Выбор исполнительного двигателя и редуктора

Содержание

План проекта…………………………………………………………………………..….………………..3

Исходные данные………………………………………………………………………….……………..4

Введение………………………………………………………………………………………….……………6

Выбор исполнительного двигателя и редуктора………….…….…..8

Выбор двигателя…………………………………………….…….….8

Выбор параметров редуктора……………………………….…….9

Приведение механической части электромеханической системы к одномассовой модели………………………………….…....9

Выбор источника питания…………………………………….…....9

Оценка правильности выбора двигателя………………………9

Разработка схемы управления………………………………………….10

Вычисляем момент инерции исполнительного механизма….…..16

Расчеты электромеханической системы……………………………...21

Блок-схема управления обработкой перемещения детали………..24

Заключение……………………………………………………………………27

Список литературы………………………………………………………….28

Приложение

План проекта

Цель: Курсовая работа заключается в разработке привода автоматической установки, обеспечивающего заданные режимы перемещения объекта с заданными скоростями и координатами в пределах допустимой погрешности. Схемы исполнительного механизма маломощной электромеханической системы, предназначенной для перемещения исполнительного органа по заданному закону изменения скорости, выбору исполнительного двигателя и редуктора.

Задача: Для выбора необходимого нам исполнительного механизма данной системы нам необходимо решить следующие аспекты, позволяющие оптимально выбрать данный механизм:

- кинематические;

- силовые;

- точностные;

- конструкторские;

- технологические.

Данные расчеты позволят нам оптимально точно взять необходимый для нас исполнительный механизм маломощной электромеханической системы, которая позволит применить такие системы для различных устройств, маломощных станков (конвейеров) на предприятии, а так же благодаря этим данным мы можем сэкономить дорожающие на нынешнем рынке энергетические ресурсы, и позволит нам удешевить, и при этом не снизить любого предприятия, где используется маломощное оборудования объема производства.

 

	Масса груза (г)	Сила трения (Н)	t1 (сек)	t2- t1 (сек)	t3- t2 (сек)	t4-- t3 (сек)	t5-t4 (сек)	V1(м/сек)	V2(м/сек)	V2 - V1(м/сек)
			0,1		0,1		7,5	0,2	0,4	0,04

Исходные данные

 

Разработать устройство перемещения детали по поверхности рабочего стола в заданном временном цикле.

1. - оценить необходимую мощность двигателя

2. – выбрать двигатель с запасом мощности 20 -30 %

3. – выбрать кинематическую схему согласования двигателя с перемещаемым объектом

4. – определить необходимое передаточное число редуктора

5. – выполнить приведение системы к скорости вращения двигателя

6. – записать математическое описание механической характеристики выбранного двигателя

7. – выполнить расчет переходного процесса при разгоне двигателя, оценить механическую постоянную системы

8. – сравнить механическую постоянную системы с временем разгона груза во всех переходных режимах, заданных графиком работа устройства

9. – рассчитать режим работы при перемещениях с постоянной скоростью

10. – сравнить мощность необходимую для выполнения заданных режимов с допустимой мощностью двигателя.

11. – в случае, если мощность двигателя окажется не достаточной, выбрать более мощный двигатель и повторить расчет

12. – выбрать способ регулирования скорости

13. – разработать электрическую принципиальную схему

14. – выбрать датчик измерения скорости, удовлетворяющий заданной точности

15. – выбрать датчики, обеспечивающие фиксацию исходного и конечного, положений детали на рабочем столе

16. – замкнуть обратную связь системы управления

17. – оформить пояснительную записку

 

 

 

Введение

Весь комплекс требований, предъявляемых при проектировании электромеханических систем, можно разделить на несколько групп.

К первой группе следует отнести требования к работоспособности, точности и динамическим свойствам системы. Требования этой группы должны удовлетворяться во всех системах независимо от назначения и выполняемых функций.

Ко второй группе относятся требования к надежности и чувствительности системы, к влиянию внешних воздействий. Эти требования определяются назначением системы и условиями ее эксплуатации.

К третьей группе относятся требования к весу и габаритам системы, потребляемой мощности и КПД. Требования этой группы определяются также в основном характером объекта и условиями работы.

К четвёртой группе относятся требования, определяемые условиями эксплуатации. Учитываются условия обслуживания, регулирования, настройки в эксплуатации, ремонтопригодность и восстановление.

Пятую группу составляют требования к технологичности изготовления и настройки, необходимости унификации.

Даже краткое рассмотрения перечисленных требований, многие из которых противоречивы, показывает, что проектирование электромеханической системы - сложная задача, не имеющая однозначного решения. Успех проектирования во многом зависит от того, какие требования взяты как основные.

Предлагается рассматривать вопросы проектирования системы исходя, главным образом, из условия удовлетворения первой группы требований.

Прежде, чем приступить к разработке электромеханической системы, необходимо ознакомиться с заданием на проектируемое устройство, выполнить обзор технических решений аналогичного назначения. Результаты анализа свести в параграф. Рекомендуется привести в обзоре не менее четырех вариантов подобных систем.

По результатам анализа выбирается структурная схема устройства. В структурной схеме показываются основные узлы и блоки из которых состоит разрабатываемое устройство.

Исходя из анализа исходных данных и требований, составляется укрупненная функциональная схема будущей электромеханической системы. Функциональная схема строится с использованием условных графических обозначений функциональных блоков, согласно требований ЕСКД. Выполняется описание работы устройства и взаимодействие функциональных блоков.

Детализацию отдельных блоков и уточнение схемы следует производить после выбора элементов основного контура и динамического синтеза системы. В первоначальном варианте схема должна содержать характерные для большинства систем элементы: измеритель рассогласования, усилитель, исполнительный двигатель с редуктором.

 

Выбор двигателя

Обычно ИД выбирается методом последовательных приближений, т.е. пригодность первоначально выбранного двигателя проверяют последующим детальным анализом его динамических возможностей и энергетических характеристик.

Предварительный выбор двигателя удобно производить из условия обеспечения максимальной скорости и ускорения движения нагрузки с учетом напряжения и частоты имеющегося источника питания.

При выборе мощности двигателя руководствуемся заданным графиком движения детали. На графике (Рис.1) режиму максимальной мощности соответствует точка выхода на статический режим, момент времени t₃.. Р=FV ₂ . F – сила трения (нагрузка на привод), V – заданная скорость перемещения детали в статическом режиме работы.

По величине найденной требуемой мощности по справочным данным выбирается ИД. Ориентировочный запас мощности двигателя 20%. Допускается использовать двигатели, приведенные в Приложении 1.

Выбор параметров редуктора.

Составляется кинематическая схема электропривода системы. Выбирается способ механической связи двигателя и исполнительного органа.

Вычисляется оптимальное передаточное число редуктора для номинального режима работы двигателя. Диаметр ведущей шестерни редуктора выбираем равным D_вр=3d_дв. (В маломощных исполнительных системах это допустимо.).

Разработка схемы управления

Выбираем датчик скорости, имеющий запас по точности измерения.

Выбираем датчики положения для предотвращения выхода рабочего органа за пределы рабочего пространства.

Разрабатываем функциональную схему системы управления. Выполняем описание работы функциональной схемы.

Разрабатываем принципиальную электрическую схему системы управления электромеханической системой.

Анализируем параметры движения объекта. Находим мощность отдаваемую двигателем в нагрузку в статическом режиме. Максимальная мощность в статическом режиме отдается в нагрузку на временном отрезке t₃ –t₄.

Р_ст = F _тр v _ст =1Н_*0,4м/сек =0,4 Вт

Выбираем двигатель СЛ – 121, имеющий следующие параметры

 

Система возбуждения

Тип двигате­ля

Номинальные данные

Габарит

, мм

Масса. кг

Напряжение \в   напряже­ние, в

мощность на валу, вт

скорость вращения, об/ мин

вращаю­щий мо­мент, кг*см

ток возбуждения. А

ток яко­ря, а

момент иннерции якоря,кг см

длина кор­пуса с концом вала

наружный диаметр корпуса

длина кон­ца вала

диаметр конца вала

Параллельное возбуждение

СЛ—121

0,14

0,07

0,21

0,03

6,5

0,44

 

Общий случай приведения. Рассмотрим еще один характерный вариант выполнения механической части (фрагмент), когда вращательное движение преобразуется в поступательное (рис. 2.6, а). Здесь также есть возможность выбрать элемнт приведения – либо это будет барабан и мы получим модель на рис. 2.6, б, либо груз – ему будет соответствовать модель с поступательным движением на рис. 2.6, в. Принципы приведения сохраним прежние: приводя массы, позаботимся о неизменности кинетической энергии в реальном и приведенном элементах; приводя упругости, будем считать неизменной потенциальную энергию; приводя силы и моменты, - работу на элементарных перемещениях.

 

 

Рис. 2.6. Механическая часть с вращательным и поступательным движением – к приведению масс и сил

 

Применительно к модели на рис. 2.6, 6 будем иметь для масс

т. е.

(2.22)

для жесткостей

т. е.

(2.23)

для сил и моментов

,

т. е.

(2.24)

Во все формулы приведения вошла величина , м, которую называют радиусом приведе­ния.

Обобщение полученных результатов. Во-первых, опера­ция приведения масс, жесткостей, сил, моментов всегда связана с двумя элементами механической части - эле­ментом приведения, т.е. тем, к которому что-то приводится (будем, как и прежде, отмечать его индексом «пр»), и при­водимым элементом – его снабдим индексом j, чтобы под­черкнуть, что приводимых элементов может быть несколь­ко (j =1, 2,..., n).

Во-вторых, результат приведения – модель исходной системы, в которой все приведенные элементы движутся в статическом режиме со скоростью элемента приведения ω_пр или v_пр; обозначим эту величину в общем случае y_пр.

В-третьих, связь в статическом режиме между скоро­стью элемента приведения y_пр и фактической скоростью приводимого элемента у_j – это параметр системы; назовем его коэффициент приведения и обозначим

. (2.25)

В частных случаях он будет передаточным отношением

(или ) или размерной величи­ной, связанной с радиусом приведения:

.

В-четвертых, приведение масс, моментов инерции (обо­значим их общим символом J) и жесткостей сводится к делению фактической величины на квадрат коэффициента приведения, т. е.

(2.26)

(2.27)

приведение сил и моментов (обозначим их общим симво­лом М) сводится к делению фактической величины на ко­эффициент приведения, т. е.

(2.28)

иногда можно учитывать потери в передачах, вводя соот­ветствующие значения КПД.

Таким образом, очень многие и даже весьма сложные кинематические цепи, образующие механическую часть электропривода, могут быть сведены к простым моделям, представляющим собой систему эквивалентных (приведен­ных) масс, соединенных связями с приведенными жесткостями, находящуюся под воздействием системы приведен­ных сил и движущуюся в статическом режиме с одной ско­ростью.

Приведение возможно только тогда, когда: кинематическая цепь не имеет разветвлений, каждый элемент обладает лишь од­ной степенью свободы, коэффициенты приведения посто­янны.

Выбор мощности двигателя

При выборе мощности двигателя руководствуемся заданным графиком движения детали. На графике режиму максимальной мощности соответствует точка выхода на статический режим, момент времени t₃.. Р=FV ₂ . F – сила трения (нагрузка на привод), V – заданная скорость перемещения детали в статическом режиме работы.

Выбор двигателя

Анализируем задание и выбираем вариант структурной схемы управления двигателем.

Выбираем двигатель с мощностью, удовлетворяющей заданию. В качестве двигателя можно выбрать двигатель постоянного или переменного тока. Оцениваем электромеханическую постоянную двигателя. Электромеханическая постоянная двигателя должна быть на порядок меньше времени переходных режимов работы установки. Записываем необходимые сведения о выбранном двигателе.

Заключение

Курсовая работа заключалась в разработке привода автоматической установки, обеспечивающего заданные режимы перемещения объекта с заданными скоростями и координатами в пределах допустимой погрешности. Схемы исполнительного механизма маломощной электромеханической системы, предназначенной для перемещения исполнительного органа по заданному закону изменения скорости, выбору исполнительного двигателя и редуктора.

Данные расчеты позволили нам оптимально точно взять необходимый для нас исполнительный механизм маломощной электромеханической системы, которая позволит применить такие системы для различных устройств, маломощных станков (конвейеров) на предприятии, а так же благодаря этим данным мы можем сэкономить дорожающие на нынешнем рынке энергетические ресурсы, и позволит нам удешевить, и при этом не снизить любого предприятия, где используется маломощное оборудования объема производства.

Список Литературы

 

1. В.М. Терехов, О.И. Осипов – «Система управления электроприводов», Изд. центр «Академия», Москва, 2005.

 

2. Г. Б. Онищенко – «Электрический привод»,Изд. центр «Академия», Москва, 2006.

 

3. В. В. Москаленко – «Электрический привод»,Изд. центр «Академия», Москва, 2005.

 

4. М.М. Кацман – «Электрический привод»,Изд. центр «Академия», Москва, 2005

5. Каталог «Autonics» www.autonics.com

1. Приложение 1

Параметры двигателя.

 

 

Приложение №4

Датчик углового перемещения (Серия Е20)

 

Приложение №5

Барьерный фотодатчик (серии BWPK)

Содержание

План проекта…………………………………………………………………………..….………………..3

Исходные данные………………………………………………………………………….……………..4

Введение………………………………………………………………………………………….……………6

Выбор исполнительного двигателя и редуктора………….…….…..8

Выбор двигателя…………………………………………….…….….8

Выбор параметров редуктора……………………………….…….9

Приведение механической части электромеханической системы к одномассовой модели………………………………….…....9

Выбор источника питания…………………………………….…....9

Оценка правильности выбора двигателя………………………9

Разработка схемы управления………………………………………….10

Вычисляем момент инерции исполнительного механизма….…..16

Расчеты электромеханической системы……………………………...21

Блок-схема управления обработкой перемещения детали………..24

Заключение……………………………………………………………………27

Список литературы………………………………………………………….28

Приложение

План проекта

Цель: Курсовая работа заключается в разработке привода автоматической установки, обеспечивающего заданные режимы перемещения объекта с заданными скоростями и координатами в пределах допустимой погрешности. Схемы исполнительного механизма маломощной электромеханической системы, предназначенной для перемещения исполнительного органа по заданному закону изменения скорости, выбору исполнительного двигателя и редуктора.

Задача: Для выбора необходимого нам исполнительного механизма данной системы нам необходимо решить следующие аспекты, позволяющие оптимально выбрать данный механизм:

- кинематические;

- силовые;

- точностные;

- конструкторские;

- технологические.

Данные расчеты позволят нам оптимально точно взять необходимый для нас исполнительный механизм маломощной электромеханической системы, которая позволит применить такие системы для различных устройств, маломощных станков (конвейеров) на предприятии, а так же благодаря этим данным мы можем сэкономить дорожающие на нынешнем рынке энергетические ресурсы, и позволит нам удешевить, и при этом не снизить любого предприятия, где используется маломощное оборудования объема производства.

 

	Масса груза (г)	Сила трения (Н)	t1 (сек)	t2- t1 (сек)	t3- t2 (сек)	t4-- t3 (сек)	t5-t4 (сек)	V1(м/сек)	V2(м/сек)	V2 - V1(м/сек)
			0,1		0,1		7,5	0,2	0,4	0,04

Исходные данные

 

Разработать устройство перемещения детали по поверхности рабочего стола в заданном временном цикле.

1. - оценить необходимую мощность двигателя

2. – выбрать двигатель с запасом мощности 20 -30 %

3. – выбрать кинематическую схему согласования двигателя с перемещаемым объектом

4. – определить необходимое передаточное число редуктора

5. – выполнить приведение системы к скорости вращения двигателя

6. – записать математическое описание механической характеристики выбранного двигателя

7. – выполнить расчет переходного процесса при разгоне двигателя, оценить механическую постоянную системы

8. – сравнить механическую постоянную системы с временем разгона груза во всех переходных режимах, заданных графиком работа устройства

9. – рассчитать режим работы при перемещениях с постоянной скоростью

10. – сравнить мощность необходимую для выполнения заданных режимов с допустимой мощностью двигателя.

11. – в случае, если мощность двигателя окажется не достаточной, выбрать более мощный двигатель и повторить расчет

12. – выбрать способ регулирования скорости

13. – разработать электрическую принципиальную схему

14. – выбрать датчик измерения скорости, удовлетворяющий заданной точности

15. – выбрать датчики, обеспечивающие фиксацию исходного и конечного, положений детали на рабочем столе

16. – замкнуть обратную связь системы управления

17. – оформить пояснительную записку

 

 

 

Введение

Весь комплекс требований, предъявляемых при проектировании электромеханических систем, можно разделить на несколько групп.

К первой группе следует отнести требования к работоспособности, точности и динамическим свойствам системы. Требования этой группы должны удовлетворяться во всех системах независимо от назначения и выполняемых функций.

Ко второй группе относятся требования к надежности и чувствительности системы, к влиянию внешних воздействий. Эти требования определяются назначением системы и условиями ее эксплуатации.

К третьей группе относятся требования к весу и габаритам системы, потребляемой мощности и КПД. Требования этой группы определяются также в основном характером объекта и условиями работы.

К четвёртой группе относятся требования, определяемые условиями эксплуатации. Учитываются условия обслуживания, регулирования, настройки в эксплуатации, ремонтопригодность и восстановление.

Пятую группу составляют требования к технологичности изготовления и настройки, необходимости унификации.

Даже краткое рассмотрения перечисленных требований, многие из которых противоречивы, показывает, что проектирование электромеханической системы - сложная задача, не имеющая однозначного решения. Успех проектирования во многом зависит от того, какие требования взяты как основные.

Предлагается рассматривать вопросы проектирования системы исходя, главным образом, из условия удовлетворения первой группы требований.

Прежде, чем приступить к разработке электромеханической системы, необходимо ознакомиться с заданием на проектируемое устройство, выполнить обзор технических решений аналогичного назначения. Результаты анализа свести в параграф. Рекомендуется привести в обзоре не менее четырех вариантов подобных систем.

По результатам анализа выбирается структурная схема устройства. В структурной схеме показываются основные узлы и блоки из которых состоит разрабатываемое устройство.

Исходя из анализа исходных данных и требований, составляется укрупненная функциональная схема будущей электромеханической системы. Функциональная схема строится с использованием условных графических обозначений функциональных блоков, согласно требований ЕСКД. Выполняется описание работы устройства и взаимодействие функциональных блоков.

Детализацию отдельных блоков и уточнение схемы следует производить после выбора элементов основного контура и динамического синтеза системы. В первоначальном варианте схема должна содержать характерные для большинства систем элементы: измеритель рассогласования, усилитель, исполнительный двигатель с редуктором.

 

Выбор исполнительного двигателя и редуктора

Выбор исполнительного двигателя (ИД) и редуктора является одним из наиболее важных и ответственных этапов проектирования электромеханической системы. От того, насколько правильно выбран ИД, во многом зависит успех проектирования, динамические и эксплуатационные показатели системы, ее вес, габариты, КПД и другие характеристики. Никакая система управления электродвигателем не обеспечит требуемых:

- момента, скорости и ускорения, если они не заложены в самой конструкции двигателя.

Сложность выбора двигателя и передаточного числа редуктора обусловлена тем, что энергетические характеристики системы определяются не только параметрами объекта регулирования, но и инерционностью ротора двигателя, вращающихся частей редуктора и исполнительного механизма, причем, некоторые из параметров на первом этапе расчетов еще неизвестны.

Выбор двигателя

Обычно ИД выбирается методом последовательных приближений, т.е. пригодность первоначально выбранного двигателя проверяют последующим детальным анализом его динамических возможностей и энергетических характеристик.

Предварительный выбор двигателя удобно производить из условия обеспечения максимальной скорости и ускорения движения нагрузки с учетом напряжения и частоты имеющегося источника питания.

При выборе мощности двигателя руководствуемся заданным графиком движения детали. На графике (Рис.1) режиму максимальной мощности соответствует точка выхода на статический режим, момент времени t₃.. Р=FV ₂ . F – сила трения (нагрузка на привод), V – заданная скорость перемещения детали в статическом режиме работы.

По величине найденной требуемой мощности по справочным данным выбирается ИД. Ориентировочный запас мощности двигателя 20%. Допускается использовать двигатели, приведенные в Приложении 1.

Выбор параметров редуктора.

Составляется кинематическая схема электропривода системы. Выбирается способ механической связи двигателя и исполнительного органа.

Вычисляется оптимальное передаточное число редуктора для номинального режима работы двигателя. Диаметр ведущей шестерни редуктора выбираем равным D_вр=3d_дв. (В маломощных исполнительных системах это допустимо.).