Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów

Transkrypt

1 Wykład 2 - Dobór napędów Instytut Automatyki i Robotyki Warszawa, 2015

2 Wstępny dobór napędu: dane o maszynie Podstawowe etapy projektowania Krok 1: Informacje o kinematyce maszyny Krok 2: Wymagania dotyczące parametrów ruchu Krok 3: Definicje podstawowych parametrów

3 Dobór napędu: dane o maszynie Krok 1: Informacje o kinematyce maszyny Rodzaj osi: Obrotowa czy liniowa? Pionowa czy pozioma? Kąt nachylenia? Typ kinematyki maszyny: Rodzaj kinematyki (podajnik taśmowy, przekładnia śrubowa, przekładnia zębata,....) Rodzaj połączenia (ślizgowe, łożyska, rolki... ) dla oszacowania tarcia Rodzaj i przełożenie przekładni. (zębata, pasowa,... ) Rodzaj obciążenia maszyny: Rozmiar obciążenia Masa obciążenia

4 Dobór napędu: dane o maszynie Krok 2: Wymagania dotyczące parametrów ruchu Maksymalna prędkości osi Wymagana siła lub moment obrotowy Parametry optymalnego cyklu pracy: czas cyklu, czas przyśpieszania i hamowania, dystans ruchu (odległość),

5 Dobór napędu: aspekty statyczne Krok 3: Definicje podstawowych parametrów statycznych Maksymalna prędkość silnika: n MAX. Na podstawie znanej kinematyki i wymagań odnośnie ruchu należy oszacować maksymalną prędkość jaką musi osiągać silnik Wytwarzany moment obrotowy M t. Na podstawie znanej kinematyki i wymagań odnośnie wytwarzanej siły należy oszacować potrzebny moment obrotowy Moment tarcia M f. Należy obliczyć lub oszacować moment tarcia występujący w danej osi Pierwsze podejście w doborze silnika: Prędkość znamionowa: n N > n MAX. Moment znamionowy: M N > M t + M f.

6 Dobór napędu: aspekty dynamiczne Krok 4: Definicje podstawowych parametrów dynamicznych Moment obrotowy przyśpieszenia: M ACC = J ω (1) Na podstawie znanej kinematyki i wymagań odnośnie ruchu należy obliczyć moment obrotowy potrzebny do osiągnięcia wymaganego przyśpieszenia Moment tarcia M f. Należy obliczyć lub oszacować moment tarcia występujący w danej osi. Moment ten jest dodawany do momentu przyśpieszenia podczas przyśpieszania oraz odejmowany podczas hamowania Drugie podejście w doborze silnika: Maksymalny moment obrotowy: M MAX > M ACC + M f.

7 Dobór napędu: weryfikacja termiczna Dla silnika dobranego według poprzednich wytycznych konieczne jest sprawdzenie jego przydatności w cyklu pracy Należy narysować wykres prędkości i momentu obrotowego w funkcji czasu dla całego cyklu pracy

8 Dobór napędu: weryfikacja termiczna Obliczamy średnią prędkość w cyklu pracy. i n avg = n i t i (2) T cycle przyjmując,że podczas przyśpieszania i zwalniania: n i = n i 2 Następnie obliczamy ekwiwalentny moment termiczny (3) M th = i M2 i t i T cycle (4)

9 Dobór napędu: weryfikacja termiczna Porównujemy wyniki obliczeń z wykresem momentu obrotowego silnika: Przypadek A : Silnik dobrany prawidłowo do cyklu pracy Przypadek B : Należy wybrać inny silnik z niższym momentem termicznym (niższym ciągłym momentem obrotowym)

10 Dobór napędu: moment bezwładności Znając dane maszyny oraz jej obciążenia należy obliczyć iloraz momentu bezwładności obciążenia silnika (zredukowanego do wału silnika) i momentu bezwładności silnika. Jeżeli ten stosunek tych wartości jest zbyt duży należy go zmniejszyć poprzez: zmienić kinematykę (np. poprzez wykorzystanie dodatkowej przekładni) wykorzystać inny silnik z większym momentem bezwładności ewentualnie wykorzystać oba sposoby Po dokonanych zmianach należy dobrać silnik ponownie (zmiany kinematyki)

11 Dobór napędu: moment bezwładności Typowe ilorazy inercji obciążenia do inercji silnika: 1:1 to 3:1 dla aplikacji robotycznych 4:1 to 7:1 dla napędów osi obrabiarek numerycznych 8:1 to 10:1 dla innych aplikacji W praktyce często przyjmuje się stosunek wartości momentów bezwładności : 5:1 dla dynamicznych i dokładnych maszyn 10:1 dla maszyn standardowych wyższe jeżeli zależy nam na dokładności pozycjonowania bez ograniczeń dotyczących czasu cyklu

12 Podstawowe zależności dla różnych połączeń kinematycznych Reduktor Reduktor z paskiem zębatym

13 Podstawowe zależności dla różnych połączeń kinematycznych Przekładnia zębata obrotowa Przekładnia śrubowa

14 Podstawowe zależności dla różnych połączeń kinematycznych Przenośnik (podajnik taśmowy) Przekładnia zębata liniowa (listwa zębata + wałek zębaty)

15 Wykład 2 - Dobór napędów Instytut Automatyki i Robotyki Warszawa, 2015