Новости

СОВРЕМЕННЫЕ МЕХАТРОННЫЕ МОДУЛИ

Работа добавлена:






СОВРЕМЕННЫЕ МЕХАТРОННЫЕ МОДУЛИ на http://mirrorref.ru

ЛЕКЦИЯ 6

СОВРЕМЕННЫЕ МЕХАТРОННЫЕ МОДУЛИ

6.1 Модули движения

Согласно принятой терминологии в модуле движения конструктивно объединены управляемый двигатель и механическое устройство, причем вал двигателя является элементом механического преобразователя движения.

Мотор-редукторы исторически первые по принципу своего построения модули движения, которые стали выпускаться серийно и нашли широкое применение в приводах различных машин. Мотор-редуктор представляет собой компактный конструктивный модуль, объединяющий электродвигатель и редуктор. По сравнению с традиционным соединением двигателя и редуктора через муфту мотор-редукторы обладают целым рядом существенных преимуществ:

-меньшими габаритами,

- сниженной стоимостью за счет сокращения числа присоединительных деталей, уменьшения затрат на установку, наладку и запуск изделия,

- улучшенными эксплуатационными свойствами: минимальным уровнем вибраций, пыле- и влагозащищенностью, безопасностью и надежностью работы в неблагоприятных производственных условиях.

На рисунке 35  представлен планетарно-цевочный одноступенчатый мотор-редуктор, состоящий из электродвигателя1 и преобразователя движения, которые соединены в единый корпус винтами 3.

Рисунок 35 – Планетарно-цевочный одноступенчатый редуктор

Мотор-редуктор на основе волнового механизма с электромагнитным генератором волн изображен на рисунке 35. Он состоит из гибкого колеса 1, электромагнитного генератора волн 2, жесткого колеса 3, гибкого подшипника 4 кулачка 5, зубчатого колеса 6 и выходного вала 7.

Рисунок 36- Мотор-редуктор на основе волнового механизма

В состав современных модулей движения могут входить и другие механические устройства – тормозные и люфтовыбирающие устройства, вариаторы и направляющие. На рисунке 37 показана компоновочная схема волнового мотор-вариатор-редуктора.

Рисунок 37 – Мотор-вариатор-редуктор

6.2 Мехатронные модули движения

Мехатронный модкль движения представляет собой конструкивно целостное изделие, объединяющее в едином корпусе двигатель, механическую ,электрическую и информационную части, которое можно использовать индивидуально и в различных комбинациях с другими модулями. В связи с развитием новых электронных технологий , которые позволили создать миниатюрные датчики и электронные блоки для обработки их сигналов, в мехатронных модулях движения появились электронные и информационные устройства, что является их главным отличием от простых модулей движения.

Для создания современных движущихся систем и технологических машин необходимы разнообразные модули движения. Требования к развиваемым силам, точности  и скорости движения диктуются особенностями технологической операции, а требование минимизации размеров мехатронного модуля движения – необходимостью встраивания его в технологическую машину. Попытка синтеза мехатронного модуля движения из серийно выпускаемых компонентов может привести к технически и экономически неэффективным решениям. На рисунке 38 показана блочно-модульная схема  мехатронного модуля движения , позволяющая подключить к электродвигателю различные типы редукторов и фотоимпульсных датчиков обратной связи.

Рисунок 38 – Блочно-модульная схема построения мехатронных модулей движения

Примером мехатронных модулей вращательного движения могут служить модули фирмыMaxon. Эти модули имеют диаметр 16-40 мм, длину 24-88 мм и мощность до 120Вт. Конструктивная схема модулей представлена на рисунке 39. Модули простроены путем объединения в едином корпусе бесконтактного двигателя постоянного тока, планетарного редуктора, тормозного устройства и фотоимпульсного датчика.

Рисунок 39- Конструкция мехатронного модуля движения фирмыMaxon

6.3 Бесконтактным (или вентильным) двигателем постоянного тока называются электрические машины, где функции коллектора и щеток выполняют полупроводниковые управляемые ключи. Они свободны от недостатков , присущих традиционным двигателям постоянного тока, которые обусловлены наличием щеточно-коллекторного узла. Вентильные двигатели по сравнению с коллекторными аналогами имеют следующие преимущества:

- улучшенные тепловые характеристики ( отсутствуют тепловыделяющие элементы в роторе, поэтому тепло рассеивается только на обмотках статора), малые сечения проводов,

-высокое быстродействие за счет малого момента инерции ротора, стабильную частоту вращения, которая не зависит от частоты напряжения питающей сети,

- большую перегрузочную способность по моменту, постоянный момент во всем диапазоне регулирования скорости,

- широкий диапазон регулирования скорости, линейные механические и регулировочные характеристики, равномерное вращение на низких скоростях.

Бесконтактные двигатели постоянного тока состоят из трех основных элементов:

1 электрической машины синхронного типа сm-фазной обмоткой на статоре и ротором в виде постоянного магнита,

2 датчика положения ротора, выполненного в одном корпусе с двигателем и предназначенного для выработки сигналов управления моментами времени и последовательностью коммутации токов в обмотках статора,

3 электронного коммутатора, осуществляющего по сигналам датчика коммутацию токов в обмотках статора.

Датчики положения ротора определяются их чувствительными элементами, которые могут быть построены с использованием датчиков Холла, фотоэффекта и т.д.

Принцип действия бесконтактного двигателя рассмотрим на примере упрощенной схемы на рисунке 40.

Рисунок 40- Упрощенная принципиальная схема бесконтактного двигателя постоянного тока

Двигатель имеет три обмотки на статоре, сдвинутые в пространстве на 120 и соединенные в звезду, датчик положения с одним сигнальным элементом и тремя чувствительными элементами(их число рано числу обмоток статора), а также коммутатор, выполненный на трех транзисторах, работающих в ключевом режиме.

В положении ротора, показанном на рисунке 40 , сигнальный элемент через чувствительный элемент А открывает транзистор ТА. Намагничивающая сила обмоткиFA и взаимодействует с потоком постоянного магнита ротора. Возникает вращающий момент и двигатель приходит во вращение (1-й такт на рисунке 41,а). Вместе с ротором поворачивается сигнальный элемент датчика положения. При повороте ротора на угол    , чуть больший 30сигнальный элемент воздействует сразу на два чувствительных элемента А и на В. В результате открываются два транзистора ТА и ТВ. Ток протекает по обеим обмоткам А и В и возникает результирующая силаFAB , повернутая на 60 по сравнению с первым положением ( 2-й такт, рисунок 41,б ).

Рисунок 41- Три такта в работе бесконтактного двигателя постоянного тока

Эта сила продолжает взаимодействовать с полем постоянного магнита и двигатель развивает вращающий момент. Когда угол поворота станет чуть больше 90, транзистор ТА закроется , ток будет проходить только по обмотке В. Поле ротора будет взаимодействовать только с намагничивающей силой этой обмотки,  однако вращающий момент по-прежнему будет вращать ротор в том же направлении ( 3-й такт, рисунок 41, в) В конечном итоге двигатель разовьет такую скорость , при которой его момент будет уравновешиваться моментом нагрузки. Если бы бесконтактный двигатель имел столько же обмоток, чувствительных элементов и транзисторов, сколько обычный двигатель имеет коллекторных пластин, то по своим свойствам и характеристикам они ничем бы не отличались друг от друга. Однако увеличение числа элементов сильно усложняет конструкцию машины. Поэтому в реальных двигателях число обмоток, а соответственно число чувствительных элементов и транзисторов не превышает 3-4. Малое число обмоток обусловливает ряд особенностей работы бесконтактного двигателя постоянного тока, вызванных скачкообразным перемещением намагничивающей системы статора. Эта пульсация вращающего момента , пульсация токов в обмотках статора и суммарного тока двигателя , что объясняется дискретным питанием обмоток ( в тот момент, когда открыты два транзистора, потребляемый ток вырастает в два раза по сравнению с режимом, когда открыт только один транзистор).

Частоту вращения бесконтактных двигателей можно регулировать в широких пределах путем изменения амплитуды напряжения питания либо длительности импульсов для широтно- импульсного метода управления).

Преобразователи движения на основе планетарных зубчатых механизмов находят широкое применение в мехатронных модулях. Это объясняется их компактностью и малой массой ,  реализацией больших передаточных отношений, малой нагрузкой на опоры, большим коэффициентом полезного действия , высокой кинематической точностью и жесткостью.

ЛЕКЦИЯ 6

СОВРЕМЕННЫЕ МЕХАТРОННЫЕ МОДУЛИ

6.1 Модули движения

Согласно принятой терминологии в модуле движения конструктивно объединены управляемый двигатель и механическое устройство, причем вал двигателя является элементом механического преобразователя движения.

Мотор-редукторы исторически первые по принципу своего построения модули движения, которые стали выпускаться серийно и нашли широкое применение в приводах различных машин. Мотор-редуктор представляет собой компактный конструктивный модуль, объединяющий электродвигатель и редуктор. По сравнению с традиционным соединением двигателя и редуктора через муфту мотор-редукторы обладают целым рядом существенных преимуществ:

-меньшими габаритами,

- сниженной стоимостью за счет сокращения числа присоединительных деталей, уменьшения затрат на установку, наладку и запуск изделия,

- улучшенными эксплуатационными свойствами: минимальным уровнем вибраций, пыле- и влагозащищенностью, безопасностью и надежностью работы в неблагоприятных производственных условиях.

На рисунке 35  представлен планетарно-цевочный одноступенчатый мотор-редуктор, состоящий из электродвигателя1 и преобразователя движения, которые соединены в единый корпус винтами 3.

Рисунок 35 – Планетарно-цевочный одноступенчатый редуктор

Мотор-редуктор на основе волнового механизма с электромагнитным генератором волн изображен на рисунке 35. Он состоит из гибкого колеса 1, электромагнитного генератора волн 2, жесткого колеса 3, гибкого подшипника 4 кулачка 5, зубчатого колеса 6 и выходного вала 7.

Рисунок 36- Мотор-редуктор на основе волнового механизма

В состав современных модулей движения могут входить и другие механические устройства – тормозные и люфтовыбирающие устройства, вариаторы и направляющие. На рисунке 37 показана компоновочная схема волнового мотор-вариатор-редуктора.

Рисунок 37 – Мотор-вариатор-редуктор

6.2 Мехатронные модули движения

Мехатронный модкль движения представляет собой конструкивно целостное изделие, объединяющее в едином корпусе двигатель, механическую ,электрическую и информационную части, которое можно использовать индивидуально и в различных комбинациях с другими модулями. В связи с развитием новых электронных технологий , которые позволили создать миниатюрные датчики и электронные блоки для обработки их сигналов, в мехатронных модулях движения появились электронные и информационные устройства, что является их главным отличием от простых модулей движения.

Для создания современных движущихся систем и технологических машин необходимы разнообразные модули движения. Требования к развиваемым силам, точности  и скорости движения диктуются особенностями технологической операции, а требование минимизации размеров мехатронного модуля движения – необходимостью встраивания его в технологическую машину. Попытка синтеза мехатронного модуля движения из серийно выпускаемых компонентов может привести к технически и экономически неэффективным решениям. На рисунке 38 показана блочно-модульная схема  мехатронного модуля движения , позволяющая подключить к электродвигателю различные типы редукторов и фотоимпульсных датчиков обратной связи.

Рисунок 38 – Блочно-модульная схема построения мехатронных модулей движения

Примером мехатронных модулей вращательного движения могут служить модули фирмыMaxon. Эти модули имеют диаметр 16-40 мм, длину 24-88 мм и мощность до 120Вт. Конструктивная схема модулей представлена на рисунке 39. Модули простроены путем объединения в едином корпусе бесконтактного двигателя постоянного тока, планетарного редуктора, тормозного устройства и фотоимпульсного датчика.

Рисунок 39- Конструкция мехатронного модуля движения фирмыMaxon

6.3 Бесконтактным (или вентильным) двигателем постоянного тока называются электрические машины, где функции коллектора и щеток выполняют полупроводниковые управляемые ключи. Они свободны от недостатков , присущих традиционным двигателям постоянного тока, которые обусловлены наличием щеточно-коллекторного узла. Вентильные двигатели по сравнению с коллекторными аналогами имеют следующие преимущества:

- улучшенные тепловые характеристики ( отсутствуют тепловыделяющие элементы в роторе, поэтому тепло рассеивается только на обмотках статора), малые сечения проводов,

-высокое быстродействие за счет малого момента инерции ротора, стабильную частоту вращения, которая не зависит от частоты напряжения питающей сети,

- большую перегрузочную способность по моменту, постоянный момент во всем диапазоне регулирования скорости,

- широкий диапазон регулирования скорости, линейные механические и регулировочные характеристики, равномерное вращение на низких скоростях.

Бесконтактные двигатели постоянного тока состоят из трех основных элементов:

1 электрической машины синхронного типа сm-фазной обмоткой на статоре и ротором в виде постоянного магнита,

2 датчика положения ротора, выполненного в одном корпусе с двигателем и предназначенного для выработки сигналов управления моментами времени и последовательностью коммутации токов в обмотках статора,

3 электронного коммутатора, осуществляющего по сигналам датчика коммутацию токов в обмотках статора.

Датчики положения ротора определяются их чувствительными элементами, которые могут быть построены с использованием датчиков Холла, фотоэффекта и т.д.

Принцип действия бесконтактного двигателя рассмотрим на примере упрощенной схемы на рисунке 40.

Рисунок 40- Упрощенная принципиальная схема бесконтактного двигателя постоянного тока

Двигатель имеет три обмотки на статоре, сдвинутые в пространстве на 120 и соединенные в звезду, датчик положения с одним сигнальным элементом и тремя чувствительными элементами(их число рано числу обмоток статора), а также коммутатор, выполненный на трех транзисторах, работающих в ключевом режиме.

В положении ротора, показанном на рисунке 40 , сигнальный элемент через чувствительный элемент А открывает транзистор ТА. Намагничивающая сила обмоткиFA и взаимодействует с потоком постоянного магнита ротора. Возникает вращающий момент и двигатель приходит во вращение (1-й такт на рисунке 41,а). Вместе с ротором поворачивается сигнальный элемент датчика положения. При повороте ротора на угол    , чуть больший 30сигнальный элемент воздействует сразу на два чувствительных элемента А и на В. В результате открываются два транзистора ТА и ТВ. Ток протекает по обеим обмоткам А и В и возникает результирующая силаFAB , повернутая на 60 по сравнению с первым положением ( 2-й такт, рисунок 41,б ).

Рисунок 41- Три такта в работе бесконтактного двигателя постоянного тока

Эта сила продолжает взаимодействовать с полем постоянного магнита и двигатель развивает вращающий момент. Когда угол поворота станет чуть больше 90, транзистор ТА закроется , ток будет проходить только по обмотке В. Поле ротора будет взаимодействовать только с намагничивающей силой этой обмотки,  однако вращающий момент по-прежнему будет вращать ротор в том же направлении ( 3-й такт, рисунок 41, в) В конечном итоге двигатель разовьет такую скорость , при которой его момент будет уравновешиваться моментом нагрузки. Если бы бесконтактный двигатель имел столько же обмоток, чувствительных элементов и транзисторов, сколько обычный двигатель имеет коллекторных пластин, то по своим свойствам и характеристикам они ничем бы не отличались друг от друга. Однако увеличение числа элементов сильно усложняет конструкцию машины. Поэтому в реальных двигателях число обмоток, а соответственно число чувствительных элементов и транзисторов не превышает 3-4. Малое число обмоток обусловливает ряд особенностей работы бесконтактного двигателя постоянного тока, вызванных скачкообразным перемещением намагничивающей системы статора. Эта пульсация вращающего момента , пульсация токов в обмотках статора и суммарного тока двигателя , что объясняется дискретным питанием обмоток ( в тот момент, когда открыты два транзистора, потребляемый ток вырастает в два раза по сравнению с режимом, когда открыт только один транзистор).

Частоту вращения бесконтактных двигателей можно регулировать в широких пределах путем изменения амплитуды напряжения питания либо длительности импульсов для широтно- импульсного метода управления).

Преобразователи движения на основе планетарных зубчатых механизмов находят широкое применение в мехатронных модулях. Это объясняется их компактностью и малой массой ,  реализацией больших передаточных отношений, малой нагрузкой на опоры, большим коэффициентом полезного действия , высокой кинематической точностью и жесткостью.

СОВРЕМЕННЫЕ МЕХАТРОННЫЕ МОДУЛИ на http://mirrorref.ru


Похожие рефераты, которые будут Вам интерестны.

1. Реферат Организация библиотек. Стандартные библиотечные модули и модули пользователя. Структура Unit-a

2. Реферат Определения модули упругости

3. Реферат Гражданский процесс (опорный конспект, структурно-логические модули и тесты)

4. Реферат Охрана труда (опорный конспект, структурно-логические модули и тесты)

5. Реферат Программное обеспечение. Сетевые операционные системы. Классификация. Основные модули

6. Реферат Цитоархитектоника коры больших полушарий. Нейронные модули коры больших полушарий

7. Реферат Современные организации

8. Реферат Современные системы земледелия

9. Реферат Современные экономические системы

10. Реферат Современные политические идеологии