Sterowanie Napedów Maszyn i Robotów - Wykład

Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów
Wykład 2 - Dobór napędów
dr inż. Jakub Możaryn
Instytut Automatyki i Robotyki
Warszawa, 2015
dr inż. Jakub Możaryn
Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów
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
dr inż. Jakub Możaryn
Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów
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
dr inż. Jakub Możaryn
Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów
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),
dr inż. Jakub Możaryn
Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów
Dobór napędu: aspekty statyczne
Krok 3: Definicje podstawowych parametrów statycznych
Maksymalna prędkość silnika: nMAX .
Na podstawie znanej kinematyki i wymagań odnośnie ruchu należy
oszacować maksymalną prędkość jaką musi osiągać silnik
Wytwarzany moment obrotowy Mt .
Na podstawie znanej kinematyki i wymagań odnośnie wytwarzanej
siły należy oszacować potrzebny moment obrotowy
Moment tarcia Mf .
Należy obliczyć lub oszacować moment tarcia występujący w danej
osi
Pierwsze podejście w doborze silnika:
Prędkość znamionowa: nN > nMAX .
Moment znamionowy: MN > Mt + Mf .
dr inż. Jakub Możaryn
Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów
Dobór napędu: aspekty dynamiczne
Krok 4: Definicje podstawowych parametrów dynamicznych
Moment obrotowy przyśpieszenia:
MACC = J ω̇
(1)
Na podstawie znanej kinematyki i wymagań odnośnie ruchu należy
obliczyć moment obrotowy potrzebny do osiągnięcia wymaganego
przyśpieszenia
Moment tarcia Mf .
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: MMAX > MACC + Mf .
dr inż. Jakub Możaryn
Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów
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
dr inż. Jakub Możaryn
Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów
Dobór napędu: weryfikacja termiczna
Obliczamy średnią prędkość w cyklu pracy.
P
|ni |ti
navg = i
Tcycle
(2)
przyjmując,że podczas przyśpieszania i zwalniania:
|ni | =
|ni |
2
Następnie obliczamy ekwiwalentny moment termiczny
sP
2
i M i ti
Mth =
Tcycle
dr inż. Jakub Możaryn
Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów
(3)
(4)
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)
dr inż. Jakub Możaryn
Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów
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)
dr inż. Jakub Możaryn
Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów
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
dr inż. Jakub Możaryn
Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów
Podstawowe zależności dla różnych połączeń
kinematycznych
Reduktor
Reduktor z paskiem zębatym
dr inż. Jakub Możaryn
Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów
Podstawowe zależności dla różnych połączeń
kinematycznych
Przekładnia zębata obrotowa
Przekładnia śrubowa
dr inż. Jakub Możaryn
Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów
Podstawowe zależności dla różnych połączeń
kinematycznych
Przenośnik (podajnik taśmowy)
Przekładnia zębata liniowa (listwa
zębata + wałek zębaty)
dr inż. Jakub Możaryn
Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów
Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów
Wykład 2 - Dobór napędów
dr inż. Jakub Możaryn
Instytut Automatyki i Robotyki
Warszawa, 2015
dr inż. Jakub Możaryn
Sterowanie Napędów Maszyn i Robotów