Егоров О.С., Подураев Ю.В. - Мехатронные модули. Расчет и конструирование (1053456), страница 19
Текст из файла (страница 19)
В настоящее время многоцелевые станки с линейными двигателями про- риаочий оргии изводят многие фирмы (табл.3.5). Рис. 3.7 плоский ротор 1оз Таблица 35 Произвол!!тели многоцелевых станков н линейных двигателей Фирма Ех-Сей-О Огоь-трсгйт !лесной Епгорс ТЬЗтьсп Ргобпсйоп бтиещ! Кспап1! Аогопмйоп Характеристики ХНС 240, ХНС 241 Вс 600 С !песетой Е игоре 5ресв! 5001. Кспап1! Ащовайоп Молель станка Перемещения по осям кооряннат, мм; Х У 2 Скорость перемещения по осям каорлннат, и/с: Х У 2 Ускорения по осям каорлннат,м/ст: Х У г 630 630 710 630 630 600 ВОО 630 550 630 630 500 ЕОО 700 400 1,5 1,75 1,75 1,3 1,3 3,3 1,7 1,7 2,0 1,3 1,3 1,3 14 14 14 В 12 20 30 30 14,2 14 !4 20 10 1О 15 1пбпппа! Кщиил Майе! К!воя Майе! ОЕ Раппе 1пд пипа! К!лом Мане! Фирма-изготовитель линейных лвигате- лсй ОЕ Раппе 1пбщща! 1пягаща! Ясщапл Устройство ЧПУ Ясщапя 51спгам Рассмотрим линейный двигатель [гоп Соге Вп35!1!езе Е!пеаг 8егко Моеог фирмы Ва!дог Е!ес1пс Сотрапу, На рис.3.8 изображен его внешний вид, конструктивная схема — на рис.3.9, а геометриче- 2 ские параметры приведены ' в Э табл.3.6.
Линейный двигатель состоит из направляющего устройства ("ротора"), представляющего собой тонкую стальную пластину ! с накле- 4 енными на ней под определенным Рггс. 3.8 углом прямоугольными редкоземельными постоянными магнитами 2 и подвижного звена ("статора") 3, состоящего из группы катушек, залитых теплопроводяшей эпоксидной смолой, датчика Холла 4, подводящего к катушкам кабеля 5 и кабеля 6 датчика Холла. На- 104 правляющее устройство собирают из секций длиной Р.
Поэтому линейный двигатель может быль требуемой длины. Рссс. 3.9 Таблица Зб Геометрические параметры 3-х фазной электрической катушки (1,МВЦ н магнытного направляющего устройства (1 ТВТ), мм Линейный двигатель Сей-Гсее Впсз!с!ева 1Зпеаг Бесе> Могог фирмы Ва!дог Е!есспс Соспрапу изображен на рис.ЗЛО и ЗЛ1. Рн состоит из направляющего устройства (" ротора" ), представляющего собой тонкий ! ! - образный стальной профиль 1 с наклеенными на его боковые поверхности прямоугольными ред- 105 коземельными постоянными магнитами 2 и подвижного звена г"статора") 3, устроенного аналогично рассмотренному выше ли-;:":,'; нейному двигателю 1гоп Соте Вгцзй!езз.
Геометрические параметры' -,',.~-:: линейного двигателя приведены в табл.3.7. Таблица 37 Геометрические параметры мап~итиого направляющего устройства (ЕТСг), мм 3.3. Энергетический расчет мехатронного модуля с электродвигателем углового движения Энергетический расчет является важной частью процесса проектирования мехатронного модуля и направлен на рациональный выбор двигателя и преобразователя движения, которые обеспечивают заданные законы движения его выходного звена.
Эти силовые элементы определяют энергетические свойства модуля и его кине- 106 е и динамические характеристики. При этом конструк- н учитывать, что двигатели и преобразователи движения являются весьма дорогостоящими, энерго- и материалоемкикп элементами. Поэтому необходимо стремиться минимизировать эти показатели, обеспечивая при этом требуемые характеристики меха~ронного модуля. Методика энергетического расчета ММ определяется заданными требованиями к режимам движения нагрузки и информацией о ее параметрах. Нагрузкой для мехатронного модуля служит исполнительное устройство, которое он приводит в движение (например, звено робота). С этой точки зрения можно выделить два основных варианта постановки задачи проектирования мехатронного модуля, которые наиболее часто встречаются в инженерной практике.
В первом варианте проводят проектирование специализированного мехатронного модуля, как составляющей части мехатронной системы (например, манипуляционного робота). При таком подходе конструктор с помощью специальных расчетов может получить детальную информацию о перемещаемом объекте: законе его движения во времени, характеристиках полного момента сопротивления нагрузки (включая его составляющие), массогабаритных параметрах перемещаемых частей обьекта, условиях эксплуатации и применения. Наличие полной информации о нагрузке позволяет оптимизировать параметры двигателя и преобразователя движения. Методики энергетического расчета и оптимизации специализированных мехатронных модулей можно найти в специальной литературе [21,31,38].
Второй вариант предусматривает создание универсального мехатронного модуля как функционально самостоятельного изделия, которое в дальнейшем может быть использовано в мехатронных системах различного назначения и конструктивного исполнения. В этом случае конструктор не имеет полной информации о законе движения объекта во времени и его массогабаритных параметрах. Энергетический расчет проводят для типового закона перемещения выходного вала мехатронного модуля по предельным значениям мощности, момента, скорости и ускорения движения двигателя. При этом вводят допущения о постоянстве массы (момента инерции) нагрузки н приложенной внешней силы (момента).
1от 3.3.1. Энергетический расчет универсального мехатронного модуля при незначительных динамических нагрузках Рассмотрим методику расчета универсального мехатронного модуля при незначительных динамических нагрузках, когда силы инерции нагрузки значительно меньше внешних сил, действующих на ММ. В этом случае основными исходными данными являются: ° структурная схема мехатронпого модуля; ° приложенная внешняя нагрузка лгн (осевая сила Гн или вращающий момент Тн); а требуемая скорость йкик (линейная т,„„или угловая и,„„) выходного звена мехатронного модуля, Для мехатронного модуля поступательного движения требуемую мощность электродвигателя, Вт, определяют по формуле: Р гб.к Лйн где Гн — усилие сопротивления на выходном звене мехатронного модуля, Н; т, „— линейная скорость выходного звена мехатронного модуля, м/с; и — коэффициент полезного действия мехатронного модуля; К „„=1,1...1,3 — коэффициент запаса, учитывающий влияние динамических нагрузок в период разгона и торможения.
Дпя мехатронного модуля вращательного движения требуемую мощность электродвигателя, Вт, определяют: (3.2) ч или Р= — Л- — К „ Т и 9,55 'т1 где Тн — момент сопротивления на выходном звене мехатронного модуля, Н м; в,и„— угловая скорость выходного звена мехатронного модуля, сн; л — частота вращения выходного звена мехатронного модуля, об/мин. Так как электродвигатели одной и той же мощности имеют разные номинальные вращающие моменты Т„,„, то необходимо определить требуемый момент двигателя, Н м; (3.3) где и — передаточное отношение преобразователя движения (см.
1ОВ п.3.3.3). Окончательно тип электродвигателя выбирают по каталогам исходя из условий: Р„> Р (3.4) (3.5) Предварительный выбор вентильного бесконтактного момент- ного электродвигателя серии ДБМ осушествляют лля мехатронного модуля без преобразователя движения по пусковому моменту Т„, равному статическому син- ТЯ хронизируюшему моменту Т, (табл.
3.4), для меха- 'Ф3 тронного модуля с преобра- 1 ~~~И ~в(Рл) зователем движения по при- ! уу:) ведениой выше методике. ~~(Р~) ~ чф,) Для мехатронных молулей, работаюших в повтор! но-кратковременном режиме должна бьггь задана циклограмма нагружения (рис. 3Л 2). l В этом случае учитывая, Ь Ь что время их разгона и тор- и можения значительно л меньше времени устано- яй вившегося движения, можно Рус. дт2 опрелелить значение требуемой среднеквадратичной статической мошности, приведенной к валу двигателя, Вт: Р = К „ (З.б) ~'„А„ггх к ! где Рек — требуемая статическая мощность двигателя на К-м рабочем участке нагрузочной циклограммы двигателя, Вт. Для мехатронного модуля поступательного движения: Рнк ' "к ск Ч где Рн„— сила сопротивления на К-м рабочем участке циклограм- тав мы, Нн х - линейная скорость выходного звена мехатронного модуля на К-м рабочем участке циклограммы, м/с. Для мехатронного модуля вращательного движения: ак Рск = 7нк или Рск = 7нк 955 и' где ҄— момент сопротивления на К-м рабочем участке циклограммы, Н м; лк — частота вращения выходного звена мехатронного модуля на К-м рабочем участке цнклограммы, об/мин; ик — угловая скорость выходного звена мехатронного модуля на К-м рабочем участке циклограммы, с"', К вЂ” число включенных состояний двигателя за цикл; и, „— номинальная скорость вращения вала двигателя, с-', ярк- рабочая скорость вращения вала двигателя на К-м рабочем участке циклограммы, с'; ггк — длительность К-го рабочего участка циклограммы, с; б„„- коэффициент, учитывающий теплоотдачу при понижении скорости вращения двигателя по отношению к номинальной.
Такое понижение скорости может быть вызвано условиями обеспечения требуемого технологического процесса: Р.„ = Р. + () - 0.) †'" , Ином где 0,=0,7...0,78 — для двигателей закрытого исполнения. Вычисляем требуемый среднеквадратичный момент двигателя: ~Ы' '. Кг н ! Тип электродвигателя выбирают по каталогам исходя из условий: (3.8) ~3.9) 3.3.2. Энергетический расчет универсального мехатронного модуля при значительных динамических нагрузках Исходными данными при расчете универсального мехатронно- ззо го модуля при значительных динамических нагрузках являются: (3.10) где Т „„— динамический момент, вызванный ускоренным движением вращающихся частей мехатронного модузи и объекта управления, приведенный к выходному звену, Н м: Т „= (Г, и'+У„, +У„)е,„„; у~ — момент инерции ротора двигателя, кг мз; уи, — момент инерции вращающихся частей преобразователя движения, кг-м~: У„, =(б,)...б,3) Кр'; Ха — момент инеРции объекта УпРавлениЯ, кг мз.
Окончательно тип электродвигателя выбирают по стандартам исходя из условий; (3. 13) (3,14) (3.15) Р„а Р Трюм ухт~ Т >Т ° структурная схема мехатронного модуля; ° приложенная внешняя нагрузка Мн (Тн или Ен); ° требуемая скорость й, (а, „или ~,„„) выходного звена мехатронного модуля; ° момент инерции Уя (масса т„) объекта управления; ° требуемое ускорение Е,„„(угловое ва, или линейное а„„) выходного звена мехатронного модуля. Так как длительность разгона и торможения значительно меньше периода установившегося движения, то динамические нагрузки оказывают влияние на работу двигателя очень короткий промежуток времени.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
