2.2. Принцип действия изделия
Рис.1. Схема разрабатываемого механизма
Д – двигатель;
Р – редуктор;
М – муфта;
ВЗ – выходное звено;
ДП – датчик перемещения;
Квых – обратная связь;
Uупр – управляющее напряжение.
В общем случае ЭМП состоит из трех основных звеньев: источника энергии (электродвигателя Д), передатчика энергии (редуктора Р) и исполнительного устройства (ВЗ). Помимо этого в схеме имеются дополнительные элементы, необходимые для создания функции регулирования. Муфта М, которая служит для предохранения механизма от перегрузок (при эксплуатации нагрузка может носить случайный характер), что повысит надежность системы, а также для принудительного тормоза, что повысит быстродействие системы. Датчик перемещения ДП служит для преобразования выходной механической величины (хода выходного звена s) в электрический сигнал для контроля выходных параметров.
В качестве датчика перемещения в разрабатываемой конструкции будет применен линейный потенциометр, присоединенный к стенке стакана, защищающей выходной вал. Звено Квых служит для преобразования электрического сигнала в форму, подходящую для системы управления, реализованную с помощью силовой электроники. Сигнал от системы управления будет подаваться к двигателю, корректируя характер движения его вала. Помимо этого в редукторе будет реализована функция ограничителя хода выходного вала микропереключателями. Таким образом будет реализована система обратной связи, позволяющая управлять движением выходного звена.
3. Предварительный выбор двигателя привода разрабатываемой конструкции
Для механизма линейных перемещений предварительный выбор двигателя будем производить по номинальной мощности [1]:
,
(1)
где
-
номинальная мощность двигателя
-
выходная мощность редуктора
=1,1
- коэффициент запаса
-
КПД редуктора
Примем
КПД цилиндрического зубчатого редуктора
открытого типа
,
КПД передачи винт-гайка
.
Тогда КПД всего механизма равен
Расчетное значение выходной мощности:
Вт
По рассчитанной мощности N= 1,38 Вт и рекомендациям ТЗ выбираем двигатель ДПР-52-Ф1-03 с характеристиками (табл. 2):
Таблица 2. Характеристики двигателя ДПР-52-Ф1-03
|
Мощность PН, Вт |
4,6 |
|
Номинальный момент Mном, Н*мм |
9,8 |
|
Пусковой момент Мп, Н*мм |
54 |
|
Скорость вращения вала nном, об/мин |
4500 |
|
Момент инерции ротора Jр, кг*см2 |
0,017 |
|
Напряжение питания U, В |
27 |
|
Срок службы Т, ч |
2500 |
|
Масса m, кг |
0,25 |
4. Кинематический расчёт проектируемой конструкции
4.1. Определение общего передаточного отношения
Поскольку предварительно двигатель выбран и известна частота вращения его вала, то можно рассчитать передаточное отношение всей цепи двигатель – выходной вал:
(2)
Угловая скорость выходного вала двигателя:
(3)
Угловая скорость выходного вала привода:
(4)
Подставляя полученные скорости в формулу (2) имеем:
(5)
4.2. Определение числа ступеней
Поскольку в ТЗ не задан критерий расчета, проведем расчет по трём критериям [1]: минимизация габаритов, минимизация массы и минимизация погрешностей и выберем среднее число ступеней. А затем произведем разбивку общего передаточного отношения.
1) Критерий минимизации габаритов
(6)
2) Критерий минимизации массы (быстродействие)
(7)
3) Критерий минимизации погрешностей
,(i
=8)
(8)
Выберем число ступеней n=4.