2.4 Линейные электродвигатели
Практически любой из рассмотренных выше вращательных электродвигателей можно преобразовать в двигатель поступательный с линейным перемещением якоря. Принцип преобразования иллюстрируется на рис. 2.24.
Вращательный двигатель (рис. 2.24, а) кольцевой структуры можно условно разрезать по плоскости А и развернуть кольцо в плоскость (рис. 2.24, б).
статор
ротор
ротор
статор
б
а
Рис. 2.24. Принцип преобразования вращательного двигателя (а) в поступательный (б)
Такой двигатель будет иметь ограниченное перемещение S и ограниченную переменную скорость V, поскольку большую скорость на небольшом перемещении получить невозможно. Электромагнитные силы F также ограничены, как и во вращательных машинах. Поэтому линейные двигатели не могут иметь большую мощность P= FV.
Вместе с тем они перспективны, так как позволяют отказаться в приводах от механизмов преобразования вращательного движения в поступательное. В настоящее время форсированные по усилию линейные двигатели применяются в быстродействующих приводах станков, роботов и других машин. Форсирование осуществляется, в основном, применением «сильных» магнитов (высокая магнитная индукция В) и многократным увеличением силы тока в проводах при условии эффективного охлаждения, вплоть до охлаждения жидким азотом. Сложность и, соответственно, стоимость линейных двигателей существенно выше, чем у вращательных машин, особенно если они оснащены собственными поступательными опорами и направляющими.
2.5 Стыковка электродвигателя с механизмом. Мотор-редукторы
Вопросы стыковки и согласования узлов привода всегда были актуальны и трудоемки. Особенно актуальны, они стали сейчас, когда привод собирается, в основном, из покупных узлов. Рассмотрим вопрос стыковки на примере соединения электродвигателя с редуктором (рис. 2.25).
3
1
5
6
2
е
4
Рис. 2.25. Схема стыковки электродвигателя с редуктором:
1 – вал электродвигателя; 2, 5 – опоры; 3, 6 – корпус; 4 – вал редуктора
Вал 1 электродвигателя имеет опоры 2, расположенные в корпусе 3. Входной вал 4 редуктора имеет опоры 5, расположенные в корпусе 6. Если опоры 2 и 5 существенно несоосны, то жесткое соединение валов приведет к большим реакциям в опорах и подшипники либо быстро износятся, либо их заклинит. Обеспечить высокую соосность опор, расположенных в разных корпусах, сложно. Всегда есть радиальное смещение осей опор е и угловое смещение α. Поэтому валы соединяют не жестко, а с помощью различных подвижных муфт, «развязывающих» валы (и это главное назначение муфт, а не только передача вращения с одного вала на другой). Типовая компоновка привода с двигателем и редуктором на лапах изображена на рис. 2.26.
3
1
4
5
6
2
Рис. 2.26. Компоновка привода с двигателем и редуктором на лапах: 1 – электродвигатель на лапах; 2 – тормоз внешний; 3 – муфта; 4 – редуктор; 5 – подставка для совмещения осей; 6 – рама
Такая компоновка имеет ряд недостатков:
при больших скоростях вращения муфты работают нормально, без вибраций, только при небольших несоосностях соединяемых валов; обеспечить малую несоосность сложно;
конструкция привода в целом получается громоздкой и неудобной для встраивания в машину.
Поэтому, современные приводы стараются строить по-другому, например, как показано на рис. 2.27.
1
7
6
2
4
5
10
8
9
3
Рис. 2.27. Мотор-редуктор (в различных положениях):
1 – двигатель; 2 – фланец; 3 – редуктор; 4 – адаптер; 5 – гнездо; 6 – тормоз; 7 – датчик; 8 – выходной вал редуктора; 9 – закладной вал; 10 – лапа
Здесь двигатель 1 имеет фланцевое исполнение и закреплен за фланец 2 на редукторе 3 непосредственно или через переходник (адаптер) 4. Компенсирующую муфту в этом случае можно исключить.
При наличии центрирующих элементов на стыкуемых деталях и высокой точности изготовления этих деталей можно обеспечить необходимую соосность соединяемых валов. Вал двигателя в этом случае соединяется с валом редуктора жестко, например, вал двигателя вставляется в гнездо 5 входного вала редуктора. Если в приводе необходим тормоз 6 и (или) датчик 7 угла поворота и скорости вала двигателя, их встраивают внутрь двигателя. Подобную компактную конструкцию называют мотор–редуктор.
Выходной вал редуктора 8 часто выполняют полым. Тогда в этом валу можно закрепить закладной вал 9, хвостовик которого может быть любым, по желанию конструктора. Лапы 10 на редукторе выполняют по периметру корпуса, что позволяет закреплять мотор-редуктор в разных положениях. Все это существенно упрощает встраивание привода в машину.
В маломощных мотор-редукторах все функциональные элементы часто располагаются в едином корпусе (рис. 2.28).
1
2
3
4
5
Рис. 2.28. Мотор-редуктор в едином корпусе:
1 – корпус; 2 – датчик угла поворота или датчик скорости; 3 – электродвигатель; 4 – дисковый электромагнитный тормоз; 5 – планетарный редуктор
И только мощные тяжелые приводы по-прежнему в основном компонуют по схеме, приведенной на рис. 2.26.