Егоров О.С., Подураев Ю.В. - Мехатронные модули. Расчет и конструирование (1053456), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Поэтому мощность двигателя и его предварительный выбор можно осуществить по методике, изложенной выше при отсутствии динамических нагрузок. Влияние динамических нагрузок на величину врашаюшего момента двигателя может быть значительным. Поэтому необходимо определить требуемый момент двигателя с учетом динамических нагрузок: где Т„, — максимальный момент электродвигателя (задается в стандартах). При отсутствии данных приближенно можно принимать: Т„= (2,0...2,2) Т„„ (3.!6) В случае не выполнения указанных условий, необходимо выбрать двигатель с большим максимальным врашаюшим моментом. З.З.З.
Передаточное отношение преобразователя движения Передаточное отношение преобразователя движения универсального мехатронного модуля может быть определено по формуле: где й„. — номинальная скорость двигателя; йми — скорость выходного звена преобразователя движения; Мн — нагрузка сопротивления на выходном звене преобразователя движения; йХх, требуемое усилие на выходном звене двигателя; П - коэффициент полезного действия мехатронного модуля. В зависимости от характера движения выходного звена двигателя и преобразователя движения й и М могут принимать следуюшие значения: ' в — при угловом движении; й= т — при линейном движении; Т вЂ” при угловом движении; г" — при линейном движении. Следует отметить, что передаточное отношение в обшем случае имеет размерность.
Так, при преобразовании вращательного движения в поступательное размерность передаточного отношения (1/и), при преобразовании поступательного движения во врашательное размерность передаточного отношения (м). Для мехатронного модуля вращательного движения передаточное отношение находят по формуле: (3.18) и Т, и где и, — нол1инальная угловая скорость двигателя, с-', и„„„— уг- 112 ловая скорость выходного звена преобразователя движения, с ~; Т, — требуемый вращающий момент на валу двигателя, Нм; Ти— момент сопротивления, Нм, на выходном звене преобразователя движения. Для мехатронного модуля при преобразовании вращательного движения вала двигателя в поступательное движение выходного звена; д 1фв.
В а Е (3.!9) твмх ухо ' л где т, „— линейная скорость выходного звена мехатронного модуля, м/с; Ен — сила сопротивления, Н, на выходном звене. Для мехатронного модуля при преобразовании поступательного движения подвижного звена двигателя во вращательное движение выходного звена: (3.20) в, Р",, и' где Р;о — требуемая сила на подвижном звене двигателя линейного перемещения, Н; т — номинальная линейная скорость подвижного звена двигателя, м/с. 3.3.4, Оптимизация выбора силовых элементов Выбор силовых элементов (двигателя и преобразователя движения) мсхатронного модуля может быть осуществлен неоднозначно.
Поэтому при их проектировании следует стремиться найти оптимальное решение. Для этого необходимо выбрать критерий оценки их качества. Оптимальным считается проектный вариант, которому соответствует экстремальное значение этого критерия. В инженерной практике в качестве критериев оптимизации применяют различные показатели: е время перемещения выходного звена на заданное расстояние; ° время согласования скорости выходного звена с заданным значением; ° минимизация массы и габаритов мехатронного модуля; ° энергия, потребляемая мехатронным модулем при выполнении типовых движений. Результат проектирования в значительной степени зависит от 113 того, насколько удачно разработчик выберет необходимый критерий. рассмотрим проектирование мехатронного модуля при котором двигатель развивает максимально возможное ускорение с,„выходного звена. Такой выбор критерия оптимизации ориентирован на мехатронные модули, работающие с большими ускорениями в составе высокопроизволительного оборудования.
Для осуществления поставленной задачи необходимо опрелелить оптимальное передаточное отношение преобразователя движения (38): во = "— + '~ — -И вЂ” -) + — а —, (3.21) Ч ' 21оиоо, П ~о глж '1ою При атом требуемый максимальный момент двигателя определяют в виде: (3.22) где У вЂ” момент инерции ротора двигателя и приведенный к валу двигателя момент инерции преобразователя движения У,„, = (1,1...1,3) У,. (3.23) Для выбора типа злектродвигателя необходимо выполнение условия: >~ Т „, (3.24) Если условие (3.24) не выполняется, необходимо выбрать дви гатель с большим максимальным вращающим моментом.
Для выбранного двигателя и преобразователя движения с оп тимальным передаточным отношением необходимо, чтобы выпол нялось также условие: мом ~ И~ Комм к. опт — ~ омо ав (3.25) 114 Если условие (3.25) не выполняется, необходимо выбрать двигатель с большими скоростными возможностями и провести перерасчет мехатронного модуля.
Глава 4 ПРКОВ аЗОВДТЯЛИДВИжКНИЯ Передача движения от двигателя к выходному звену мехатронного модуля может быть обеспечена с помощью различных преобразователей движения (передач), структура и конструктивные особенности которых зависят от типа двигателя, вида перемещения выходного звена и способа их расположения. Преобразователи движения предназначены для преобразования одного вида движения в другое„согласования скоростей и вращающих моментов двигателя и выходного звена.
Для преобразования движения используют винтовые, реечные, цепные, тросовые передачи, а также передачи зубчатым ремнем, мальтийские механизмы. В связи с тем, что электродвигатели в основном высокооборотные, а рабочие скорости выходных звеньев мехатронных модулей невелики, в них для согласования скоростей используют понижающие передачи: зубчатые цилиндрические и конические, червячные, планетарные, волновые.
Тип преобразователя движения выбира1от, исходя из сложности его конструкции, коэффициента полезного действия, люфта в передаче, габаритных размеров и массы, свойств самоторможения, жесткости, удобства компоновки, технологичности, долговечности, стоимости и т.п. Преобразователи движения оказывают существенное влияние на качество работы мехатронного модуля. 4.1.
Реечная передача Реечная передача предназначена для преобразования вращательного движения шестерни в поступательное движение рейки и, наоборот, поступательного движения рейки во вращательное движение шестерни. Основными звеньями реечной передачи (рис. 4.1) явллются шестерня 1 и зубчатая рейка 2„представляющая собой сектор зубчатого цилиндрического колеса, диаметры делительной и однотипных соосных поверхностей которого бесконечно велики, вследствие чего эти поверхности являются параллельными Рг поверхностями, а концентрические окружности — параллельными прямыми.
Рис, 4,1 115 Материалы передачи. Основными материалами, применяемыми лля изготовления зубчатых колес и реек, являются углеродистые и легированные стали. Наиболее часто используемые материалы приведены в табл. 4.1. Таблица 41 Механические характеристики сталей А Нормализованные (Н), улучшенные (У) и объемнозакаленные стали (03) Предел текуче- сти о„МПа Предел проч.
ности о,, МПа Термо- обработка Твердость Марка стали 600 320 192-228 У 40 45 700-800 800 650 370-420 550 450 212-235 НВ 241-285 НВ 187 НВ 50 50Г 35Х У У У 40Х 850-950 900-1000 250-280 НВ 265-290 НВ 40НХ 600 700 У У 293-341 НВ 1000 850 20ХНЗА У Б. Поверхностно-закаленные (ПЗ), цементируемые (ЦМ), азотированные (А) и цианированные (Ц) стали 600 1000 800 340 53-55 ННС ПЗ 850 52-56 НЙС ПЗ 500 51-57 НЙС ПЗ 45 40Х 40ХН 116 38ХА 37ХНЗА 4ОХНМА 45 50 600-700 650-750 700-800 750-850 800-900 850-950 700-800 750-850 800-900 850-950 900-1000 900 1100 1100 1000 620 320 350 400 450 550 600 400 500 550 600 700 800 950 950 750 340 167-194 НВ 180-207 НВ 194-222 НВ 207-236 НВ ггз-гбо НВ 236-283 НВ 200-230 НВ 215-243 НВ 230-257 НВ 243-271 НВ 25?-285 НВ 269-321 НВ 321-387 НВ 293-375 НВ 38-42 ННС 48-52 НЙС Н У У У У У Н У У У У У У У 03 ОЗ Продолжение табл. 4.1 3 4 650 20-32 НЙС 57-63 НЙС 20Х 8ОО ЦМ,З 332-375 НВ 950 18ХГТ 1150 ЦМ, 3 56-62 НЙС 26-42 НЙС ЦМ, 3 12ХНЗА 12ХНЗА 1000 800 56-63 НЙС 260-400 НВ 58-63 НРС 850 1000 1000 280.400 НВ ЦМ, 3 1200 12Х2Н4А 20Х2Н4А 60.65 НЙС 300400 НВ 60-65 НЙС 1200 1400 30-34 НЙС 850 1000 38ХМЮА 60 НЙС 48-56 НЙС 650 Ц,З 40Х 900 50-54 НЙС Ц,З 700 920 40ХН Примечание: в числителе указана твердость сердцевины, в знаменателе — по- веркнОсти.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
