Что такое привод в механике
Перейти к содержимому

Что такое привод в механике

  • автор:

ПРИВОДЫ

Схема привода

Приводом называется устройство, приводящее в движение машины и механизмы и состоящее из двигателя (электрического, пневматического, гидравлического или комбинированного), передаточных механизмов и системы управления.

Характеристики исполнительного механизма довольно часто не совпадают с характеристиками двигателя, поэтому для согласования характеристик между двигателем и исполнительным механизмом устанавливают механическую передачу.

Передачами в машинах называются устройства, служащие для передачи энергии механического движения на расстояние и преобразования его параметров. Общее назначение передач совмещается с выполнением частных функций, к числу которых относятся: распределение энергии, понижение или повышение скорости, преобразование видов движения (например, вращательного в поступательное или наоборот), регулирование скорости, пуск, остановки и реверсирование.

Тема 1.2. Основные понятия о механике привода

Вывод основного уравнения привода для поступательного движения.

Основное уравнение привода для вращательного движения.

Приведение статических моментов к оси вращения двигателя

Приведение статических усилий к оси вращения двигателя

Приведение моментов инерции и маховых масс к оси вращения двигателя.

Экспериментальное определение моментов инерции.

Литература: 1, с. 6…12; 4, с. 5…15

Методические указания

Для успешного усвоения материала студенту рекомендуется в этой теме выделить следующее:

Понятие о статической и динамической нагрузках.

Равновесие сил при поступательном движении. При этом необходимо уяснить, что большинство механизмов рудничных машин совершает вращательное движение.

Основное уравнение движения привода. Пояснить, когда может быть движение привода ускоренным, замедленным и равномерным, в зависимости от соотношения движущегося и статического моментов.

Приведение элементов движения привода к одной оси вращения. Приведение статических моментов к одной оси вращения, приведение моментов инерции к одной оси вращения и приведение маховых моментов. Для закрепления материалов следует разобрать пример, приведенный в учебнике Фотиева М.М., с. 11.

Вопросы для самопроверки

  1. Что называется статической нагрузкой?
  2. Что называется динамической нагрузкой?
  3. Что называется движущей силой, создаваемой двигателем?
  4. Что называется движущим моментом?
  5. Что такое статические силы и моменты сопротивления?
  6. Что называется моментом инерции?
  7. Как определяется динамический момент?
  8. Написать основное уравнение движения и объяснить его элементы.
  9. Как определяется приведенный статический момент?
  10. Как определяется приведенный момент инерции?
  11. Написать формулу, по которой можно определить приведенный маховый момент.

Тема 1.3. Механические характеристики электродвигателей. Электроторможение.

знать: механические характеристики электродвигателей.

уметь: применить механические характеристики при выборе двигателя

для привода какой-либо конкретной машины.

Механические характеристики двигателей переменного и постоянного тока.

Способы электроторможения. Общий вид механических характеристик в двигательном и тормозном режимах работы.

Уравнение механической характеристики асинхронного двигателя. «Характерные» точки на механической характеристике асинхронного двигателя. Область устойчивой работы этого двигателя.

Механическая и угловая характеристика синхронного двигателя.

Применение синхронных двигателей в приводе рудничных установок.

Линейные двигатели и их механические характеристики.

Литература: 1, с. 15…49; 3, с. 20…36

Методические указания

При изучении материала прежде всего следует получить понятие о механической характеристике электродвигателя. Далее следует вычертить кривые всех 3-х типов характеристик и указать двигатели, которым они принадлежат, вычертить совместную характеристику двигателя и производственного механизма. Для изучения принципа действия и механических характеристик различных типов электродвигателей следует вычертить и объяснить естественные и искусственные характеристики этих двигателей при различных режимах работы.

Особое внимание необходимо уделить изучению механических характеристик асинхронных двигателей. Разобраться с «характерными» точками на них и областью устойчивой работы. Понять как обеспечивается устойчивость в работе электропривода с этими двигателями.

Что такое привод в механике

Назначение, виды и механика электропривода

Электрический привод – это электромеханическое устройство, предназначенное для приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управление этим движением.

Способы регулирования скорости электропривода:
1. Электрический (преобразовательный);
2. Механический (передаточный);
3. Электромеханический (комбинированный).
Классификация электроприводов:
1. По роду тока.
— постоянная;
— переменная.
2. По количеству электродвигателей.
а) индивидуальный (1 — 1);
б) групповой (1 – 2 и более исполнительных механизмов (ИМ));
в) взаимосвязанный (несколько двигателей – 1 ИМ).

Электромагнитный момент направлен на преодоление момента статического сопротивления , т. е. преодоление момента сопротивления, создаваемого нагрузкой и силами трения.
При равномерном движении М эм =М с – М эм – М с =0.
При неравномерном движении (ускорение, торможение, переход с одной скорости на другую) возникает и действует динамический момент.

J – момент инерции элемента;
d w /d t =ε – ускорение при вращательном движении.

Понятия о характеристиках

1. Электромеханическая характеристика – зависимость изменения угловой скорости от тока;
2. Механическая характеристика двигателя – зависимость изменения скорости электродвигателя от момента на его валу.

Показатели для оценки способа регулирования скорости.

1. Диапазон регулирования.
w – угловая скорость, рад/сек; D=w max /w min =n max /n min ;
где n – частота вращения, об/мин;
w=2πn/60.
2. Плавность регулирования;
3. Стабильность регулирования
(зависит от жесткости характеристик).
4. Направление регулирования
(вниз или вверх от естественной характеристики).
5. Допустимая нагрузка
(определяется номинальным током).
P=const, M=var
P=var, M=const, (const – неизменная величина,
var – от слова вариация, означает изменение).
6. Экономичность.

Механические передачи

Механическими передачами называются механизмы, передающие энергию от двигателя к исполнительному органу машины, как правило, с преобразованием скоростей, сил и моментов, а иногда характера и закона движения. Они предназначены для согласования вида, параметров движения и расположения двигателя и исполнительного органа, когда скорости движения рабочих органов машины отличаются от скоростей стандартных двигателей, т.е. рабочий орган требует вращающий момент больший или меньший, чем на валу двигателя. В отдельных случаях требуется также изменить пространственную ориентацию элементов передачи.

По способу передачи движения от ведущего звена к ведомому различают передачи:

  • трением: с непосредственным контактом – фрикционные, с гибкой связью – ременные;
  • зацеплением: с непосредственным контактом – зубчатые, червячные, с гибкой связью – цепные.

К зубчатым передачам относятся цилиндрические, конические, планетарные, волновые и др.

По взаимному расположению валов механические передачи могут быть с параллельными (у цилиндрических передач, рис. 4.4, а–в), пересекающимися (у конических передач, рис. 4.4, г, д) и со скрещивающимися (у червячных передач, рис. 4.4, е) осями.

По характеру движения валов различают механизмы с неподвижными осями валов и подвижными осями валов в планетарных передачах. В последних движение колес-сателлитов, установленных на подвижных валах, похоже на движение планет.

Механические передачи также бывают:

  • • с постоянным передаточным числом (редукторы, мультипликаторы);
  • • с переменным передаточным числом: ступенчатые – коробки передач и бесступенчатые – вариаторы. Коробки передач позволяют настраивать ряд частот вращения выходного вала, а вариаторы – плавно изменять передаточное отношение.

В ряде конструкций механизмов возникает необходимость фиксировать неподвижность выходного звена под нагрузкой

или при отсутствии движения на входе. Свойство механизма, при котором движение передается только в одном направлении, называется необратимостью движения или самоторможением. Соответствующие устройства используются в грузоподъемных машинах.

В последнее время стало развиваться новое направление – мехатроника. В нем силовые механические узлы сочетаются с электрическими и электронными устройствами, обеспечивающими управление и связь между элементами всей системы. Электроника преобразует входной сигнал от системы управления, а силовая электроника выдает команды на исполнительный орган: электромеханический, гидравлический и др. Последние преобразуют поступающие сигналы в механическое движение. В таких системах целесообразно использовать готовые элементы в виде модулей. Применение мехатроники позволяет получить приводы малой массы с высокой точностью движения выходного звена и большим КПД. Такие устройства уже используются в роботехнике и на ЛА в системах управления полетом. Перспективно их применение и в других отраслях техники.

Привод

Приводустройство для приведения в действие машин и механизмов. Он состоит из двигателя (источник энергии), передаточного механизма и системы управления, которая управляет работой привода и обычно включает электротехнические и электронные устройства. В дальнейшем будут рассматриваться лишь две части привода – передаточный механизм с двигателем.

Редукторпередаточный механизм, служащий для понижения частоты вращения, увеличения вращающего момента, а иногда и пространственной ориентации элементов, выполненный в виде отдельного агрегата. Он является промежуточным звеном между входным звеном – двигателем и выходным – исполнительным органом, которым может быть колесо, рука робота, винт, шнек и др. Назначение редуктора – обеспечить согласование параметров (кинематических, силовых и геометрических) между двигателем и исполнительным органом. Редукторы широко применяют в промышленности.

Мультипликатормеханизм, повышающий частоту вращения.

На рис. 4.5, а показана схема привода, состоящего из редуктора Р с электродвигателем Д, где пб, пТ частота вращения быстроходного и тихоходного валов. Редуктор соединен с двигателем с помощью муфты М, которая передает вращающий момент от двигателя к выходу через цилиндрические зубчатые колеса zi и валы. Валы В передач имеют опоры, которыми являются подшипники качения или скольжения П. В передачи входят колеса с числом зубьев zi. При необходимости получения поступательного движения выходного звена можно использовать другой вариант последней ступени – передачу винт-гайка.

Существуют различные типы редукторов, которые получили название в зависимости от того, какие передачи и какое количество ступеней они имеют. Одна ступень состоит из пары зубчатых колес.

На рис. 4.5, б приведен цилиндрический редуктор (с цилиндрическими зубчатыми колесами), на рис. 4.5, в – конический (с коническими зубчатыми колесами), на рис. 4.5, г – червячный (с червяком и червячным колесом). Бывают комбинированные редукторы, например коническо-цилиндрический (рис. 4.5, д). При малых передаточных отношениях (у цилиндрических редукторов – с ) используют одноступенчатые редукторы (с одной парой зубчатых колес, см. рис. 4.5, б), а при больших (с ) – двухступенчатые (с двумя парами колес, рис. 4.5, е). Применение в последнем случае вместо двухступенчатой передачи одноступенчатой привело бы к увеличению массы редуктора. При больших значениях передаточных отношений применяют передачи с большим числом ступеней. На рис. 4.5, а показан редуктор развернутой схемы, а на рис. 4.5, е – соосной, когда оси I и III валов совпадают. Редукторы соосной схемы более компактные, чем развернутой. Масса и габаритные размеры передачи уменьшаются при применении многопоточных передач, что используется, например, в планетарных механизмах.

Основные характеристики редуктора. К ним относятся передаточное число , номинальный вращающий момент на тихоходном (выходном; валу, КПД, габаритные размерь и масса. Характеристики стандартных редукторов приведены в специальных справочниках, а некоторые из них представлены в табл. 4.5.

Технический уровень редуктора определяется коэффициентом массового совершенст-

Передаточное число (и)

Относительная масса (q)

ва – отношением массы редуктора m к вращающему моменту на выходе . В промышленности при низком уровне совершенства!, а при высоком уровне У широко распространенных редукторов, рабочая поверхность зубьев колес которых упрочнена (цементацией, азотированием и др.), ∙ В авиационных редукторах . Такой высокий показатель у авиационных редукторов достигается путем применения рациональных конструкций с использованием высокопрочных материалов и изготовления корпусов из легких сплавов (алюминиевых и магниевых).

Для получения наиболее надежной и совершенной конструкции редуктора следует выполнять следующие требования:

  • • применять наиболее рациональные и надежные схемы редукторов, обеспечивающие необходимую прочность и жесткость конструкций, изготовленных из материала с высокой удельной прочностьюи с упрочненной рабочей поверхностью зубьев колес при больших нагрузках;
  • • снижать материалоемкость за счет компактности конструкций и выбора рациональной формы деталей;
  • • применять унификацию, использовать стандартные детали и обеспечивать полную взаимозаменяемость элементов конструкций;
  • • обеспечивать надежное стопорение резьбовых соединений и фиксацию деталей от смещения; малое энергопотребление при эксплуатации путем уменьшения потерь на трение и повышение КПД; необходимую смазку и защиту деталей от возникновения коррозии; стойкость к механическим и климатическим воздействиям; легкое и удобное обслуживание с максимальной автоматизацией;
  • • использовать закрытые корпуса, предотвращающие попадание внутрь пыли и влаги;
  • • достигать максимальной технологичности деталей и узлов при изготовлении, сборке и разборке.

Выполнение сформулированных требований обычно приводит к снижению себестоимости редуктора.

Для оценки редуктора можно использовать и экономический критерий – относительную себестоимость β = с/т (с – себестоимость).

Порядок расчета привода

Рассмотрим порядок расчета привода, приведенного на рис. 4.5, а.

Исходные данные. Исходные данные для расчета должны быть указаны в ТЗ: кинематическая схема; циклограмма нагружения (изменение нагрузки по времени); Т, со – вращающий момент и угловая скорость (вместо можно задавать п – частоту вращения) вата на выходе. В другом случае, если на выходе стоит передача, преобразующая вращательное движение в поступательное, например передача винт-гайка, то задают F, v – силу и скорость перемещения винта на выходе.

Выбор двигателя. 1. Определяют мощность на выходе привода по формуле; если на выходе имеется передача винт-гайкаI, то по формуле

  • 2. Рассчитывают потребную мощность двигателя , где – КПД всего редуктора; в у – КПД каждой ступени передачи (КПД для различных типов передач приведены в табл. 4.5); ∏j – потери в подшипниках (каченияскольженияпри граничном трении);– КПД передачи винт-гайка – входит в формулу лишь при ее наличии.
  • 3. Выбирают по каталогу двигательи находят его характеристики и .

Кинематический расчет передачи. 1. Определяют приближенное значение общего передаточного числа и разбивают его по ступеням ,

где – коэффициент, определяемый из оптимизации по одному из параметров (габаритным размерам, инерционности, точности и др.); индексобозначает, чтопередача вращения выполняется от шестерник колесу;– количество ступеней передачи.

Если на выходе стоит передача винт-гайка, то – частота вращения вала на выходе из редуктора, равная частоте вращения винта (гайки, об/мин), где Р – шаг, мм; ζ – число заходов резьбы; и – скорость, м/с.

Для цилиндрических зубчатых передач коэффициент принимают:

  • • из условия минимума габаритных размеров для развернутой схемы (оптимальный вариант, когда колеса и шестерни обоих ступеней имеют одинаковые диаметры) при двухступенчатой передаче при трехступенчатой , а для соосных передач при, . Передаточное числопоследней ступени находят при из выражения , при – из выражения ;
  • • из условия минимума инерционности у быстроходных реверсивных приводов при ; при

У высокоточных передач для обеспечения соответствующей точности необходимы высокие требования к последней ступени (высокая точность и большое передаточное число ). В этом случае точность привода будет определяться последней ступенью, а погрешности предыдущих ступеней не окажут на нее существенного влияния.

  • 2. Выбирают число зубьев каждого колеса в паре – суммарное число зубьев :
    • • для зубчатых колес с однородной структурой ;

для мелкомодульных < 1) зубчатых колес с однородной структурой;

• для колес с упрочненной рабочей поверхностью (цементирование, азотирование и др.)

Число зубьев шестерни и колеса у двухступенчатой передачи:

• для первой ступени округляют до целого числа);

для второй ступени округляют до целого числа).

Уточняют передаточное число

3. Определяют частоту вращения каждого вала

Возможен другой вариант кинематического расчета, когда число зубьев шестерни. При числе зубьев, меньшем, для устранения подрезания необходимо выполнить модификацию профилей (смещение контура), нобрать не менее 12.

Силовой расчет передачи. 1. Вычисляют номинальный вращающий момент двигателя (II-мм):

где– мощность двигателя, Вт;– частота вращения, об/мин.

2. Определяют расчетный вращающий момент на каждом валу:

где– коэффициент динамичности внешней нагрузки; – потери в подшипниках.

Конструкция редуктора. Для удобства сборки и разборки корпус редуктора делают составным, обычно из двух частей: основания О и крышки К. Крышка на корпусе фиксируется штифтами и закрепляется на нем с помощью резьбовых деталей (болтов, шпилек, гаек). Редукторы бывают с осевой (продольной) и радиальной (поперечной) сборкой (рис. 4.6).

При осевой сборке разъем корпуса производят по плоскости, перпендикулярной осям валов (рис. 4.6, а). Такая конструкция более технологичная и жесткая (проще отливка, удобна механическая обработка).

Недостатки: сложные сборка и осмотр внутренних частей.

При радиальной сборке разъем корпуса выполняют по плоскости, проходящей через оси валов (рис. 4.6, 6), что облегчает сборку, разборку и осмотр внутренних полостей.

Недостатки: изготовление корпуса сложнее, неодинаковая жесткость (асимметрия корпуса), сложнее герметизация (уплотнение по фигурному стыку).

Применение: осевую сборку применяют для создания прочных и легких конструкций в авиации, ракетостроении, на транспорте. Однако это вызывает некоторые эксплуатационные неудобства. Радиальную используют, если масса не играет существенной роли и допускается повышенная стоимость изготовления ради удобства сборки и эксплуатации.

Такие конструкции получили наибольшее распространение в общем машиностроении.

На космических аппаратах широко используются приводы с быстроходными двигателями (n = 6000÷12 000 об/мин), так как они более экономичны и имеют меньшую массу, чем тихоходные вы- сокомоментные двигатели.

Две распространенные схемы приводов общего машиностроения приведены на рис. 4.7. На рис. 4.7, а показана схема соединения электродвигателя Д и редуктора Р с помощью муфты М, а на рис. 4.7, б – с помощью ременной передачи РП. При малых мощностях шестерня может устанавливаться на валу двигателя. Такая конструкция используется в мотор-редукторах, состоящих из электродвигателя и зубчатого редуктора. Масса и габаритные размеры мотор-редукторов значительно меньше, чем установок, приведенных на рис. 4.7.

В редукторах с большим ресурсом работы предусматривается непрерывная смазка, обычно жидким смазочным материалом. Для этого часть колеса погружают в масло (картерное смазывание) или подают его с помощью струи (струйное смазывание). Для подачи масла используется гидравлическая система. Смазывание подшипников часто осуществляется разбрызгиванием масла зубчатыми колесами.

При необходимости малого количества жидкого или пластичного смазочного материала (малый ресурс, малые скорости и нагрузки) он подается периодически с помощью масленок или ручного шприца. Иногда используют ресурсную смазку – один раз за весь ресурс (например, на ракетах).

Типичный для общего машиностроения двухступенчатый редуктор с радиальной сборкой и цилиндрическими колесами (в разных прекциях) приведен на рис. 4.8. Корпус редуктора – литой из чугуна. Он состоит из основания 5 и съемной крышки 4. Они соединены болтами 6 и штифтами 9, которые точно фиксируют крышку на основании. Крышка 3 с отдушиной 2 – для осмотра и заливки жидкого масла, пробка 8 – для слива масла, маслоуказатели 7 – для определения уровня масла в редукторе. Рым-болты 1 служат для переноса редуктора подъемным краном. Кроме того, редуктор имеет зубчатое колесо 10, тихоходный вал 11,

крышку подшипника 12, подшипник 13, промежуточный вал 14, быстроходный вал с нарезанными зубьями 15.

На рис. 4.9 показан самолетный редуктор (в разных проекциях) с осевой сборкой. Корпус редуктора из магниевого сплава МЛ5 состоит из двух частей 2 и 3, соединенных шпильками 9 с гайками. Шпильки установлены без зазора, что обеспечивает точное взаимное положение частей корпуса. Конструкция редуктора характеризуется минимальной площадью его поверхности, что обеспечивает минимальную массу корпуса. Для уменьшения массы валы 1, 5 и ось 4 из-

готавливаются полыми. Заглушка 6 исключает попадание грязи и влаги внутрь корпуса. Отверстия 10 предназначены для крепления редуктора на самолете. Зубчатые колеса 7 изготовлены из стали 30Χ2ΗΒΛ с упрочненной рабочей поверхностью.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *