будет не снимать стружку, а лишь давить на поверхность, сначала лишь шлифуя ее, а потом уже вызывая прижог; при этом не просто действуя вхолостую, а даже теряя в прочности, ведь будет наблюдаться отгибание кромки.
• Обратная ситуация приводит к тому, что лезвие убирает слишком много материала и вместе с тем испытывает чрезмерную нагрузку, в результате чего скалывается и оставляет царапины и другие дефекты на той плоскости, которая должна быть гладкой.

Поэтому на практике нужно проводить расчет частоты вращения шпинделя для каждой технологической операции и, на основе полученных результатов, соотносить подачу, чтобы обеспечивать не только скорость, но и точность, и безопасность процесса. Тем более что все величины можно принимать в некотором диапазоне – всегда есть место для допусков. Помните, что длительная эксплуатация инструмента – следствие правильного подхода, тогда как неожиданная поломка – результат допущенных ошибок.

И универсальный совет – проводите обработку в несколько этапов: сначала черновую, по максимуму снимая ненужный металл, потом чистовую, более медленно, и, наконец, финишную – для шлифовки мельчайших неровностей.

Рекомендации по выбору режима резания

Рассмотрим еще несколько распространенных случаев и те стандартные и проверенные на практике решения, которые допустимо и рационально применять в данных ситуациях.

Число оборотов шпинделя токарного станка слишком велико

Даже минимальное для оборудования количество может быть чрезмерным. Чаще всего это наблюдается тогда, когда лезвием большого диаметра пытаются обработать какой-то материал повышенной прочности. Можно предпринять следующее:

• Заменить инструмент – на тот, что выполнен из твердосплавного металла и обладает покрытием, защищающим от нагрева в условиях повышенных температур.
• Взять на вооружение HSM-технологию, в соответствии с которой первый проход выполняется на всю длину кромки, а дальнейшие – лишь на четверть; это позволит убыстрить процесс производства, не повышая степень износа или вероятность возникновения поломок.
• Снизить диаметр резца, благодаря чему замедлится динамика окружного движения.

Скорость подачи слишком мала

Если привод стабильно не обеспечивает необходимую производительность труда, можно принять одно из следующих решений:

• Взять фрезу с сечением побольше – совет выглядит банальным, но на практике многие новички пренебрегают таким, казалось бы, простым решением.
• Уменьшить количество оборотов вала вплоть до тех пор, пока мощность не дойдет до нижнего предела допуска, то есть руководствоваться принципом «медленно, но верно».
• Взять инструмент, у которого меньше зубьев – актуально для вязких материалов, так как позволяет упростить отвод стружки; вместо трех заходов отдайте предпочтение одному, и тем самым увеличите подачу на резец втрое.

Налипание отходов при фрезеровании алюминиевых деталей

Данный металл отличается низкой температурой плавления и поэтому в значительном количестве остается на поверхности разогревшейся кромки. Новички часто решают этот вопрос путем замедления техпроцесса, но ведь это значительно снижает производительность труда, и выпуск заготовок обходится дороже.

Поэтому нужно поступить по-другому, а именно пересмотреть состав смазочно-охлаждающей жидкости, а если он в норме, то использовать его в большем объеме. Если оборудование в принципе не потребляет СОЖ, необходимо внедрить одно из альтернативных решений, допустим, удалять стружку вакуумным методом или периодически продувать зону контакта сжатым воздухом.

Обработка глубоких отверстий

В данную категорию попадают те, чья глубина в 6 раз больше диаметра. В этой ситуации важно не столько число оборотов шпинделя (формула его вычисления не поменялась), сколько специфика выполнения операции. Чтобы предотвратить поломку лезвия или его уход с оси, следует:

• использовать сверло с параболическими канавками, а не фрезу;
• постоянно и под давлением подавать СОЖ – смазка сможет эффективно вымывать стружку;
• периодически вынимать инструмент – как раз чтобы выполнять отвод снятого материала;
• решать задачу последовательно, в два резца разных диаметров – первую половину проходить тем, что поуже, вторую – тем, что пошире;
• убыстрить процесс – так, чтобы отходы шли непрерывной спиралью.

Как фрезеровать пазы

Для этого необходимо правильно соотнести глубину и ширину стружки с производительностью оборудования. Вы уже знаете, как рассчитать обороты шпинделя, а значит сможете без проблем вычислить скорость, обладая данными о диаметре фрезы.

Поэтому сосредоточим внимание на других закономерностях. Например, на том факте, что погружение в деталь способствует более равномерному распределению нагрузок, но оно же усиливает отгиб кромки и ухудшает отвод отходов. Ну а увеличение ширины приводит к замедлению обработки, а значит к производственным потерям.

Оптимальное сочетание в данном случае находится опытным путем: необходимо протестировать технику в самых разных режимах, и найти тот, который сможет лучше всего удовлетворять условиям выпуска. Важный момент: пробная заготовка должна быть идентична «реальной» во всем, в том числе и в материале исполнения. Только такой подход обеспечит необходимую точность результатов.

Теперь, когда вы знаете о вопросе все, вплоть до единицы измерения частоты вращения шпинделя (об/мин), можете заранее рассчитать, какая скорость нужны для выполнения актуальных технологических операций, и выбрать подходящее оборудование. Ответственные заводы-изготовители конструируют свои станки с учетом актуальных потребностей предприятий, включая в базовую комплектацию разнообразие инструментов, решений и технологий для обработки самых разных заготовок из металла, пластика, дерева. Именно такой подход исповедует ижевский «Сармат», в каталоге которого вы найдете сразу ряд достойных моделей – надежных, удобных в пользовании, высокопроизводительных, экономичных.

Выделяют довольно большое количество различных параметров, которые должны учитываться.

Примером можно назвать то, что частота вращения шпинделя варьируется в достаточно большом диапазоне, выбирается в зависимости от области применения оборудования и многих других моментов. Самостоятельно определить частоту вращения шпинделя можно исключительно при проведении теоретических расчетов, фактический показатель указывается производителем оборудования в инструкции по эксплуатации. Рассмотрим подробнее то, как рассчитать скорость вращения шпинделя и какими особенностями обладает устанавливаемый узел на станках.

Определение частоты вращения

Часто определение частоты вращения шпинделя проводится при создании технологической карты получения того или иного изделия. Именно поэтому для определения точного значение нужно уделить внимание исходным данным. В большинстве случаев они выглядят следующим образом:

1. Тип применяемого материала при создании заготовки. В большинстве случаев эта сталь, которая обладает определенным показателем твердости, а также пределом прочности. В большинстве случаев заготовка представлена углеродистой сталью, которая характеризуется относительно невысокой степенью обрабатываемости. Также могут использоваться различные цветные сплавы, а также чугун. От типа применяемого материала во многом зависит то, какая нагрузка должна оказываться на поверхность для снятия определенного слоя материала. Во многом именно тип материала определяет скорость вращения шпинделя, который выбирается во всех случаях обработки.
2. Диаметр заготовки может варьироваться в достаточно широком диапазоне. При этом для расчета основных параметров учитывается величина припуска. Она разделяется на несколько проходов в зависимости от того, какой точности размеров и качества поверхности нужно добиться после механической обработки. Чаще всего точение разбивается на несколько основных операций: черновое, чистовое и финишное. При черновом, как правило, выбирается больший показатель снимаемого материала, за счет чего проводится уменьшение частоты вращения шпинделя. При чистовой обработке показатель может быть существенно повышен, так как нагрузка на основные элементы существенно снижается. Финишное резание позволяет получить низкую степень шероховатости, которая свойственна деталям, которые применяются при создании ответственных механизмов.
3. Длина обрабатываемой детали имеет значение при выборе основных параметров резания. Это связано с тем, что обработка может проводится в несколько этапов. Слишком большая длина изделия определяет существенное повышение нагрузки на шпиндель и крепление режущего инструмента.
4. Квалитет точности и требуемая шероховатость считаются важными параметрами, которые оказывают влияние на число оборотов шпинделя. Высокую точность можно достигнуть исключительно при выборе высокой скорости вращения шпинделя и применении более современного оборудования. Наиболее высокий показатель квалитета точности можно достигнуть при применении станков с ЧПУ, так как их конструкция характеризуется высокой жесткостью и точностью позиционирования отдельных узлов относительно друг друга.

Для определения рассматриваемого показателя применяется формула, которая выглядит следующим образом: n=1000V/nd. Приведенная выше информация указывает на то, что частота вращения во многом зависит от диаметра и скорости резания, определяется в самых различных случаях.

Измеряется рассматриваемый показатель в единице, которая определяет число сделанных оборотов в минуту. Эта единица считается мировой, применяется в большинстве случаев и может переводится в другие. При расчетах редко получается точный результат, поэтому берется приближенный параметр из таблицы.

Расчет режима резания вызывает довольно много трудностей при отсутствии требующейся информации. Основными параметрами можно назвать следующее:

1. Для начала уделяется внимание типу подходящего режущего инструмента, его материалу и геометрическим параметрам. В продаже встречается просто огромное количество различных вариантов исполнения инструментов, поэтому выбору следует уделять довольно много внимания. Режущая часть часто изготавливается из быстрорежущей стали, но также есть варианты исполнения, кромка которых представлена твердым износостойким сплавом. На токарном станке устанавливаются резцы, режущая кромка которых может повторять различную форму. Примером можно назвать проходные, отрезные резцы, а также варианты исполнения, предназначенные для получения канавок. Куда более сложная характерна для фрез, которые могут применяться для получения плоской поверхности. При непосредственном выборе инструмента рекомендуется проводить его визуальный осмотр, так как дефекты могут стать причиной повреждения инструмента и его быстрого износа, возникновения многих других проблем.
2. Следующий шаг заключается в непосредственном выборе подходящего станка для получения детали. В этом случае не стоит забывать о том, что все оборудование может работать при определенном диапазоне вращения шпинделя. Кроме этого, выбор проводится в зависимости от типа проводимой работы. Примером можно назвать то, что токарное оборудование может проводить лишь наружное точение, а также отрезание и расстачивание и некоторые другие работы. Весьма сложной задачей можно назвать нарезание резьбы, для чего также проводится выбор частоты вращения. Для получения корпусных деталей, сверления и других подобных операций часто выбирается фрезеровальное оборудование, работа которого возможна от блока числового программного управления. На сегодняшний день проводится выпуск достаточно большого количества различных моделей станков, некоторые из них могут устанавливаться в домашней мастерской и при этом имеют достаточно широкий диапазон частоты вращения.
3. Следует провести расчет режимов резания. Наиболее важными параметрами можно назвать скорость резания, величина подачи и многие другие моменты. Технологическая карта, как правило, представлена чертежом с режимами резания, которые выведены в отдельной таблице. В подобном случае также проводится указание показателя частоты вращения шпинделя, который выбирается с рекомендуемого диапазона. Частота вращения шпинделя – параметр, который определяет многое на момент обработки: степень нагрева кромки, ее износа, производительность оборудования и многое другое. Все оборудование может работать при определенной частоте вращения, которая выбирается путем выбора соответствующего режима резания. Основные параметры рассчитываются при применении определенных формул, которые можно встретить в самой различной технической документации.
4. Рекомендуется также проводить проверку выбранных режимов резания. При этом проводится расчет мощности привода, прочность механизма подач, уделяется внимание прочности державки и пластинки твердого сплава. Не стоит забывать о том, что неправильный выбор основных параметров становится причиной не только получения низкокачественного изделия, но и износу основных узлов. Подобные расчеты проводятся исключительно с учетом технических особенностей оборудования, а также выбранной оснастки.
5. Наиболее важным параметром принято считать также количество времени, которое требуется для выполнения конкретной операции. Этот показатель применяется для определения производительности и себестоимости изделия. Наименьший параметр характерен для станков с ЧПУ, так как они могут работать при высоких показателях частоты вращения шпинделя, а на перемещение основных узлов уходит минимальное количество времени. Именно поэтому подобное оборудование устанавливается в случае, когда нужно достигнуть высокий параметр производительности.

Заключительный этап связан с проверкой эффективности выбранного режима резания, а также правильности подобранного обрабатывающего оборудования.

При отсутствии основной информации рассчитать частоту вращения шпинделя об/мин практически невозможно. Однако, прибора, который позволит определить значение с высокой точностью, практически нет. Единица измерения определенного шпинделя может переводится в другие значения, к примеру, количество оборотов в течение минуты или часа.

Важно учитывать тот момент, что количеству оборотов будут соответствовать определенные условия обработки заготовки. К примеру, слишком высокое значение становится причиной повреждения инструмента, при слишком малом добиться требуемых параметров будет практически невозможно.

Скорость вращения шпинделя

При рассмотрении формулы, которая применяется для расчетов частоты вращения шпинделя, уделяется внимание скорости. Она также должна выбираться в зависимости от определенных условий эксплуатации оборудования. Для расчета скорости вращения -шпинделя станка может применяться формула: v=пdn/1000.

Скорость вращения токарного станка по металлу используется в качестве показателя скорости резания. От него зависит следующее:

1. Производительность труда. Стоимость изделия во многом зависит от того, сколько времени было потрачено на его получение. Для повышений производительности труда следует существенно повысить значение скорости резания. Однако это не всегда можно провести, так как слишком высокий показатель может привести к серьезным проблемам, к примеру, нагреву инструмента или износу основной части.
2. Шероховатость получаемой поверхности также варьирует в большом диапазоне. С увеличением скорости резания можно существенно повысить качество готового изделия. Поэтому высокие значения применяются в большинстве случаев при чистовом точении.

Выбор определенного показателя скорости вращения шпинделя проводится в зависимости от возможностей применяемого оборудования. Слишком высокий показатель нельзя устанавливать по причине того, что подобная эксплуатация оборудования приводит к сильному износу.

В заключение отметим, что неправильный расчет частоты вращения может привести к весьма тяжелым последствиям. Это связано с возможностью износа привода, а также других элементов. Не рекомендуется выбирать максимальные показателе частоты вращения и скорости резания, так как это может привести к повышенному износу и возможности износа применяемого инструмента.