2.3 Выбор редуктора

Редуктор предназначен для передачи механической энергии от электродвигателя к исполнительному органу системы и согласования скоростей вращения. Для системы требуется перемещение штока со скоростью равной 5 см/с. Но точность должна быть высокой, для таких целей нужно использовать винтовую передачу (рисунке 4).

Рисунок 4 – Конструкция редуктора

В винтовой передаче используется винт и гайка, основными интересующими характеристиками являются шаг резьбы (для винта и гайки одинаковы).

2.3.1 Технические характеристики редуктора

- материал винта сталь

- материал гайки сталь

2.3.2 Расчет передаточной функции редуктора. Требуемый коэффициент передачи составляет:

см/рад. (21)

Т.о. передача должна обеспечивать передвижение гайки при вращении винта в соотношении 12 мм за один полный поворот.

Для такого типа передачи нужный диметр гайки составляет

(22)

где: V – линейная скорость перемещения, см/с;

ω – угловая скорость, рад/с,

имеем: =4 мм

По ГОСТ для гайки такого размера шаг резьбы составляет: 0.8 мм. Т.о. имеем передаточную функцию: W(p)=0.2.

2.4 Выбор двигателя

Для корректной работы устройства требуется двигатель постоянного тока малой мощности, т.к. в данной схеме он служит для перемещения штока гидропривода.

Требуется определить требуемую мощность двигателя:

P_ТР=P_ВЫХ/η_ОБЩ (28)

где: P_ТР – требуемая мощность двигателя, кВт;

P_ВЫХ – выходная мощность, кВт;

η_ОБЩ – КПД конечного каскада, %.

Выходная мощность определяется необходимой силой для преодоления давления потока жидкости. Давление в гидроприводе составляет 700кПа, площадь поршня составляет 4×10^-4 м² (одного из двух), т.е. сила составляет 560 Н. Скорость перемещения штока должна составлять 0.05 м/с, т.е. требуемая мощность 70Вт.

Коэффициент полезного действия для шариковой винтовой передачи составляет 60% (редуктор в масле), а для гидропривода 70%. Т.о. P_ТР=167 Вт. Возьмем в качестве исполнительного двигателя, двигатель постоянного тока ДП80-180-4.

2.4.1 Технические характеристики двигателя.

- диаметр корпуса, мм 40

- номинальная мощность, Вт 180

- номинальная частота вращения, мин^-1 1500

- номинальное напряжение питания, В 60

- номинальный вращающий момент, Н·м 0.16

- активное сопротивление обмотки якоря, Ом 1.6

- индуктивность якоря, мГн 100

- момент инерции двигателя, кг·м³ 0.005

- начальный пусковой ток при номинальном напряжении, А 3.3

- КПД, % 72

- масса двигателя, не более, кг 1.1

Рисунок 6 – Двигатель постоянного тока ДП80-180-4

2.4.2 Расчет передаточной функции двигателя. Для начала найдем электрическую постоянную двигателя

(В·с/рад) (29)

тогда коэффициент передачи двигателя k_Д=1/С_е=27.4 (рад/В·с).

Определим механическую постоянную времени. Найдем механическую постоянную времени:

(Н·м/А) (30)

(с) (31)

Электрическая постоянная времени:

(с) (32)

Передаточная функция ДПТ примет вид:

(33)

2.5 Выбор датчика угла поворота (ДУП) KMA200

Рисунок 7 – Датчик угла поворота KMA200

KMA200 – это программируемый датчик угла поворота, созданный на базе магниторезистивного эффекта тонкопленочного пермаллоя, который измеряет угол между направлением внешнего магнитного поля в плоскости датчика и самим датчиком. Датчик состоит из двух гальванически изолированных уравновешенных мостов (мостов Уитстона) и интегральной схемы.

2.5.1 Технические характеристики ДУП

Разрешающая способность, ° 0,1

Максимальный диапазон измерения угла, ° 0 – 180

Диапазон рабочих температур, °С –40…+125

Напряжение питания, В 4,5–5,5

Выходное напряжение на аналоговом выходе, В 0,5–4,5

Пропорциональный аналоговый выход и 13-битный цифровой выход.

2.5.2 Расчет передаточной функции ДУП. Передаточная функция такого датчика давления имеет вид:

(34)

Таким образом передаточная функция датчика угла примет вид:

(35)