3. Выбор двигателей звеньев манипулятора

3.1. Расчет и построение нагрузочных диаграмм звеньев

Подставляя численные значения масс и длин звеньев в полученные выражения обобщенных сил ( 3.8; 3.9), получим численные выражения зависимостей обобщенных сил от параметров движения звеньев . Подставляя в эти выражения значения для различных значений времени получим функции и – нагрузочные диаграммы звеньев.

В блок-схеме математической модели для расчета нагрузочных диаграмм двигателей звеньев манипулятора, представленной на рис. 3.1, были определены моменты, действующие на осях звеньев, для приведения которых к валу двигателя использовали формулу:

, ( 3.1 )

где – момент, приведенный к валу двигателя -го звена ,Н*м;

– соответственно передаточное отношение механической передачи i-го звена.

Значение передаточного отношения механической передачи i-го звена определяем по формуле, исходя из условия, что максимальной скорости звена манипулятора соответствует максимальная скорость вала двигателя

, ( 3.2)

Поскольку при одинаковой мощности двигателей меньшую массу имеют двигатели с большей скоростью, то будем выбирать двигатели с максимальной скоростью, равной 314 рад/с. С учётом этого для первого звена манипулятора получим:

для второго звена манипулятора получим:

На рис.3.2 для примера показана блок-схема математической модели подсистемы М_d1, предназначенной для расчета нагрузочной диаграммы двигателя плеча манипулятора Д1. Графики приведены на рис. 3.3.

рис. 3.1 Блок-схема математической модели для расчета нагрузочных диаграмм двигателей звеньев манипулятора Д1 и Д2

рис. 3.2 Блок-схема математической модели подсистемы М_d1, предназначенной для расчета нагрузочной диаграммы двигателя плеча манипулятора Д1

Диаграммы момента развиваемого двигателем 1-го звена (а) и 2-го звена (б) манипулятора с учётом массы двигателя Д2, равной 20 кг и момента инерции якорей двигателей Д1 и Д2, равном 3,83 10^-3 кгм² и КПД редукторов равных 100%. представлены в виде графика на рис. 3.3.

Рис. 3.3 Диаграммы момента развиваемого двигателем 1-го звена (а) и 2-го звена (б) манипулятора с учётом массы двигателя Д2, равной 20 кг и момента инерции якорей двигателей Д1 и Д2, равном 3,83 10^-3 кгм² и КПД редукторов равных 100%.

3.2 Представительный выбор двигателей звеньев

Блок-схема математической модели для расчета нагрузочных диаграмм двигателей звеньев манипулятора, представленная на рис. 3.1, оценивает также и среднеквадратичное значение момента за рабочий цикл. Так с помощью этой модели было получено, что среднеквадратичное значение момента двигателей Д1 и Д2 равно

М_{ЭКВ Д1}=16,97 Нм;

М_{ЭКВ Д2}=13,37 Нм;

Выбираем одноступенчатый волновой редуктор КПД которого равно

η_МП1= η_МП2=0.95

С учётом этого номинальный момент двигателей Д1 И Д2 должен удовлетворять условию

М_{Н Д1} ≥ М_{ЭКВ Д1}/ η_МП1

М_{Н Д2} ≥ М_{ЭКВ Д2}/ η_МП2

После подстановки получим

М_{Н Д1} ≥ 16,97/ 0,95=17,86 Нм,

М_{Н Д2} ≥ 13,37/ 0,95=14,07 Нм.

Выбираем двигатель серии 3ДВУ

Для первого звена – 3ДВУ300L ;

Для второго звена – 3ДВУ265L ;

Таблица 3.1.

Данные двигателей 2ДВУ165L и 2ДВУ165М

Тип двигателя	Длительный момент	Максимальная частота вращения вала об/хв	Момент инерции двигателя J	Длительный ток	Максимальный ток A	Сопротивление фазы обмотки статора, RФ, Ом	Масса двигателя, кг
2ДВУ165L	23	3000	6,9× 10-3	16	80	0,36	23
2ДВУ165М	17	3000	5,1× 10-3	12	60	0,49	19

После проверки на модели с учётом паспортных параметров двигателей и с учётом КПД редукторов равным 0,95 получили

М_{ЭКВ Д1}=18,84 Нм;

М_{ЭКВ Д2}=17,07 Нм;

Поскольку температура окружающей среды в месте эксплуатации манипулятора равна 25^о С а не 40^о С (что соответствует требованиям паспорта двигателя), то двигатель Д2 перегреваться не будет из-за превышения эквивалентным моментом номинального значения на 0,07 Нм. Поэтому оставляем выбранный ранее двигатель для приведения в движение 2-го звена.

Рис.3.4. Диаграммы момента развиваемого двигателем 1-го звена (а) и 2-го звена манипулятора с учётом паспортных параметров двигателей и КПД редукторов равных 0,95.

Максимальному току цепи статора двигателя Д1, равного 80А соответствует максимальный момент

М_Д1МАХ=М_Д01 × I_Д1МАХ / I_Д01

М_Д1МАХ=23×80 / 16=115,2 Нм

Максимальному току цепи статора двигателя Д2, равного 60А соответствует максимальный момент

М_Д2МАХ= М_Д02 × I_Д2МАХ / I_Д02

М_Д2МАХ=17×60 / 12=85,0 Нм

Поскольку из нагрузочных диаграмм (рис.3.4) следует, что максимальный момент, развиваемый двигателем Д1, М_Д1МАХ=51 Нм, а двигателем Д2 – М_Д2МАХ=65,4 Нм, то можно утверждать, что выбранные двигатели проходят по перегрузочной способности для заданного рабочего цикла.

Выводы