В2. Основные концепции мехатроники.

Основные методы познания в мехатронике

1)Системный подход, в основе которого лежит исследование объектов как систем. Методическая специфика системного подхода закл. в том, что она ориентирует исследователя на раскрытие сущности объекта и обеспечивающих его механизмов, на выявления многообразия типов связей сложного объекта и сведение их в единую теоретическую картину. Системой наз-ся дискретная совокупность взаимосвязанных частей и свойства обусловлено их взаимодействием. При этом окружающий мир делится на 2 части: систему и внешнюю среду. Из внеш. среды на систему воздействуют управляющий сигнал и возмущение.

2)Синергетический подход выявляет общие закономерности процессов самоорганизации сложных структур, новыми являются мехатр. объекты. , приводящие к распознованию в них новых свойств.

3) Редукционизм – т.е. сведение сложного к более простому с целью формализации. При этом нужно сохранять связи: входы, выходы и т.д.

4) Моделирование – применительно к мехатроники оно всегда является предметом, т.е. представляет собой воспроизведение определенных геометрических, физических, динамических, либо функциональн. характеристик объекта.

В3. Системный подход в представлении электронно-механической системы, как сложной системы

Наиболее общим подходом к проектированию является системный подход. Принцип системного подхода заключается в рассмотрении частей сложной системы с учетом их взаимодействия. Системный подход вкл. в себя выявлении структуры системы, типизацию связей, определение свойств (атрибутов) системы, анализ выявления внешней среды.

Системный подход, в основе которго лежит исследование объектов как систем. Методическая специфика системного подхода закл. в том, что она ориентирует исследователя на раскрытие сущности объекта и обеспечивающих его механизмов, на выявления многообразия типов связей сложного объекта и сведение их в единую теоретическую картину. Системой наз-ся дискретная совокупность взаимосвязанных частей и свойства обусловлено их взаимодействием. При этом окружающий мир делится на 2 части: систему и внешнюю среду. Из внеш. среды на систему воздействуют управляющий сигнал и возмущение.

В4. Особенности электронно-механических систем

Мехатронные устройства - это выделившийся в последние десятилетия класс машин или узлов машин, базирующийся на использовании в них достижений точной механики, электропривода, электроники, компьютерного управления. Хотя все эти элементы можно встретить в громадном количестве традиционной техники, все же можно выделить ряд признаков (особенностей) мехатронного устройства к которым можно отнести следующие.

1.Наличие интеграции следующих функциональных элементов:

-выходного механического звена (ВМЗ), выполняющего внешние функции мехатронного устройства;

-двигателя выходного звена с механизмом передачи движения к ВМЗ, привода ВМЗ;

-усилителя-преобразователя энергии питания двигателя (УПЭП);

-устройства цифрового программного управления приводом;

- информационной системы, контролирующей состояние внешнего мира и внутренних параметров мехатронного устройства.

2. Минимум преобразований информации и энергии (например, прямое цифровое управление безредукторным приводом) - принцип минимума преобразований.

3. Использование одного и того же элемента мехатронного устройства для реализации нескольких функций (например, параметры двигателя (ток, противо-ЭДС) используются для измерения его момента и скорости) - принцип совмещения функций.

4. Проектирование функций различных элементов мехатронного устройства таким образом, чтобы цели служебного назначения изделия достигались совместным выполнением этих функций без их дублирования и с максимальным эффектом (принцип синергетики).

5. Объединение корпусов узлов мехатронного устройства - принцип совмещения корпусов.

Задачей мехатронной (электронно-механической) системы является преобразование входной информации, поступающей с верхнего уровня управления в целенаправленное механическое движение с управлением на основе принципа обратной связи. Характерно, что электрическая энергия (гидравлическая, пневматическая) используется в современных системах как промежуточная энергетическая форма.

В5. Архитектура электронно-механических систем. Три уровня проектирования электронно-механических систем.

В6. Принципы построения архитектуры электронно-механических систем.

В7. Обобщенная архитектура электронно-механических систем.

Вкл. в себя 5 основных подсистем: механическая, информационная, управляющая, вычислительная и диагностическая.

Производственный цикл мехатронной системы начинается с разработки ее концепции. Далее концепции развиваются в архитектуры системы. Затем в функциональную структуры и заканчиваются конструированием объекта в заданном элементном базисе.

Т.о. при построении мехатронной системы реализуются 3 уравнения проекта:

1 архитектура системы – это функциональные правления системы.

2 структура системы – логическое описание ее внутренней структуру делающей возможным выполнение этих функций.

3 физическая модель (реализация системы).

Прежде всего при проектировании необходимо анализировать содержание и ресурсное обеспечение всех стадий и этапов производственного цикла, планируемого к выпуску изделия во взаимодействии с другими аспектами удовлетворения потребностей человека и общества в целом.

Основа построения мехатронной системы – структурно функциональный метод.

В.8 Механическая подсистема электронно-механических систем.

Ее основное назначение это реализация технологических операций и выполнение двигательных функции.

Она состоит из конструктивного модуля и исполняющего устройства.

В9. Особенности агрегатно-модульного принципа построения электронно-механических систем.

В10. Устройство конструктивного модуля. Основные характеристики.

В11. Проектирование конструктивного модуля (КМ). Выбор и обоснование кинематической схемы конструктивного модуля.

Исходные данные для проектирования КМ – обобщенные координаты ( ).

Этапы проектирования КМ:

1. Выбрать кинематич. схему: кинематич. схема м.б. условная или ангулярная, ортогональная (по справочнику Козырева)

2. Определить мощность двигателя: ; где k_д – коэффициент запаса (диномичности), учитывающий необходимость преобразования звеньями кинематич. цепи динамических нагрузок (для лин. КМ kд=2,4-2,6). При выборе электродвигателя определение мощности необходимо учитывать значение номинального крутящего момента, линейного значения момента инерции ротора, а также массу и габариты.

3. Определить частоту вращения двигателя: , где nд определяется по каталогу выбранного двигателя.

4. Определить общее передаточное отношение: . Для углового КМ: . Для лин. КМ: , где Ршв=1-5 – число заходов шариковинтовой пары.

5. Статистический расчет КМ подразумевает определении: для зубчатоцепной передачи ղ=1-2,3f(1/z₁=1/z₂), где f – коэффициент трения скольжения, для зубчатоременной передачи ղ=1-0,2f, для ВЗП ղ=6000/(600+U), для червячной передачи ղ=1-(U/20), для передачи винг – гайка ղ=tgγ/tg(γ+ρ) где γ – угол подьема винтовой линий, ρ – приведенный угол трения.

6. Определить крутящий момент двигателя Тд и редуктора Тр. Зная КПД можно опред. крутящий момент на валах ступеней редуктора и других звеньях кинематич. цепи по формула Т_дв=Р_дв/ω_дв и Т_ред=Т_двU_редղ_ред.

Полученные результаты кинематич. и статистического расчетов КМ используются при проектировании передач, направляющих, валов и осей, крепежных элементов и опорных конструкций. При этом одновременно выполняются резмещение элементов КМ в заданном объеме.