09_Actu_mech (Конспект лекций по предмету, преподаватель Ляхова Н.Б.)

6

Исполнительные устройства. (Приводы)

По виду используемой силовой энергии различают приводы:

- электрический,

- пневматический,

- гидравлический,

- вибрационный,

- микропривод с применением МЭМС.

Механические элементы регулятора привода.

Механические элементы выполняют роль

- вычислителительного устройства - программатора (кулачок, рычаг),

- тактового генератора (распределительный вал),

- источника движения (прижина),

- масштабирующего устройства - пропорционального регулятора (рычаг, толкатель, редуктор на зубчатых колесах),

- преобразователя движения “вращение - линейное перемещение” (“винт - гайка”, зубчатые колесо - линейка с храповым механизмом), линейного (кривощип),

- формирователя ритма (“мальтийский крест”).

Кулачковый преобразователь привода состоит из командоаппарата (КА), приводящего в движение распределительный вал (РВ), на котором расположены кулачки (К). Изменение профиля кулачка вызывает перемещение толкателя (Т) и через рычажную передачу (Р) приводит в движение рабочий орган (РО) Кинематическую цепь (рычаги, ползун) замыкает пружина (ПР).

Пружина

Командоаппарат

l₁ l₂ Ро l

АСУ

Магнитный Рычаг ( l₂ / l₁ )

пускатель Толкатель ( h )

Асинхрон. Мех. Кулачок

двигатель редук.

Распределительный вал

Рис. Схема электро-механического привода.

Командоаппарат по сигналу АСУ включает магнитный пускатель, приводящий в движение асинхронный двигатель. Вращение вала двигателя через механический редуктор с передаточным числом i приводит в движение распределительный вал привода.

Длина перемещения рабочего органа: l = h ( l₂ / l₁ ).

Скорость перемещения : v = l / t = ( h l₂ n_рв ) / ( l₁ n_дв i ),

где t - время поворота РВ, n_дв- число оборотов вала асинхронного двигателя, n_рв- число оборотов распределительного вала.

Разновидностью кулачка является мальтийский крест - резной диск.

Мальтийский механизм служит для прерывистого поворота делительного (тактового) стола. Повторяющийся фрагмент кромки диска состоит из выемки типа “арки” и радиальной прорези. Передача движения осуществляется штифтом постоянно вращающегося кривошипа, входящим в радиальные прорези креста. При этом вращается ведомый диск - ”мальтийский крест” и ось делительного стола. Остальную часть поворота кривошипа стол остается неподвижным - период выстоя, когда выполняется работа на позициях делительного стола.

Ведущий диск Ось делительного стола

(кривошип) Ведомый диск

“мальтийский крест”

Штифт кривошипа

Рис. Схема привода типа “ мальтийский крест”.

Механический преобразователь вращательного движения в линейное типа “винт-гайка”(В/Г).

от АСУ

Регулятор Рабочий орган

Электродвигатель В / Г

Рис. Схема механического преобразователя.

Традиционные формы механических элементов системы передач могут быть выполнены в технологии МЭМС.

Пневматические и гидравлические приводы.

Закон Паскаля. Давление P, приложенное к жидкости и газу, находящимся в ограниченном объеме, передается во все точки внутри объема без изменения.

P_o = P_i F_o / S_o = F_i / S_i

F_o / F_i = S_o / S_i (выигрыш в силе за счет площади поршней),

F - сила, S - площадь.

F_o F_i

S_o S_i

Рис. Схема пневматического или гидравлического подъемника.

Пневматический привод использует силу сжатого воздуха с давлением от 700 КПа, получаемого от пневмосети. Для горизонтального перемещения в цилиндр с поршнем подается сжатый воздух попеременно то в одну, то в другую полость. При подаче сжатого воздуха смежная полость соединяется в атмосферой. При этом ось поршня совершает возвратно- поступательное движение.

Сжатый воздух

Рис. Схема пневмопривода горизонтального перемещения.

Для вращения сжатый воздух подается поочередно в два цилиндра, поршни которых жестко связаны штоком с зубчатой рейкой. С рейкой сцеплено зубчатое колесо, ось которого при этом вращается.

Рис. Пневмопривод вращения.

Поворотный пневматический двигатель имеет на входном валу лопасть, расположенную в торообразном корпусе с перегородкой. Она формирует 2 полости для воздуха, разделенные воздушной лопастью. Вращение вала происходит аналогично движению цилиндра.

Распределители воздуха могут быть золотниковые, клапанные, в виде струйной трубки или сопла-заслонки

Пневмопривод регулируется по перемещению установкой упоров, а по скорости - расходом воздуха. Точность регулировки низкая. Перемещение штока происходит с ударом, что требует амортизации в виде пружины,..). Грузоподъемность - до 15 кг. Степень подвижности - не более 4 (отдельный пневмоцилиндр для каждой координаты). Работа - по упорам. Наиболее простое перепрограммирование - перестановка упоров.

Цикл формируется (программируется) координацией работы нескольких пневмоцилиндров.

Возможно усложнение цикла с помощью барабана с программирующими упорами, расположенными по винтовой траектории. При повороте барабана на пути выступа штока пневмодвигателя оказываются программирующие упоры, задерживающие продвижение цилиндра на то время, пока упоры не будут сдвинуты в результате поворота барабана. Скорость вращения барабана аналогична тактовой частоте ЦВУ.

Непрерывное управление можно осуществить с помощью “дифференциальной осцилляции” - коротких импульсов сжатого воздуха, что влечет за собой сложность системы управления.

Пневмопривод может входить в состав следящего привода, например, сварочной головки для криволинейного шва (А -р.32). Сопло 2 струйного датчика давления закрепляется впереди мунштука с электродом и соединяется с камерой 1 гибким шлангом. Одной из стенок камеры 1 является мембрана 7, перемещающая золотник 6, который, в свою очередь управляет движением штока цилиндра 5. Шток поворачивает держатель электродов 3. Привод юстируется на определенный зазор С между свариваемыми деталями и соплом. При изменении зазора изменяется давление на мембрану 7. В результате держатель электродов поворачивается до тех пор, пока не восстановится зазор С.

д ержатель шток камера-5

э лектродов

c варочная

головка

мембрана-7

о т датчика

д авления

камера -1

от пневмосети

Рис. Схема пневматического регулятора следящего привода.

Пневмоника.

Пневмоника (греч. - дуновение) - струйная пневмо - гидро- автоматика для исполнительных и вычислительных устройств. Используется для реализации несложных устройств (не более нескольких тысяч элементов) в условиях:

- высоких температур,

- значительных перегрузок и ударов,

- интенсивного радиационного воздействия,

- действия внешних электрических и магнитных полей.

Пневмонические элементы используются в системах управления мощных роботов, манипуляторов, кондиционирования воздуха, вентиляционных сетях устройств создания микроклимата производственных помещений.

Быстродействие уступает электронным устройствам, но выше, чем у обычных пневматических устройств. Время переключения струйных реле (при сечении канала в доли мм² ) - порядка 0.1 мс, верхняя граница диапазона частот - порядка 1 КГц. Надежность - выше, если при замкнутой циркуляции использовать очищенные воздух и жидкости - устройства выдерживают 10.000.000 переключений.

4 3

1

2 5

Рис. Схема струйного элемента реле и элемента памяти.

Струя воздуха из сопла 1 под действием давления канала 4 прижимается к нижней стенке и поступает на выход 5. При создании повышенного давления в канале 2 струя поступает на выход 3. Струйный элемент может работать в режиме реле или элемента памяти, если после снятия давления на входе 2 струя остается примкнувшей к верхней стенке. Это реализуется аналогично недостаточно наклоненному чайнику, когда вода стекает по стенке, а не образует вертикальную струю. Для стирания создается давление в канале 4.

4 3

1

2 6 5

Рис. струйный логический элемент.

Можно создать величины входных давлений в каналах 2 и 6 такими, что для переброса струи будет достаточно подачи давления в один из каналов. Реализуется логический элемент ИЛИ. Поскольку в канале 4 большее сечение, чем у каналов 2 и 6, то при подаче входных сигналов (давлений) по каналам 4 и 2 или 4 и 6, выполняется логическая операция НЕ. Подбор сечений каналов 2 и 6 может реализовать операцию И, если для переброса струи требуется суммарное давление обоих каналов

Кроме примыкания струй к стенкам используеются эффекты