Конспект лекций по КМР

представляет собой пакет синхронных машин с общим датчиком положения ротора.

Условное обозначение вентильного бесконтактного моментного электродвигателя серии ДБМ, например ДБМ-63-0,06-3-2, расшифровывают следующим образом: ДБМ – двигатель бесконтактный моментный; 63 – внешний диаметр корпуса, мм; 0,06 - номинальный момент, Нм; 3 – номинальная частота вращения, тыс. об/мин; 2 – число фаз.

Двигатели серии ДБМ спроектированы для работы с малыми скоростями и большими моментами и обладают рядом преимуществ по сравнению с обычными бесконтактными двигателями: повышенным ресурсом работы; большим отношением вращающего момента к моменту инерции ротора, что обеспечивает высокое быстродействие; высокой разрешающей способностью из-за отсутствия упругих связей и люфтов.

Использование таких электродвигателей в приводах роботов позволяет во многих случаях отказаться от преобразователя движения.

Вбольшинстве случаев электродвигатели серии ДБМ используют в режиме бесконтактной машины постоянного тока.

Вкачестве датчика положения ротора в приводе робота с бесконтактным моментным двигателем серии ДБМ используют бесконтактный синусно-косинусный вращающийся трансформатор типа редуктосин.

Технические характеристики и геометрические параметры электродвигателей серии ДБМ приведены в табл. 8.4.

8.12.2. Линейные электродвигатели

Принцип действия и конструктивная схема линейного двигателя (ЛД) известны давно.

Прототипом линейного двигателя является электромагнитная система, состоящая из металлического сердечника-магнита и статорной обмотки (рис.8.11). При подаче тока определенной полярности в статорную обмотку сердечникмагнит смещается в ту или иную

210

промежуточных элементов. Передача энергии осуществляется через воздушный зазор между статорной обмоткой и подвижным звеном.

Т а б л и ц а 8.4

Технические характеристики и геометрические параметры электродвигателей серии ДБМ

На этом принципе действия уже много лет работают различные системы электроавтоматики, электротормозов, защиты и т.п.

Достоинством этих систем является: простота конструкции, сверхбыстрота срабатывания, почти мгновенный останов и реверс, большие осевые усилия, простота настройки и применения.

211

Для идеальной работы этих систем не хватало только возможности регулировать скорость подвижного звена. А без этого сконструировать линейный двигатель было невозможно.

Потребовались многие годы работы ученых и конструкторов в разных странах, прежде чем был достигнут успех. В Японии впервые был успешно использован линейный привод как движитель сверхскоростных поездов. Попытки создания линейных двигателей для металлообрабатывающих станков приводили к возникновению сильных магнитных полей, нагреву двигателя, неравномерности движения подвижного звена. И только на пороге третьего тысячелетия Японская компания SODICK Co., Ltd. первой сумела решить сложнейшие конструкторско-технологические задачи, позволившие приступить к серийному выпуску станков (пока в основном электроэрозионных) с принципиально новыми линейными двигателями, в которых решены все проблемы по обеспечению равномерности движения подвижного звена станка со сверхвысокой точностью, с большим диапазоном регулирования скорости, громадными ускорениями, мгновенным остановом и реверсом, простотой обслуживания и наладки и др.

Линейный двигатель может быть "получен" из двигателя угло-

212

Следует отметить, что двигаться может либо "ротор", либо "статор". Все зависит от того, что закреплено. Если закреплен "статор" движется "ротор", при закреплении "ротора" движется "статор".

Таким образом, линейный двигатель состоит из двух основных элементов: электромагнитного "статора" 1 и плоского "ротора" 2 (рис.8.14, а, б), между которыми воздушный зазор. Для определения текущих координат подвижного звена на неподвижном звене уста-

(редкоземельных) постоянных магнитов 3, закрепленных под определенным фиксированным углом на тонкой плите 4 из специальной высокопрочной керамики, коэффициент температурного расширения которой в два раза меньше, чем у гранита. Применение керамики совместно с эффективной системой охлаждения и использование высокоэффективной 6-ти фазной импульсной системы

управления (система SMC) позволило избавиться от нагрева, сильных магнитных полей и добиться точного и равномерного

213

Компания SODICK серийно выпускает широкую гамму линейных двигателей со следующими характеристиками: ходом подвижного звена от 100 до 2220 мм, максимальной скоростью перемещения до 3 м/с, ускорением до 20g при точности исполнения заданных перемещений 0,1 мкм, практически мгновенной остановкой и реверсом, моментальной реакцией на команды системы управления. Нагрев ЛД при работе не превышает +2°С от температуры помещения.

Для увеличения мощности на один рабочий орган устанавливают несколько линейных двигателей. Так, на электроэрозионных прошивочных станках фирмы SODICK для вертикального перемещения рабочего органа установлены два линейных двигателя

(рис.8.15).

Рассмотрим линейный двига-

тель Iron Core Brushless Linear Servo Motor фирмы Baldor Electric Company. На рис.8.16 изображен его внешний вид, конструктивная

Рис. 8.16 схема – на рис.8.17, а геометрические параметры приведены в табл.8.5.

Линейный двигатель состоит из направляющего устройства ("ротора"), представляющего собой тонкую стальную пластину 1 с наклеенными на ней под определенным углом прямоугольными

Рис. 8.17

214

редкоземельными постоянными магнитами 2 и подвижного звена ("статора") 3, состоящего из группы катушек, залитых теплопроводящей эпоксидной смолой, датчика Холла 4, подводящего к катушкам кабеля 5 и кабеля 6 датчика Холла. Направляющее устройство собирают из секций длиной D. Поэтому линейный двигатель может быть требуемой длины.

Т а б л и ц а 8.5

Геометрические параметры 3-х фазной электрической катушки (LMBL) и магнитного направляющего устройства (LTBT), мм

Линейный двигатель Cog-free

Brushless Linear Servo Motor фирмы Baldor Electric Company изображен на рис.8.18 и 8.19.

Рис. 8.18

Рис. 8.19

215

)

Он состоит из направляющего устройства ("ротора"), представляющего собой тонкий |_| - образный стальной профиль 1 с наклеенными на его боковые поверхности прямоугольными редкоземельными постоянными магнитами 2 и подвижного звена ("статора") 3, устроенного аналогично рассмотренному выше линейному двигателю Iron Core Brushless. Геометрические параметры линейного двигателя приведены в табл.8.6.

Т а б л и ц а 8.6

Геометрические параметры магнитного направляющего устройства (LTCF), мм

216

Глава 9 ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ДВИЖЕНИЯ

Передача движения от двигателя к функциональному звену исполнительного устройства робота может быть обеспечена с помощью различных преобразователей движения, структура и конструктивные особенности которых зависят от типа двигателя, вида перемещения функционального звена и способа их расположения.

Преобразователи движения предназначены для преобразования одного вида движения в другое, согласования скоростей и вращающих моментов двигателя и функционального звена. Для преобразования движения используют винтовые, реечные, цепные, тросовые передачи, а также передачи зубчатым ремнем, мальтийские механизмы. В связи с тем, что электродвигатели в основном высокооборотные, а рабочие скорости звеньев исполнительного устройства невелики, в электроприводах для согласования скоростей используют понижающие преобразователи движения: зубчатые цилиндрические и конические, червячные, планетарные, волновые. Тип преобразователя движения выбирают, исходя из сложности его конструкции, коэффициента полезного действия, люфта в передаче, габаритных размеров и массы, свойств самоторможения, жесткости, удобства компоновки, технологичности, долговечности, стоимости и т.п. Преобразователи движения оказывают существенное влияние как на качество работы привода, так и на работу робота в целом. Поэтому вопросам проектирования преобразователей движения следует уделять самое пристальное внимание.

9.1. Передача винт-гайка качения

Передача винт-гайка качения (шарико-винтовая передача – ШВП) предназначена для преобразования вращательного движения в поступательное, и наоборот, поступательного движения во вращательное.

Она характеризуется высоким КПД (0,9...0,95), небольшим износом, высокой точностью хода, долговечностью, возможностью полного устранения зазоров, высокой чувствительностью к микроперемещениям, возможностью работы без смазки.

К недостаткам передачи следует отнести: отсутствие самоторможения, сложную технологию изготовления, высокую стоимость, пониженное демпфирование и необходимость защиты от пыли.

217

В винтовых шариковых парах (рис. 9.1) между рабочими винтовыми поверхностями винта 1 и гайки 2 (иногда вкладыша) помещены стальные шарики 3.

Скорость перемещения шариков отличается от скорости ведущего и ведомого звеньев. Поэтому для обеспечения непрерывной циркуляции шариков концы рабочей части резьбы соединены возвратным каналом 4.

Замкнутую цепь Рис. 9.1 шариков условно делят на активную часть (ра-

бочую часть нарезки) и пассивную часть (возвратный канал). Активная часть шариковой винтовой пары обычно составляет

KB=1,5; 2,5; 3,5; 4 рабочих витков. При большем числе рабочих витков КПД шариковой пары снижается из-за увеличения трения шариков друг о друга. Общее число витков в ШВП с выборкой мертвого хода (рис. 9.9) равно: КО=3; 4,5; 5,5; 6.

Возвратный канал может представлять собой отверстие 4, просверленное в теле гайки 2 и соединяющее начало первого витка с концом последнего витка резьбы (рис. 9.1), изогнутую трубку 4, концы которой вставлены в отверстия гайки 2, просверленные по касательной к поверхности резьбы (рис. 9.2), специальный вкладыш 1, который направляет шарики из впадин одного витка через выступ резьбы винта во впадину соседнего витка (рис. 9.3). Вкладыш вставляют в окно гайки. В большинстве случаев в гайке применяют 3, 4 или 6 окон, расположенных соответственно под углом 120, 90 или 60 градусов.

218

Резьба в ШВП может иметь различные профили. Наибольшее распространение получили круглые (рис. 9.4, а), круглые с канавкой (рис. 9.4, б) профили резьбы. Они обеспечивают наименьшие контактные напряжения. Нарезание и шлифование таких канавок не представляет технологических трудностей. Треугольный профиль (рис. 9.5) резьбы наиболее технологичен, обеспечивает постоянное значение угла передачи, обладает наименьшим трением, не уступает по нагрузочной способности круглому профилю. Прямоугольный профиль всегда обеспечивает угол контакта шариков с винтом и гайкой равный нулю и имеет самый высокий КПД. В настоящее время начинают применять арочный профиль резьбы (рис. 9.6).

У винта с треугольным и круглым с канавкой профилем резьбы пространство под шариком служит резервуаром для смазочного материала и продуктов износа.

Материалы шарико-винтовых передач. Для обеспечения требуе-

мой работоспособности и точности передачи материалы винта, гайки, вкладышей и шариков должны обладать твердостью рабочих поверхностей не менее 58...60 HRC. В табл. 9.1 представлены наиболее распространенные марки сталей и способы их упрочнения.

Кинематический расчет передачи. Рассмотрим (рис. 9.1) преоб-

разование вращательного движения винта (гайки) в поступательное перемещение гайки (винта).

При вращении винта (гайки) шарики, благодаря трению, перекатываются по винтовым поверхностям винта и гайки и передают вращение от винта (гайки) к гайке (винту), перемещающейся поступательно. От проворачивания относительно своей продольной оси гайка (винт) удерживается направляющими или шпонкой, зафиксированной в корпусе.

Угол поворота винта (гайки), рад:

2 S ,

PK

219