Конспект лекций по КММ

15

Глава 2 МЕХАТРОННЫЕ МОДУЛИ

2.1. Классификация мехатронных модулей

Целью любой классификации является систематизация информации о некотором объекте в виде упорядоченной структуры для облегчения ориентации человека в окружающей среде. Чаще всего используют иерархическую структуру.

Классификация характеризуется объектом, признаками классификации и их последовательностью. Согласно классификации создаются образы объекта. Поэтому для одного и того же объекта, образы которого обладают разнообразными признаками, в зависимости от выбранных признаков и их последовательности, можно построить разные варианты иерархического дерева, т.е. несколько различных классификаций. При этом конкретный пользователь отдает предпочтение той классификации, которая позволяет быстро и просто решить его насущные проблемы.

На рис. 2.1 представлена классификация мехатронных модулей по интеграционным и конструктивным признакам, где буквами обозначено: Д – двигатель, МП – механический преобразователь, ВМД – высокомоментный двигатель, ИУ – информационные устройства, ИВМД – интегрированный высокомоментный двигатель, ЦАП – циф- ро-аналоговый преобразователь, СП – силовой преобразователь, УОС

– устройство обратной связи, СИИММ – суперинтегрированный интеллектуальный мехатронный модуль [17].

Вполной мере фундаментальному определению мехатроники соответствуют только интеллектуальные мехатронные модули, которые содержат все три определяющие подсистемы.

Включение в классификацию модулей движения и мехатронных модулей движения представляется методически и логически обоснованным. Действительно, эти классы мехатронных объектов, построенные на мехатронных принципах проектирования, являются базой для создания «истинно мехатронных» модулей – интеллектуальных мехатронных модулей.

Вдальнейшем мехатронные модули и системы будут объединять

вмехатронные комплексы на базе единых интеграционных платформ. Цель создания таких комплексов – добиться сочетания высокой производительности и одновременно гибкости технико-технологической среды за счет возможности ее реконфигурации.

Рассмотрим мехатронные модули согласно представленной классификации.

2.2. Модули движения

Модуль движения (МД) – конструктивно и функционально самостоятельное изделие, включающее в себя механическую и электрическую (электротехническую) части, которое можно использовать индивидуально и в различных комбинациях с другими модулями.

Главным отличающим признаком модуля движения от общепромышленного привода является использование вала двигателя в качестве одного из элементов механического преобразователя движения. Примерами модулей движения являются мотор-редуктор, моторколесо, мотор-барабан, электрошпиндель.

С появлением электродвигателей и началом новой эры в механизации технологических процессов встал вопрос о необходимости широкого редуцирования частот вращения электродвигателей и получения необходимых крутящих моментов. Многими фирмами были разработаны различные конструкции, начиная от ременных и цепных передач и заканчивая разнообразными зубчатыми редукторами. Недостаток большинства этих конструкций состоял в чрезвычайной их громоздкости и неудобстве монтажа.

В 1927 году фирмой «Бауэр» была разработана принципиально новая конструкция – мотор-редуктор, объединившая в один компактный конструктивный модуль электродвигатель и преобразователь движения (редуктор) и получившая в настоящее время широкое распространение. С тех пор появилась огромная гамма различных типов мотор-редукторов для различных условий применения, которые позволяют найти оптимальное решение в каждой конкретной приводной задаче.

Так Санкт-Петербургский научно-технологический центр «Редуктор» (НТЦ «Редуктор») выпускает одно-, двух- и трехступенчатые мотор-редукторы: цилиндрические (МЦ, МЦ2С, МЦ3С, МЦ2В, МЦ3В с передаточным отношением U = 1,6...12,5; частотой вращения выходного вала n2 = 450...3,55 об/мин и крутящим моментом на выходном валу Т2 = 18...8530 Нм), цилиндро-червячные (МЦЧ, МЦ2Ч,

МЦЧ2 с U = 16...1600; n2 = 98,75...0,47 об/мин и Т2 = 6...69300 Нм),

червячные (МЧ, МРЧН, МРЧП, МЧ2 с U = 5...4000; n2 = 300...0,187

об/мин и Т2 = 4...63200 Нм), планетарные (ЗМП с U = 4...400; n2 =

280...3,55 об/мин и Т2 = 60...8600 Нм) и волновые (МВз с U = 80...125; n2 = 18...6,3 об/мин и Т2 = 35...4500 Нм) на лапах, фланцевые и с полым выходным валом [26].

Московский научно-технологический центр «Приводная техника» (НТЦ «Приводная техника») выпускает одно- и двухступенчатые мотор-редукторы: червячные (7МЧ и 7Ч2 с U=7...10000; n2=200...0,14

об/мин, Т2 = 3,9...2941 Нм и мощностью электродвигателя Р1 = 0,09…15 кВт), цилиндро-червячные (7МЦЧ и 7ЦЧ с U = 60...610; n2 =

23,3...0,8 об/мин, Т2 = 24...3984 Нм и Р1 = 0,02…7,5 кВт) и цилиндри-

ческие соосные (4МЦ2С с n2 = 28...40 об/мин и Р1 = 0,55...18,5 кВт)

[22].

Многие зарубежные фирмы, например, MOTOVARIO, VARVEL, MAXON и др. выпускают различные мотор-редукторы. Фирма MAXON производит электродвигатели, цилиндрические и планетарные редукторы и на их основе мотор-редукторы, которые, при необходимости, снабжают фотоимпульсными датчиками (ФИД), резольверами и тормозами. На рис. 2.2 показана блочно-модульная система присоединения к электродвигателю различных типов планетарных и цилиндрических редукторов, а также цифровых магнитных и цифровых фотоимпульсных датчиков.

Рис. 2.2

Применение блочно-модульного принципа конструирования мотор-редукторов позволяет комбинировать в модуле двигатели и преобразователи движения различных типов и мощностей, обеспечивая таким образом широкий спектр механических характеристик модуля движения по частоте вращения и вращающему моменту.

Конструктивное объединение электродвигателя и преобразователя движения в единый компактный электропривод – моторредуктор имеет ряд преимуществ по сравнению с устаревшей системой соединения электродвигателя и преобразователя движения через муфту. Это и значительное сокращение габаритных размеров, суще-

из строя преобразователя движения и электродвигателя. Поэтому в мотор-редукторах для их защиты от действия внезапных перегрузок

вующая осевая сила, вызывающая появление момента трения между конусами и червячным колесом (предельного передаваемого момента). В табл. 2.1 для конических одноступенчатых мотор-редукторов приведены значения предельного передаваемого момента в зависимости от затяжки регулировочной гайки.

При превышении внешнего вращающего момента на выходном валу 2 его предельного значения червячное колесо 1 начинает проворачиваться и не передает вращающий момент на червяк 7, тем самым предотвращая преобразователь движения и электродвигатель от повреждения.

Т а б л и ц а 2.1

Значения предельного передаваемого момента, Н∙м

Для настройки ограничителя на требуемый момент необходимо:

полностью ослабить регулировочную гайку;

затянуть ее вручную до полного выбора осевых зазоров. Это положение считают нулевым для отсчета требуемого количества оборотов гайки;

затянуть гайку с помощью ключа на необходимое число оборотов. Если необходимо определить более точно величину установленного предельного момента можно воспользоваться динамометрическим ключом.

Существуют и другие конструкции ограничителей момента. На рис. 2.7 изображен планетарный зубчатый мотор-редуктор.

Рис. 2.7