Егоров О.С., Подураев Ю.В. - Мехатронные модули. Расчет и конструирование (1053456), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Неподвижная часть ИДП состоит из двух полугаек, одна их которых развернута относительно другой на пол-оборота. Внутри нее размещены аксиальная обмотка возбуждения и намотанные в пазах выходные обмотки (синусная и косинусная обмотки датчика), каждая из которых имеет по четыре секции, включенные последовательно и попарно встречно.
Магнитный поток, создаваемый переменным током, протекающим по обмоткам возбуждения, замыкается через первую полугайку, винт и вторую полугайку. При этом он пронизывает синусную и косинусную обмотки ИДП и индуцирует в них ЗДС. Вы- 71 ступы резьбы винта и гайки датчика играют роль полюсных нако-:::-';: нечников.
При изменении положения винта в результате смещения высту- ",':-:: пов витков резьбы винта относительно выступов витков резьбы гайки:,:;, датчика по-разному меняются сопротивления магнитных цепей, обу- "' словливающих формирование ЭДС, наводимых в выходных обмотках ИДП. В результате амплитуды ЭДС в синусной и косинусной обмот- ".'!. ках датчика оказываются различными и зависят от положения винта::.,";.
относительно неподвижной гайки датчика. Таким образом, наведенные в обмотках гармонические сигналы промодулированы по амплитуде в функции от перемещения винта. Если напряжения, возни- .::.- кающие в синусной и косинусной обмотках, подвергнуть фазочувствительному выпрямлению, то образуются сигналы, огибающие которых пропорциональны синусу и косинусу от перемещения винта, ':.," причем их периоды соответствуют одному шагу винта. На рис.
2.2б изображен мехатронный модуль линейного движения выходного звена. Он состоит из асинхронного электродвига- .;:. теля ! с полым валом 2, шарико-винтового преобразователя движения, включающего в себя винт 3, шарики 4, составную гайку 5, жестко скрепленную с валом 2, направляющей б, электромагнитного тормоза 7„фотоимпульсного датчика 8 и корпуса 9.
4 3 2 1 э Рис. 2.2б При вращении ротора электродвигателя ! вал 2 вращает гайку —,:- 5, которая через шарики 4 вызывает поступательное перемещение винта 3. Для предотвращения проворачивания и уменьшения тре-,-~',~ ния при перемещении винта 3 в нем сделаны три продольных паза,:.!';-' в которые входят шарики В3 направляющей 6. Величину перемеще- ...',;,.1 „я винта 3 фиксирует фотоимпульсный датчик 8. Электромагнит„цй тормоз 7, закрепленный в корпусе 9, в случае отключения электроэнергии срабатывает и останавливает винт.
Конструкция двухстепенного !двухкоординатного) мехатронного модуля движения изображена на рис. 2.27. Модуль состоит из двух двигателей 1 и 2, волнового преобразователя лвижения с неподвижным гибким колесом 3, подвижным жестким колесом 4 и кулачкового генератора волн 5, двухступенчатого преобразователя движения, состоящего из конической зубчатой передачи 6 и 7, волнового преобразователя движения с неподвижным жестким колесом 8, подвижным гибким колесом 9 и кулачковым генератором волн 10, двух фотоимпульсных датчиков 11 и 12. При включении электродвигателя 1 генератор волн 5 начинает вращаться и жесткое колесо 4 вместе со связанным с ним корпусом 13 приходит в движение.
При включении электродвигателя 2 вращение его вала через пару зубчатых колес 6 и 7 приводит во вращение генератор волн 10 и гибкое колесо 9 вместе со связанным с ним выходным валом 14 приходит в движение. Фотоимпульсные датчики 11 и 12 предназначены для определения положения и перемещения корпуса 13 и выходного вала 14 соответственно. Рис. 2.27 73 Мехатронный модуль движения фирмь рис. 2.28. Он состоит из коллекторного электрод итого преобразователя движения 2 и фотоимпульсного датчика положения 3. Электродвигатель включает в себя обмотку 4, магнит 5, коллектор 6, щетки 7, фланец 8, подшипник 9, вал 10, заканчивающийся шестерней !1 (вал-шестерня) и крышку 12. Каждая ступень планетарного преобразователя движения типа 2К-Н с одним внешним и одним внутренним зацеплениями имеет два центральных колеса 1! и 13 (первая ступень), водило !4 и сателлиты 15.
Длл установки подшипника 9 имеется специальная монтажная плита 1б. Подшипник !7 закреплен во фланце !8 преобразователя движения, через который проходит выходной вал 19. Фотоимпульсный датчик положения предназначен для определения положения и перемещения выходноггз вала мехатронного модуля движения. !3 !9 !а Рис. 2. 28 Важнейшим этапом развития мехатронных модулей движения стали разработки модулей типа «двигатель-рабочий орган». Такие конструктивные модули имеют особое значение для технологических мехатронных систем, целью движения которых является реализация целенаправленного воздействия рабочего органа на объект работ.
Мехатронные модули движения типа «двигатель-рабочий орган» широко применяют в шлифовальных и фрезерных станках под названием мотор-шпиндели. На рис. 2.29 изображен мотор-шпиндель фирмы Еопвпа !Германия). Он состоит из электродвигателя 1, передаточного вала 2 с поддерживающим роликом 3 и шпиндельного вала 4, установлен- ного в подшипниковых опорах 5 качения. Геометрические пара- метры мотор-шпинделя приведены в табл. 2.8. Рис. 2.29 Таблица 28 Геометрические параметры мотор-шпинделей фирмы рогйпа (Гермапия) Двигатель, мм Шдннаельныд вал, нн Масса т, кг К 5 13 с о 24 зг М-32-ЕАЧ 60 8,5 !76 355 42 югю ггагю 1,5 гга зова 28 41 !1 М-32-ЕАЧ 70 8,5 176 380 2,2 гго М-32-ЕАЧ 80 34 45 П 194 401 270 з,о зею 48 65 !3 М-32-ЕАЧ 2!8 437 51 40 54 72 13 66 258 472 зооа...вооо 55 75 Тии иотор- шдннде- ля Шлин- дсль, мм ма 355 455 гга 355 455 270 405 585 340 570 740 440 740 940 Частош вращения шлиндельного вша л, оа мин Мощность двигателя Р, квт 1,5 2.2 з,о еа 2,2 з.о 4,0 55 з,о 4.0 5,5 75 4,0 5,5 7.5 н,а 5,5 н,о 15,0 18 5 176 291 176 316 !94 346 218 366 176 316 !54 Зеб 218 366 Ми 409 194 346 218 366 258 409 258 409 Ми Збб 258 409 258 409 258 447 258 409 258 409 258 447 310 519 ЗЮ 56З 42 42 42 51 лг 42 51 66 42 51 66 бб 5! 66 66 66 66 66 66 т! 77 26 44 29.
47 3!..49 27 32...60 и И Мта зз 40...66 48...74 54...80 4! 61...83 77 ...99 92. 1!4 ы Для осуществления технологической операции на шпиндельном валу мотор-шпинделя закрепляют оправку с установленным на ней рабочим инструментом. На рис. 2.30 показан мотор- шпиндель фирмы Еопипа с установленной на его шпинлельном валу оправкой с шлифовальным кругом, осуществляющим внутреннее и внешнее шлифованне, а на рис. 2.31 торцовое шлифование.
Геометрические параметры оправки и шлифовального круга для внутреннего и внешнего шлифования приведены в табл, 2.9, торцового шлифования в табл. 2.10. Рис. 2.37 Таблица 29 Геометрические параметры шлнфовальнога круга и оправки при внутреннем н внешнем шлифовании Частота вращения шпиидельного вала и, об/мии Шлифовальиый круг, мм Диаметр шпинделя А, мм Флаиец (опраяка), мм Ел~ак 60 70 80 РЗО 120 ЗООО 3000 3000 3000 3000 200 200 200 250 300 50.8 50.8 50.8 76.2 76.
2 32 32 40 50 63 26 26 28 32 32 85 85 85 119 119 13 13 13 20 21 100 120 120 1500 !500 1500 400 450 450 33 28 28 40 50 50 127 127 152.4 186 186 212 30 30 30 76 Отличительной конструктивной особенностью мотор- шпинделей является монтаж шпинделя непосредственно в роторе двигателя. При создании высокоскоростных мехатронных модулей на основе мотор-шпинделя предъявляют жесткие требования к статической и динамической устойчивости шпинделя.
Шпиндельные опоры конструируют как на базе подшипников качения, так и на базе гндростатическнх, гидродинамических и электромагнитных подшипников. При использовании радиально- упорных подшипников качения применяют специальные методы смазки (импульсный, масляно-воздушный) и проводят контроль предварительног~ натяга в собранном модуле. Перспективным является использование гибридных (со стальными кольцами и керамическими шар~хами) подшипников, а также применение в подшипниках сталыых колец с твердосплавным покрытием. Т а б л и ц а 2.! 0 Геометрические параметры шлифовальиого круга и оправки при торцовом шлифовании Использовьчие в качестве опор под- 3 4 5 шипников качения ог- Л' раничивает фуакциональные возможности 4) шпиндельных уяюв.
Для реализации на станках высокопроизводительных режимов обработги Раз- 4~ работаны шпвндельные узлы на электромагнитных опоуах. На рис. 2.32 показана и схема высокоскоростного фрезерною модуля-шпинделя с частотой вращения 30000 об/мин и мощностью до 20 кВт. Частоту вращения ротора электродвигателя и соответственно шпинделя регулируют изменением частоты питающего напряжения.
Мотор-шпиндель состоит из статора 4, ротора 3, вращающегося в двух электромагнитных радиальных 2 и 1О и осевых 8 опорах. Для сохранения постоянным положения оси ротора его контролируют радиальными 1, 11, 5 и 9 и осевыми 6 и 7 датчиками. Сигналы рассогласования управляющая вычислительная машина преобразует в ток злсктровозбуждения в обмотках, чем регулируется сила магнитного поля, которая при отклонении ротора от заданного положения возвращает его в течение нескольких миллисекунд в исходное положение. Основные технические характеристики мотор-шпинделя: Максимальная частота вращения п,п,„„об/мин Номинальная частота вращения и„,„, об/мин Длительный вращающий момент Т, Н.м Максимальный вращающий момент Т, Н-м 5000 500 300 430 78 Мехатронный модуль а 3 2 я движения (рис. 2.33), разработанный в Новосибирском Ф'Яф .
государственном техниче- ском университете, пред/ ставляет собой безредукторный мотор-шпиндель на ба- 9 ~а, т 5 зе конструкции высокомоментного синхронного электродвигателя с возбуждением от постоянных магнитов и электронного коммутатора, переключающего секционированную обмотку двигателя и обеспечивающего ступенчатое регулирование в зоне постоянства мощности [5). Мотор-шпиндель состоит из корпуса (шпиндельной бабки) 8, внутри которого расположены статор 2, ротор 3 с постоянными магнитами и жестко скрепленный с ним шпиндель 4, имеющий фланец 5 для закрепления на нем инструмента 6 и канала 7 для подвода рабочей жидкости. Снаружи корпуса размещены гидроусилитель 1 для освобождения инструмента, датчик 9 скорости, датчик 10 положения и датчик 11 положения ротора двигателя и точного останова.
Мотор-шпиндель обладает широким диапазоном регулирования частоты вращения, в том числе при постоянстве мощности на шпинделе, высокой точностью и высокими динамическими свойствами. Мехатронный модуль движения, представляющий 6 собой безредукторный поворотный стол (рис. 2.34), / предназначен для обеспечения режимов позициониро- 9 вания и контурной обработки на фрезерных, сверлильных и расточных станках. Он состоит из основания 1 и собственно поворотного стола 2, опирающегося на упорные подшипники 3, встроенного электродвигателя 4, ротор 5 которого скреплен с планшайбой 6, датчика 7 положения, датчика 8 скорости и гидротормоза 9, обеспечивающего фиксацию план- шайбы в нужном положении.
Безредукторное совмещение ротора электродвигателя и планшайбы позволяет полностью исключить люфт и соответственно увеличить точность позиционирования стола и расширить его технологические возможности. При этом упрощается конструкция стола, уменьшается число деталей, повышается жесткость 151.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
