Общие сведения об электромеханических приводах

Электромеханическим приводом (ЭМП) называют устройство, служащее для передачи и преобразования движения, состоящее из электродвигателя 1, механической передачи 2 и аппаратуры управления (рис. 1).

Передача сообщает движение исполнительному элементу 3 (элемент нагрузки) с которым связано выполнение полезной работы ЭМП.

В зависимости от характера работы ЭМП делят на две группы: нерегулируемые и регулируемые ЭМП.

Нерегулируемые называют иногда силовыми, а регулируемые ‑ управляющими, следящими, исполнительными.

В нерегулируемых ЭМП характеристиками движения (скоростью или перемещением исполнительного элемента, движущим моментом на нём) во включённом состоянии не управляют.

Такие ЭМП характеризуются лишь продолжительностью работы в зависимости от которых установлены три основных режима работы: длительный, кратковременный и повторно-кратковременный.

ЭМП длительного режима отличаются редкими пусками и остановами, отсутствием реверсов или малой их частотой, большим ресурсом работы.

В ЭМП кратковременного и повторно-кратковременного режимов продолжительность рабочего состояния меньше, двигатель чаще включается, останавливается и реверсируется, имеет меньший ресурс.

Нерегулируемые ЭМП предназначены для преодоления постоянно действующей статической нагрузки, мало отличающейся от среднего её значения, кратковременной динамической нагрузки, что имеет место например при включении привода а также для преодоления повторно-кратковременных статических и динамических нагрузок. Особенностью нагрузки постоянно включенного нерегулируемого ЭМП является, как правило, незначительное колебание среднего её значения.

К нерегулируемым ЭМП предъявляют требования высокой экономичности, определённого запаса по перегрузкам, иногда также стабильности выходной скорости, времени переходных процессов и другие.

В регулируемых ЭМП характеристиками движения на выходе управляют изменением либо продолжительностью включенного состояния двигателя, либо напряжением его питания. Такие ЭМП работают в повторно-кратковременных режимах с частыми пусками, реверсами со сравнительно быстрыми изменениями выходной скорости, поэтому нагрузка в них имеет преимущественно динамический характер. Основным требованием к регулируемым ЭМП являются малая инерционность, широкий диапазон регулирования скоростей, стабильность характеристик и так далее.

Общее требование как к регулируемым так и к нерегулируемым ЭМП – это малая масса, габариты, стоимость, высокая надёжность.

 

По требованиям:

Отсчётные приводы – маломощные приводы с высокой точностью движения выходных звеньев, не имеющих внешней нагрузки.

- оптико-механические и измерительные устройства;

- приводы шкал;

- приводы измерительных приборов, выполняющих функции контроля углов поворота, хода, скорости.

Здесь важна точность приводов. Исходя из соображений повышения точности проводится разбиение передаточного отношения привода по ступеням, выбираются тип и степени точности зубчатых пар, типы опор валиков, конструкция корпуса.

Силовые приводы – предназначены для приведения в движение исполнительных элементов, вспомогательных устройств. Они развивают значительные моменты или силы на выходных элементах.

- приводы устройств переключения заслонок, клапанов, арретиров, для которых главным является факт срабатывания;

- приводы, обеспечивающие преобразование мощности (электрогидравлические насосы, приводы пневмо- и гидро-охлаждения).

Основные требования ‑ надёжность при длительной эксплуатации, высокий КПД, высокий запас мощности при малом весе и габаритах. Этим и определяется необходимость прочностных расчётов элементов привода, введение предохранительных элементов (муфт, ограничивающих движение упоров), точное определение мощности двигателя, подбор коммутирующих элементов (реле, переключателей).

Силовые приводы высокой точности – приводы управляющих исполнительных элементов с жесткими требованиями к динамическим характеристикам и кинематическим погрешностям.

Это силовые следящие приводы систем управления, выходные элементы которых (валики, штоки) подвержены варьирующим значениям статических и динамических нагрузок.

Эти приводы сочетают в себе функции силовых (исполнительных) и отсчетных (измерительных) преобразователей, что приводит к необходимости привлечения всех названных выше критериев к их расчёту. С целью улучшения динамических характеристик привода стремятся снизить приведенный момент инерции. Проектирование таких приводов требует компромиссных решений на основе анализа ряда вариантов.

На первом этапе проектирования выявляется набор необходимых составных частей привода (по выполняемым функциям). На этом этапе составляется структурная схема.

Исходные данные для расчёта ЭМП.

Нерегулируемые приводы:

 - номинальная угловая скорость выходного вала редуктора.

- статический момент сил сопротивления на выходном валу редуктора.

- момент инерции нагрузки, приведённый к рабочему валу.

- время переходного процесса.

Требования: определённая механическая характеристика ЭД, плавность движения, необходимая величина Tн, высокое КПД, надёжность.

 

Регулируемый (следящий) ЭМП.

Применяется в автоматических системах управления или регулирования.

Особенности:

- повторно-кратковременный режим работы, высокое быстродействие, большая частота пусков и реверсов.

Исходные данные для расчёта регулируемого ЭМП:

- максимальный угол поворота выходного вала;

- максимальная угловая скорость выходного вала;

- максимальное угловое ускорение выходного вала;

     - статический момент сопротивления сил на выходном валу;

- момент инерции нагрузки, приведённый к рабочему валу.

     - электро-механическая постоянная времени.

Требования: малая инерционность, уменьшение момента трогания, увеличение кинематической точности, виброустойчивость.

Содержание.

I. Исходные данные	3
II Расчет двигателя	4
2. Предварительный выбор двигателя	4
2.1 Выбор двигателя по мощности	4
2.2 Выбор двигателя по пусковому моменту	5
3. Кинематический расчет	5
3.1. Определение числа ступеней и распределения общего передаточного отношения по ступеням в соответствии с заданным критерием проектирования ЭМП	5
3.2. Определение чисел зубьев колес редуктора	6
4. Силовой расчет ЭМП	7
4.1 Расчет моментов на ступенях редуктора	7
4.2. Определение модуля зацепления	8
5. Геометрический расчет кинематики ЭМП	11
I I I.Проверочные расчеты	12
6. Точностной расчет разрабатываемой кинематики	12
6.1 Определение кинематической погрешности	12
6.2 Определение кинематической погрешности цепи вероятностным методом	14
7 Уточненный силовой расчет и проверка правильности выбора электродвигателя	16
8 Проверочные расчеты на прочность	18
9 Расчет на быстродействие	18

 Исходные данные

 

Целью работы является разработка электромеханического привода (ЭМП), принципиальная схема которого приведена на рис. 1.

 

 

 

Исходные данные для выполнения задания

Момент нагрузки (Мн)	1.25 H·м
Частота вращения выходного вала (nвых)	20 об/мин
Угловое ускорение вращения выходного вала (εн)	5 рад/с^2
Момент инерции нагрузки (Jн)	1.5 кг·м^2
Род тока	Переменный
Критерий расчета	быстродействие
Метод расчета, процент риска при расчете, точность	вероятностный
Рабочий угол поворота выходного вала	±360
Точность обработки не хуже	25'

 

 

Расчет двигателя

Предварительный выбор двигателя разрабатываемой конструкции

Выбор двигателя по мощности

Предварительный выбор электродвигателя осуществляется, исходя из соотношения:

, где

ξ - коэффициент запаса

Выбирается согласно заданному режиму работы, ξ = 1,2

M_н – момент нагрузки

По условию M_н=1,25 Нּм

n_н – частота вращения выходного вала редуктора

По условию n_н=n_вых=20 ^об/_мин

η – КПД.

Поскольку используется цилиндрический зубчатый редуктор, то принимаем

 η = 0,8.

Тогда:                                     Вт

По вычисленному значению мощности двигателя и заданному в условии роду тока выбираем двигатель ДАТ-31461 со следующими техническими характеристиками:

Табл. 2.1. Паспортные данные двигателя ДАТ-31461

Номинальная мощность	Pном	16 Вт
Номинальный момент	Mном	29.4 Нּмм
Пусковой момент	Mпуск	49 Нּмм
Частота вращения выходного вала	nдв	5000 ^об/мин
Момент инерции ротора	Jр	5,5 10^-6кгּм^2

 

 

Проверяем условие: <

 

=3.93 Вт< =15.4 Вт

Условие выполнено.