12. Энергетический расчет универсального мехатронного модуля

12.1. Энергетический расчет универсального мехатронного модуля при незначительных динамических нагрузках

Рассмотрим методику расчета универсального мехатронного модуля при незначительных динамических нагрузках, когда силы инерции нагрузки значительно меньше внешних сил, действующих на ММ. В этом случае основными исходными данными являются:

• структурная схема мехатронного модуля;

• приложенная внешняя нагрузка М_Н (осевая сила Fн или вращающий момент Тн);

• требуемая скорость _rвых (линейная v_вых или угловая w_вых) выходного звена мехатронного модуля.

Для мехатронного модуля поступательного движения требуе­мую мощность электродвигателя, Вт, определяют по формуле:

(12.1)

где Fн- усилие сопротивления на выходном звене мехатронного модуля, Н; v_вых — линейная скорость выходного звена мехатронно­го модуля, м/с;  — коэффициент полезного действия мехатронно­го модуля; К_дин = 1,1... 1,3 - коэффициент запаса, учитывающий влияние динамических нагрузок в период разгона и торможения.

Для мехатронного модуля вращательного движения требуемую мощность электродвигателя, Вт, определяют:

(12.2)

или

где Fн — момент сопротивления на выходном звене мехатронного модуля, Нм; w_вых — угловая скорость выходного звена мехатронно­го модуля, с^-1; п - частота вращения выходного звена мехатронно­го модуля, об/мин.

Так как электродвигатели одной и той же мощности имеют разные номинальные вращающие моменты T_ном, то необходимо определить требуемый момент двигателя, Нм:

(12.3)

где и — передаточное отношение преобразователя движения (см. п.12.3).

Окончательно тип электродвигателя выбирают по каталогам исходя из условий:

Предварительный выбор вентильного бесконтактного моментного электродвигателя серии ДБМ осуществляют для мехатронного модуля без преобразователя движения по пусковому моменту Т_п, равному статическому син­хронизирующему моменту Т_с (табл. 12.1), для мехатронного модуля с преобразователем движения по приведенной выше методике.

Таблица 12.1

Технические характеристики и геометрические параметры электродвигателей серии ДБМ

Тип двигателя	Номинальный момент Тн, Нм	Статический синхро­низирующий момент Тс,Нм	Частота вращения холостого хода nхх, об/мин	Пусковой ток фазы I,А	Предельный ток обмотки статора Im A	Момент инерции ротора ДдаХ10-3 КГМ2	Длина L, мм	Диаметр корпуса D, мм	Диаметр вала d, мм	Масса m, кг
Статор пазовый
ДБМ50-0,04-2-2	0,04	0,080	2440	0,84	5	0,0055	30	50	12	0,2
ДБМ50-0,04-4-2	0,04	0,157	4880	3,25	10	0,0055	30	50	12	0,2
ДБМ70-0,16-1-2	0,16	0,39	987	1,62	10	0,07	34	70	23	0,35
ДБМ70-0,16-2-2	0,16	0,77	1975	6,38	20	0,07	34	70	23	0,35
ДБМ100-0,4-0,6-2	0,4	0,84	690	2,45	15	0,27	33	100	48	0,6
ДБМ100-0,4-1,2-2	0,4	1,67	1390	9,80	30	0,27	33	100	48	0,6
ДБМ120-1-0,2-2	1	1,19	240	1,25	12,5	1,0	42	120	60	1,3
ДБМ120-1-0,4-2	1	2,38	485	5,00	25	1,0	42	120	60	1,3
ДБМ120-1-0,8-2	1	4,47	970	18,00	50	1,0	42	120	60	1,3
ДБМ120-1,6-0,4-3	1,6	4,2	473	8,1	45	1,5	52	120	60	1,8
ДБМ150-4-0,3-2	4	6,7	323	9,6	60	3,0	55	150	72	3,0
ДБМ150-4-0,6-2	4	13,1	646	37,5	120	3,0	55	150	72	3,0
ДБМ150-4-1,5-3	4	47,3	1750	32,0	320	3,0	55	150	72	3,0
ДБМ 185-6-0,2-2	6	11,5	195	10,2	60	9,0	60	185	66	5,4
ДБМ 185-6-0,4-2	6	23,1	390	41,0	120	9,0	60	185	66	5,4
ДБМ185-16-0,15-2	16	28,0	143	18,4	110	15	85	185	66	9,2
ДБМ185-16-0,3-2	16	56,0	286	73,8	220	15	85	185	66	9,2
Статор гладкий
ДБМ40-0,01-4,5-3	0,01	0,026	4570	0,48	1,25	0,0055	26	40	12	0,12
ДБМ40-0,01-9-3	0,01	0,051	9150	1,93	2,5	0,0055	26	40	12	0,12
ДБМ63-0,06-3-2	0,06	0,13	2950	1,63	10	0,07	28	63	23	0,32
ДБМ85-0,16-2-2	0,16	0,305	2040	2,70	20	0,27	36	85	48	0,54
ДБМ85-0,16-2-3	0,16	0,36	1900	2,70	7,5	0,27	36	85	48	0,54
ДБМ105-0,4-0,75-3	0,4	0,92	965	3,46	9,0	1,0	38	105	60	0,98
ДБМ105-0,6-1-2	0,6	1,62	917	6,30	30	1,5	46	105	60	1,3
ДБМ105-0.6-0.5-3	0,6	1,17	600	2,70	8,75	1,5	46	105	60	1
ДБМ130-1,6-0,5-2	1,6	1,74	457	3,37	40	3,0	54	130	72	2,5

Для мехатронных моду­лей, работающих в повторно-кратковременном режиме должна быть задана цикло­грамма нагружения (рис.12.1).

В этом случае учитывая, что время их разгона и тор­можения значительно мень­ше времени установившегося движения, можно определить значение требуемой средне­квадратичной статической мощности, приведенной к валу двигателя, Вт:

(12.6)

где Р_ск — требуемая статическая мощность двигателя на К-м рабо­чем участке нагрузочной циклограммы двигателя, Вт.

Рис. 12.1. Цикло­грамма нагружения

Для мехатронного модуля поступательного движения:

,

где F_НК — сила сопротивления на К-м рабочем участке циклограм­мы, Н; v_K- линейная скорость выходного звена мехатронного мо­дуля на К-м рабочем участке циклограммы, м/с.

Для мехатронного модуля вращательного движения

или ,

где Т_нк — момент сопротивления на К-м рабочем участке цикло­граммы, Н-м; п_к — частота вращения выходного звена мехатронно­го модуля на К-м рабочем участке циклограммы, об/мин; w_к — уг­ловая скорость выходного звена мехатронного модуля на К-и рабо­чем участке циклограммы, с^-1; К - число включенных состояний двигателя за цикл; w_H0M — номинальная скорость вращения вала двигателя, с^-1; w_PK- рабочая скорость вращения вала двигателя на К-и рабочем участке циклограммы, с¹; t_PK — длительность К-го рабочего участка циклограммы, с; _Wk - коэффициент, учитываю­щий теплоотдачу при понижении скорости вращения двигателя по отношению к номинальной. Такое понижение скорости может быть вызвано условиями обеспечения требуемого технологического процесса:

где ₀ =0,7...0,78 — для двигателей закрытого исполнения. Вычисляем требуемый номинальный момент двигателя:

, (12.7)

где T_НКmах — максимальный момент сопротивления на К-м рабо­чем участке циклограммы нагружения, Н-м;

Тип электродвигателя выбирают по каталогам исходя из усло­вий: