Детали мехатронных модулей, роботов и их конструирование Ижевский

имени М.Т. Калашникова
Кафедра «Мехатронные системы»

процесса конструирования ММ и направлен на рациональный выбор двигателя и преобразователя

движения (совокупность двигателя и преобразователя движения называется приводом), которые обеспечивают заданные законы движения выходного звена.
Привод определяет энергетические свойства модуля и его кинематические и динамические характеристики и при этом является весьма дорогостоящим, энерго- и материалоемким узлом, следует стремиться обеспечить заданные характеристики ММ с одновременной минимизацией стоимости, мощности и массы привода.

нагрузки.
Два основных варианта постановки задачи расчета ММ:
Проводится проектирование специализированного

ММ как составляющей части мехатронной системы.
Предусматривает создание универсального ММ как функционально самостоятельного изделия, которое в дальнейшем может быть использовано в мехатронных системах различного назначения и конструктивного исполнения.

меньше внешних сил, действующих на ММ.
Основные исходные данные: — структурная схема

мехатронного модуля; — приложенная внешняя нагрузка (сила FН или вращающий момент TН); — требуемая скорость (линейная Vвых или угловая ωвых) выходного звена.

FН — усилие сопротивления на выходном звене, Н;
VВЫХ —

линейная скорость выходного звена, м/с;
η — коэффициент полезного действия преобразователя движения;
Kдин=1,1…1,3 — коэффициент запаса, учитывающий влияние динамических нагрузок в период разгона и торможения.

ТН — момент сопротивления на выходном звене, Н⋅м ;
ωвых—

угловая скорость выходного звена, рад/с.
Формулу следует использовать с учетом предполагаемого типа двигателя. В том случае, если двигатель способен развивать пусковой момент, значительно превышающий номинальный, коэффициент Kдин может быть принят равным единице.
Так как двигатели одной и той же мощности имеют разные номинальные вращающие моменты Tном, то необходимо определить требуемый момент

где u — передаточное отношение преобразователя движения.

выбор вентильного бесконтактного моментного двигателя осуществляют:
для ММ без преобразователя движения

-- по пусковому моменту Тп, равному статическому синхронизирующему моменту Тс;
для ММ с преобразователем движения — по приведенной выше методике.

циклограмма нагружения

значительно меньше времени установившегося движения, можно определить значение требуемой среднеквадратичной

статической мощности, приведенной к валу двигателя, Вт:

где РСК — требуемая статическая мощность двигателя на K-м рабочем участке нагрузочной циклограммы двигателя, Вт;

K-м рабочем участке циклограммы, Н; VК — линейная скорость выходного

звена на K-м рабочем участке циклограммы, м/с;

для ММ вращательного движения:

где ТНК — момент сопротивления на K-м рабочем участке циклограммы, Нм;
ωК — угловая скорость выходного звена на K-м рабочем участке циклограммы, с–1;

— номинальная скорость вращения вала двигателя, рад/с; ωРК — рабочая скорость

вращения вала двигателя на K-м рабочем участке циклограммы, рад/с;
tРК — длительность K-го рабочего участка циклограммы, с; βwK — коэффициент, учитывающий теплоотдачу при понижении скорости вращения двигателя по отношению к номинальной, вызванное условиями обеспечения требуемого технологического процесса, определяемый по формуле:

где βo= 0,7…0,78 — для двигателей закрытого исполнения.

исходя из следующих условий:

меньше внешних сил, действующих на ММ.
Основные исходные данные: — структурная схема

мехатронного модуля; — приложенная внешняя нагрузка (сила FН или вращающий момент TН); — требуемая скорость (линейная Vвых или угловая ωвых) выходного звена;
— момент инерции Jн (масса mн) объекта управления; — требуемое ускорение Eвых (угловое εвых или линейное авых) выходного звена.

где Tдин — динамический момент, вызванный ускоренным движением вращающихся частей ММ

и объекта управления, приведенный к выходному звену, Н∙м, равный

Jд— момент инерции ротора двигателя, кг∙м2;
Jпд — момент инерции вращающихся частей преобразователя движения, кг∙м2, равный

Jн— момент инерции объекта управления, кг∙м2.

где Tд.max — максимальный момент двигателя (задается в стандартах)
При отсутствии

данных приближенно можно принимать

В случае невыполнения указанных условий необходимо выбрать двигатель с большим максимальным вращающим моментом.

значение критерия.

В инженерной практике в качестве критериев оптимизации применяют

различные показатели: — время перемещения выходного звена на заданное расстояние; — время согласования скорости выходного звена с заданным значением; — минимизация массы и габаритов ММ; — энергопотребление ММ при выполнении типовых движений

задачи необходимо определить оптимальное передаточное отношение преобразователя движения по формуле

:

Требуемый максимальный момент двигателя определяют в виде

где Jд.пд — момент инерции ротора двигателя и приведенный к валу двигателя момент инерции преобразователя движения

электродвигателя необходимо выполнение условия
Если условие не выполняется, необходимо выбрать

двигатель с большим максимальным вращающим моментом. Для выбранного привода с оптимальным передаточным отношением необходимо выполнение условия

При невыполнении условия необходимо выбрать двигатель с большими скоростными возможностями и провести перерасчет мехатронного модуля.