Анализ нагрузки. Выбор исполнительного двигателя. Расчет оптимального передаточного отношения редуктора

Техническое задание:

Сведения о нагрузке:

М_нг=75Н·м

J_нг=125Н·м·с²

α_м=2рад

Ω_м=2рад/с

ε_м=0,6рад/с²

Требования к качеству работ:

Х_ст=20угл.мин.

Х_ск=40угл.мин.

М=1,4

Род тока – постоянный.

1.  Анализ нагрузки

В качестве нагрузки могут быть использованы различные исполнительные элементы. Момент нагрузки может характеризоваться шарнирным, вентиляторным моментами, моментом вязкого, сухого трения или моментом неуравновешенности. Кроме того, момент может быть как реактивным, так и активным. В нагрузке могут быть одновременно составляющие всех вышеперечисленных моментов, поэтому необходимо выделить те из них, которые имеют наибольшую долю. Из задания можно выделить то, что:

- исполнительный элемент обладает значительным моментом нагрузки;

- исполнительный элемент обладает значительным моментом инерции;

- необходимо обеспечивать небольшое угловое ускорение   0,6рад/с²;

- нагрузка имеет ограниченный угол поворота 2рад;

- даны ограничения на статическую и скоростную ошибки.

Момент нагрузки слишком мал, чтобы исполнительный элемент использовался в качестве аэродинамического руля, так как поток набегающего воздуха даже при небольшой площади создает большой момент нагрузки, следовательно, момент нагрузки – не шарнирный. Так как в задании присутствует ограничение на угол поворота, то очевидно, что вентиляторная нагрузка также не подходит. Большое угловое ускорение при незначительном угле отработки позволяет отбросить вариант с подъемным механизмом. Остается самый подходящий вариант – момент нагрузки как момент неуравновешенности. Исполнительным элементом разрабатываемого комплекса может быть радарная антенна небольшого размера, сканирующая пространство в пределах ограниченного сектора по вертикали.

Данная антенна может работать либо в монотонном режиме при слежении за каким-либо конкретным объектом, либо в переходном режиме – при смене объекта слежения.

2.  Выбор исполнительного двигателя.

Р_треб=М_нг·Ω_м=3·0,8=2,4Вт

Возьмем двигатель ДП25-4-10-12 со следующими параметрами:

Пусковой момент двигателя больше результирующего, по этому параметру двигатель проходит. Проверим теперь по эквивалентному моменту.

Номинальный момент двигателя меньше эквивалентного, следовательно, двигатель не подходит.

Выберем двигатель МИГ-40ДТ со следующими параметрами:

Пусковой момент двигателя больше результирующего, по этому параметру двигатель проходит. Проверим теперь по эквивалентному моменту.

Номинальный момент двигателя больше эквивалентного, следовательно, двигатель подходит.

Окончательно в качестве исполнительного двигателя выбираем двигатель постоянного тока МИГ-40ДТ -  исполнительный двигатель для систем автоматики с гладким якорем и возбуждением от постоянных магнитов. Выполняется с тахогенератором. Управление двигателем осуществляется с помощью изменения напряжения якорной цепи. Чертеж двигателя с габаритными размерами приведен на рис. 1.

Рис. 1 Двигатель МИГ-40ДТ

3.  Расчет оптимального передаточного отношения редуктора.

Для этого нужно построить графики ε_m(i), M_экв(i) и прямую номинального момента двигателя. Точки пересечения прямой с графиком M_экв(i) дадут нам i_min и i_max. Точка i=750. Экстремум графика ε_m(i) даст нам оптимальное значение передаточного отношения, которое обеспечит нам максимальное значение углового ускорения. На рис. 2 график функции M_экв(i), прямая М_N и экстремум функции ε_m(i) – точка i0.

Рис. 2 Зависимость M_экв(i)

На рис. 3 приведен график функции M_эка(i), прямая М_N в более крупном масштабе и изображена область недопустимых значений передаточного отношения.

Рис. 3 Зависимость M_экв(i)

После решения квадратного уравнения относительно i

 были найдены корни 288 и 12201. Следовательно, i_min=288, i_max=12201.