Модуль вращательного привода мехатронной системы

БАЛТИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ
им. Д. Ф. Устинова

Кафедра прикладной механики

Курсовой проект по дисциплине:

”Конструирование мехатронных модулей”

Модуль вращательного привода мехатронной системы

Вариант №10

Санкт-Петербург

2005

 Исходные данные.

Вариант		10
Максимальный момент нагрузки на выходном звене привода	Mн ,H/м	150
Максимальная частота вращения выходного звена привода	nн, об/мин	2
Приведенный момент инерции нагрузки	Jн, кг/м2	60
Время позиционирования	tп, с	2
Предельное время разгона и торможения привода	tр=tт, с	0.3
Отношение времени управления к времени цикла	tу/tц	0.8
Предельная погрешность привода	[∆], мин	30

1.  Характеристика работы привода

Приводом называется электромеханическая схема, состоящая из электродвигательного, преобразовательного, передаточного и управляющего устройств, предназначенная для приведения в движение вспомогательных органов рабочей машины и управления этим движением. На рис. 1,а показана схема рабочей машины где привод включает в себя исполнительный электродвигатель (ИД), передаточный механизм и систему управления (СУ). Элемент нагрузки (Н) может быть конструктивно отделен от привода.

Режимы работы приводов манипуляторов и автоматизированных систем обычно повторно-кратковременные или непрерывного управления, характеризуются частыми пусками, торможением и сравнительно небольшим временем позиционирования. Такие приводы должны отвечать условиям оптимального быстродействия, при котором двигатель может развивать максимальный момент М_{д мах} во время управления двигателем. Это требование выполняется, если разгон происходит с постоянным максимальным ускорением ε_{Р мах}, а торможение с постоянным замедлением ε_{Т мах}.

На рис. 1,б показаны для выходного вала (вала нагрузки) вывода при повторно-кратковременном режиме работы идеализированы функции: момента нагрузки М′_н(t), момента двигателя приведенному к выходному валу М′_д(t), суммарного момента М′_∑(t), ускорения ε_н(t), скорости ω_н(t).Времена управления двигателем t_у и цикла t_ц составляют:

t_y=t_р+t_п+t_т=0.3+2+0.3=2.6 с;

t_ц=t_y/0.8=2.6/0.8=3.25 с;

t_о=t_ц-t_y=3.25-2.6=0.65 с,

где t_р, t_п, t_т, t_о- соответственно время разгона, позиционирования, торможения и остановки.

Величины максимальных ускорений составят:

ε_{Р мах}=ω_н/t_р ; ε_{Т мах}=ω_н/t_т:;

ω_н=2·p·n_н/60=2·3.14·2/60= 0,2093 1/с

по техническому заданию t_р= t_т:Þ ε_{Р мах}=ε_{Т мах}= 0,2093/0.3= 0.6978 1/с².

В процессе проектирования стремятся обеспечить минимальное время разгона двигателя, поэтому необходимо его обеспечить меньше или равным предельному
значению t_р£[t_р].

2.  Расчет требуемой мощности привода.

Расчет ориентировочного значения КПД
передаточного механизма привода.

Общий КПД η_р передаточного механизма (редуктора) определяется как произведение КПД отдельных передач и элементов: для рисунка в техническом задании:

η_р=η₁·η₂·η₃=0.8·0.97·0.99=0.768,

где η₁- КПД волнового зубчатого механизма (передача схемы h-C-F), η₂- КПД планетарного зубчатого механизма (передача схемы А), η₃- КПД пары подшипников качения на валу. Численные значения КПД взяты из прил.1 [16].

Определение эквивалентного постоянного момента нагрузки.

Для повторно-кратковременного режима работы привода

 Н×м

Расчет приведенного к выходному звену привода постоянного
момента нагрузки с учетом потерь на трение.

Учет потерь на трение осуществили введением в расчет КПД передаточного механизма η_р. Тогда искомый постоянный (статический) момент находится как:

Расчет приведенного к выходному звену привода
момента инерции привода.

Приведенный к выходному звену привода момент инерции привода:

J′_н=k_J·J_н=2*200=400 кг/м² ,

где k_J=2 учитывает неизвестные на данной стадии расчета моменты инерции масс исполнительного двигателя и передаточного механизма.

Определение максимального динамического (инерционного)
момента, приведенного к выходному звену.

Максимальный динамический, момент приведенный к выходному звену:

М′_{и мах}=J′_н·ε_{Р мах}=400·2.44=976 Н·м

Расчет требуемой мощности привода.

Для повторно-кратковременного режима работы привода:

N_Т=ω_н·(М′_н+М′_{и мах})=0.7327·(582,31+976)=1142 Вт.