Файл: Учебное пособие для студентов специальности 220401 Мехатроника Екатеринбург 2009 удк 621. 865. 88 Т46 Таугер в м.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 07.11.2023
Просмотров: 126
Скачиваний: 13
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Недостатком описанных пластинчатых насосов является большая неуравновешенная нагрузка на ротор от давления жидкости в полости нагнетания, поэтому насосы эти предназначены, как правило, для гидросистем с давлением не выше 7 МПа.
Указанный недостаток отсутствует в пластинчатых насосах двойного действия типа БГ12—2, конструкция которых аналогична конструкции пластинчатого гидромотора, показанного на рис. Насосы двойного действия выпускаются на давления до 14 МПа.
Недостаток таких насосов — невозможность их регулирования.
Основные рабочие параметры насосов БГ12—2 даны в табл. Теоретическая производительность насоса двойного действия
Q
т
= 2vhb, м, где v — средняя окружная скорость пластины h — рабочая высота пластины.
Подстановка в (4.6) выражений для v и h
v = πn (r
2
+ r
1
)/60;
(4.7)
h = r
2
– r
1
(4.8)
дает
Q
т
= πn(r
2 2
— r
1 2
)b/30, м,
(4.9)
или
Q
т
= 2πn(r
2 2
– r
1 2
)b, м
3
/мин.
(4.10)
4. Гидропривод мехатронных модулей
электро-
управляемые дросселирующие распределители типа Г, предназначенные для изменения величины и направления потока рабочей
4.3. Гидрораспределители
Сопротивление трубопровода при последовательном соединении участков определяют следующим образом.
Расход жидкости на каждом участке равен расходу в трубопроводе в целом, те. Трубопроводы
позиционеров) используют встроенные в двигатель фрикционные механизмы. Они могут быть встроены в поршень или цилиндр и взаимодействовать с цилиндром, штоком или другими движущимися вместе сними деталями.
Для осуществления программного останова выходного звена позиционера применяют управляемые фрикционные устройства, снабженные собственным приводом, который по команде системы управления замыкает или размыкает тормоз.
В пневмопозиционере (рис. 5.5) фрикционный тормоз является нормально замкнутым. В процессе позиционирования обе полости пневмоцилиндра соединены с атмосферой и пружины 1 прижимают плунжеры 2 с фрикционными накладками 3 к внутренней поверхности цилиндра. При подаче сжатого воздуха, например, в правую полость цилиндра шариковый клапан 5, предотвращая перетечку воздуха в левую полость, открывает ему доступ в кольцевой канал, соединяющий полости плунжеров 2, которые сжимают пружины и растормаживают поршень.
A
1
2
3
4
4
5
A
A-A
Рис. 5.5. Схема пневмопозиционера
5. Тормозные устройства мехатронных модулей
По виду тел качения различают шариковые и роликовые направляющие. Для удержания тел качения на определенном расстоянии друг от друга применяют сепараторы, изготовленные из латуни или текстолита. Иногда применяют стандартные шариковые или роликовые подшипники.
В зависимости от способа установки шариков или роликов различают направляющие с перекатывающимися и вращающимися вокруг своих осей телами качения. В направляющих с перекатывающимися шариками (риса) при перемещении каретки 1 шарики 2 перекатываются по основанию 3, оси тел качения перемещаются как относительно каретки, таки относительно основания. В направляющих с вращающимися шариками (рис. 6.6, б) тела качения закреплены на осях и при перемещении каретки 1 вращаются в своих гнездах, а оси их остаются неподвижными относительно каретки и основания Анализ направляющих с перекатывающимися и вращающимися шариками показывает, что теоретическая длина L
1
каретки и основания в случае применения перекатывающихся шариков равна. Направляющие с трением качения
Указанный недостаток отсутствует в пластинчатых насосах двойного действия типа БГ12—2, конструкция которых аналогична конструкции пластинчатого гидромотора, показанного на рис. Насосы двойного действия выпускаются на давления до 14 МПа.
Недостаток таких насосов — невозможность их регулирования.
Основные рабочие параметры насосов БГ12—2 даны в табл. Теоретическая производительность насоса двойного действия
Q
т
= 2vhb, м, где v — средняя окружная скорость пластины h — рабочая высота пластины.
Подстановка в (4.6) выражений для v и h
v = πn (r
2
+ r
1
)/60;
(4.7)
h = r
2
– r
1
(4.8)
дает
Q
т
= πn(r
2 2
— r
1 2
)b/30, м,
(4.9)
или
Q
т
= 2πn(r
2 2
– r
1 2
)b, м
3
/мин.
(4.10)
4. Гидропривод мехатронных модулей
К оглавлению При сравнении параметров пластинчатых и поршневых насосов обращает на себя внимание существенно меньший объемный КПД пластинчатых насосов. Причина этого состоит в невозможности предотвращения перетечек жидкости между пластинами и поверхностью расточки статора, между пластинами и боковыми стенками.
К достоинствам пластинчатых насосов следует отнести их меньшие массы при равных производительностях.
4.1.5. Шестеренные насосы
Шестеренные насосы также, как и шестеренные гидромоторы, рис. 2.15) отличаются простотой конструкции.
Кроме того, следует отметить надежность в эксплуатации и несколько более высокий, по сравнению с пластинчатыми насосами, объемный КПД.
Считается, что максимальное давление, развиваемое шестеренными насосами, равно 10 МПа, но специальными насосами (в авиационных гидросистемах) достигается и 20 МПа Об основном недостатке этих гидромашин — невозможности их регулирования — уже сказано.
Как правило, шестеренные насосы используют для вспомогательных целей.
Основные параметры низконапорных шестеренных насосов Г приведены в табл. Таблица Основные параметры насосов Г11—2
Параметр
Г11—
22
Г11—
23А
Г11—
23
Г11—
24А
Г11—
24
Г11—
25А
Производительность, дм
3
/мин
18 26 38 50 72 Потребляемая мощность, кВт 1,3 1,6 2,3 3,0 4,1 5,8
КПД:
объемный полный 0,56 0,8 0,64 0,82 0,68 0,88 0,72 0,89 0,74 0,91 Масса, кг 8,7 12 Примечания. 1. Номинальная частота вращения 1500 об/мин. 2. Номинальное давление 2,5 МПа. Насосы
К достоинствам пластинчатых насосов следует отнести их меньшие массы при равных производительностях.
4.1.5. Шестеренные насосы
Шестеренные насосы также, как и шестеренные гидромоторы, рис. 2.15) отличаются простотой конструкции.
Кроме того, следует отметить надежность в эксплуатации и несколько более высокий, по сравнению с пластинчатыми насосами, объемный КПД.
Считается, что максимальное давление, развиваемое шестеренными насосами, равно 10 МПа, но специальными насосами (в авиационных гидросистемах) достигается и 20 МПа Об основном недостатке этих гидромашин — невозможности их регулирования — уже сказано.
Как правило, шестеренные насосы используют для вспомогательных целей.
Основные параметры низконапорных шестеренных насосов Г приведены в табл. Таблица Основные параметры насосов Г11—2
Параметр
Г11—
22
Г11—
23А
Г11—
23
Г11—
24А
Г11—
24
Г11—
25А
Производительность, дм
3
/мин
18 26 38 50 72 Потребляемая мощность, кВт 1,3 1,6 2,3 3,0 4,1 5,8
КПД:
объемный полный 0,56 0,8 0,64 0,82 0,68 0,88 0,72 0,89 0,74 0,91 Масса, кг 8,7 12 Примечания. 1. Номинальная частота вращения 1500 об/мин. 2. Номинальное давление 2,5 МПа. Насосы
К оглавлению >>
4.2. Клапаны и дроссели. Обратные клапаны
Обратный клапан, например, типа Г [7] (рис. 4.5) состоит из корпуса 1, плунжера 3 с пружиной 4 и пробки 5. Пружина поджимает плунжер к коническому седлу корпуса. Масло, подводимое в отверстие 7, действует на нижнюю торцовую поверхность плунжера, преодолевает силу пружины и приподнимает плунжер. Между плунжером и коническим седлом появляется зазор, через который масло поступает в отводное отверстие При изменении направления потока давление масла в отверстии
2 действует на верхнюю торцовую поверхность плунжера со стороны полости 6 и вместе с пружиной плотно прижимает плунжер к седлу, перекрывая поток из отверстия 2 в отверстие Таким образом, клапан обеспечивает прохождение жидкости только водном направлении — из отверстия 7 в отверстие Клапаны Г устанавливают непосредственно на концах отрезков трубопровода. Предусмотрено также исполнение со стыковым присоединением (клапаны ПГ51—2), отличающееся только конструкцией корпуса.
5
4
3
2
1
6
7
Отвод
h
Подвод
L
l
d
2
отв.
B
B
2
H
Рис. 4.5. Обратный клапан марки Г — корпус 2 — отводное отверстие — плунжер 4 — пружина 5 — пробка — полость 7 — отверстие для подвода масла. Гидропривод мехатронных модулей
4.2. Клапаны и дроссели. Обратные клапаны
Обратный клапан, например, типа Г [7] (рис. 4.5) состоит из корпуса 1, плунжера 3 с пружиной 4 и пробки 5. Пружина поджимает плунжер к коническому седлу корпуса. Масло, подводимое в отверстие 7, действует на нижнюю торцовую поверхность плунжера, преодолевает силу пружины и приподнимает плунжер. Между плунжером и коническим седлом появляется зазор, через который масло поступает в отводное отверстие При изменении направления потока давление масла в отверстии
2 действует на верхнюю торцовую поверхность плунжера со стороны полости 6 и вместе с пружиной плотно прижимает плунжер к седлу, перекрывая поток из отверстия 2 в отверстие Таким образом, клапан обеспечивает прохождение жидкости только водном направлении — из отверстия 7 в отверстие Клапаны Г устанавливают непосредственно на концах отрезков трубопровода. Предусмотрено также исполнение со стыковым присоединением (клапаны ПГ51—2), отличающееся только конструкцией корпуса.
5
4
3
2
1
6
7
Отвод
h
Подвод
L
l
d
2
отв.
B
B
2
H
Рис. 4.5. Обратный клапан марки Г — корпус 2 — отводное отверстие — плунжер 4 — пружина 5 — пробка — полость 7 — отверстие для подвода масла. Гидропривод мехатронных модулей
К оглавлению Основные параметры обратных клапанов типа Г (ПГ) 51—2 приведены в табл. Таблица Основные параметры обратных клапанов Г (ПГ) 51—2
Параметр
Г51—21 Г Г Г Г51—25
Номинальный расход, дм
3
/мин
8,0 20 40 80 160
Диаметр:
условного прохода, мм отверстия d
8
К
1
/
4
″
10
К
3
/
8
″
16
К
1
/
2
″
20
К
3
/
4
″
32
К1 Размеры, мм 52 83 40 70 52 105 54 103 82 138 Масса, кг 1,6 Примечание номинальное давление 20 МПа.
Существует ряд типовых случаев применения обратных клапанов. Один из них — установка параллельно с дросселем — будет рассмотрен ниже.
Промышленность выпускает обратные клапаны различных конструкций. Предохранительные клапаны
Предохранительные клапаны в гидроприводе предназначены для предотвращения превышения давлением допустимой величины. Они действуют эпизодически в аварийных режимах работы — пропускают масло из напорной линии в сливную.
Схема действия предохранительного клапана прямого действия показана на рис. 4.6.
4.2. Клапаны и дроссели
Параметр
Г51—21 Г Г Г Г51—25
Номинальный расход, дм
3
/мин
8,0 20 40 80 160
Диаметр:
условного прохода, мм отверстия d
8
К
1
/
4
″
10
К
3
/
8
″
16
К
1
/
2
″
20
К
3
/
4
″
32
К1 Размеры, мм 52 83 40 70 52 105 54 103 82 138 Масса, кг 1,6 Примечание номинальное давление 20 МПа.
Существует ряд типовых случаев применения обратных клапанов. Один из них — установка параллельно с дросселем — будет рассмотрен ниже.
Промышленность выпускает обратные клапаны различных конструкций. Предохранительные клапаны
Предохранительные клапаны в гидроприводе предназначены для предотвращения превышения давлением допустимой величины. Они действуют эпизодически в аварийных режимах работы — пропускают масло из напорной линии в сливную.
Схема действия предохранительного клапана прямого действия показана на рис. 4.6.
4.2. Клапаны и дроссели
К оглавлению Рис. 4.6. Схема действия предохранительного клапана — маслобак; 2 — насос 3 — клапан — пружина 5 — шарик — трубопровод
Насос 2 всасывает масло из маслобака 1 и подает в гидросистему по трубопроводу 6, давление масла действует на шарик 5 предохранительного клапана 3, прижатый к седлу пружиной 4. В момент, когда сила давления жидкости на шарик превысит силу пружины, шарик отойдет от седла влево, и масло через образовавшуюся щель начнет сливаться в бак. Таким образом, клапан будет поддерживать в трубопроводе давление не выше значения, определяемого силой воздействия пружины на шарик. Изменяя силу пружины, можно регулировать величину максимального давления в гидросистеме.
Клапаны прямого действия применяют при небольших расходах и давлениях рабочей жидкости, так как увеличение этих параметров приводит к резкому возрастанию размеров пружины. Поэтому в гидросистемах чаще используют аппараты непрямого действия, в которых небольшой вспомогательный клапан управляет перемещением переливного золотника, подключенного к напорной и сливной линиям.
В качестве примера могут быть приведены предохранительные клапаны непрямого действия марки Г (рис. 4.7 и табл. 4.7) [7].
4. Гидропривод мехатронных модулей
Насос 2 всасывает масло из маслобака 1 и подает в гидросистему по трубопроводу 6, давление масла действует на шарик 5 предохранительного клапана 3, прижатый к седлу пружиной 4. В момент, когда сила давления жидкости на шарик превысит силу пружины, шарик отойдет от седла влево, и масло через образовавшуюся щель начнет сливаться в бак. Таким образом, клапан будет поддерживать в трубопроводе давление не выше значения, определяемого силой воздействия пружины на шарик. Изменяя силу пружины, можно регулировать величину максимального давления в гидросистеме.
Клапаны прямого действия применяют при небольших расходах и давлениях рабочей жидкости, так как увеличение этих параметров приводит к резкому возрастанию размеров пружины. Поэтому в гидросистемах чаще используют аппараты непрямого действия, в которых небольшой вспомогательный клапан управляет перемещением переливного золотника, подключенного к напорной и сливной линиям.
В качестве примера могут быть приведены предохранительные клапаны непрямого действия марки Г (рис. 4.7 и табл. 4.7) [7].
4. Гидропривод мехатронных модулей
К оглавлению Рис. 4.7. Предохранительный клапан марки Г52—2
Таблица Основные параметры предохранительных клапанов Г52—2
Параметр
Г52—22 Г Г Г52—25
Номинальный расход, дм
3
/мин
20 40 80 160
Диаметр:
условного прохода, мм отверстия d
10
К
3
/
8
″
16
К
1
/
2
″
20
К
3
/
4
″
32
К1 Размеры, мм 64 66 180 31 49 96 82 200 37 62 120 100 240 47 Масса, кг 4,6 Примечание номинальное давление МПа. Дроссели и дроссельные регуляторы скорости гидродвигателя
Дроссель является местным гидравлическим сопротивлением течению жидкости и применяется для ограничения ее расхода или создания перепада давления. Как правило, дроссели используются
4.2. Клапаны и дроссели
Таблица Основные параметры предохранительных клапанов Г52—2
Параметр
Г52—22 Г Г Г52—25
Номинальный расход, дм
3
/мин
20 40 80 160
Диаметр:
условного прохода, мм отверстия d
10
К
3
/
8
″
16
К
1
/
2
″
20
К
3
/
4
″
32
К1 Размеры, мм 64 66 180 31 49 96 82 200 37 62 120 100 240 47 Масса, кг 4,6 Примечание номинальное давление МПа. Дроссели и дроссельные регуляторы скорости гидродвигателя
Дроссель является местным гидравлическим сопротивлением течению жидкости и применяется для ограничения ее расхода или создания перепада давления. Как правило, дроссели используются
4.2. Клапаны и дроссели
К оглавлению для регулирования скорости перемещения штока гидроцилиндров или частоты вращения вала гидромотора.
Дросселирование жидкости сопровождается интенсивным тепловыделением, поэтому дроссельное регулирование не рекомендуется в гидросистемах мощностью свыше 4кВт.
Различают дроссели вязкостного сопротивления и инерционного сопротивления. В дросселях вязкостного сопротивления потеря давления обеспечивается, как показывает самоназвание, преимущественно вязкостным сопротивлением потоку жидкости в длинном дроссельном канале. В дросселях инерционного сопротивления длина канала мала, а потеря давления определяется в основном деформацией потока жидкости, сопровождающейся вихреобразованием при внезапном сжатии русла, расширении и т. п.
Примером дросселя вязкостного сопротивления служит так называемый линейный дроссель (риса, состоящий из дроссельного винта 1, помещенного во втулку 2, и вспомогательного винта 3, предназначенного для осевого перемещения винта 1. Жидкость подается в отверстие а, проходит по винтовой канавке дроссельного винта и отводится через отверстие b. При вращении винта 1 он перемещается вдоль винта 3, вследствие чего изменяется длина пути прохождения жидкости по винтовой канавке, а значит, и сопротивление дросселя.
Рис. 4.8. Дроссели:
а — вязкостного сопротивления б — инерционного сопротивления
Схема многошайбового инерционного дросселя, содержащего набор из нескольких шайб показана на рис. 4.8, б. Суммарное сопротивление такого дросселя регулируется подбором требуемого количества шайб.
Кроме приведенных используют дроссели поворотного (кранового) типа, игольчатые и пр. [7].
4. Гидропривод мехатронных модулей
Дросселирование жидкости сопровождается интенсивным тепловыделением, поэтому дроссельное регулирование не рекомендуется в гидросистемах мощностью свыше 4кВт.
Различают дроссели вязкостного сопротивления и инерционного сопротивления. В дросселях вязкостного сопротивления потеря давления обеспечивается, как показывает самоназвание, преимущественно вязкостным сопротивлением потоку жидкости в длинном дроссельном канале. В дросселях инерционного сопротивления длина канала мала, а потеря давления определяется в основном деформацией потока жидкости, сопровождающейся вихреобразованием при внезапном сжатии русла, расширении и т. п.
Примером дросселя вязкостного сопротивления служит так называемый линейный дроссель (риса, состоящий из дроссельного винта 1, помещенного во втулку 2, и вспомогательного винта 3, предназначенного для осевого перемещения винта 1. Жидкость подается в отверстие а, проходит по винтовой канавке дроссельного винта и отводится через отверстие b. При вращении винта 1 он перемещается вдоль винта 3, вследствие чего изменяется длина пути прохождения жидкости по винтовой канавке, а значит, и сопротивление дросселя.
Рис. 4.8. Дроссели:
а — вязкостного сопротивления б — инерционного сопротивления
Схема многошайбового инерционного дросселя, содержащего набор из нескольких шайб показана на рис. 4.8, б. Суммарное сопротивление такого дросселя регулируется подбором требуемого количества шайб.
Кроме приведенных используют дроссели поворотного (кранового) типа, игольчатые и пр. [7].
4. Гидропривод мехатронных модулей
К оглавлению На основе дросселей созданы простейшие устройства для регулирования скорости гидродвигателя в приводах с нерегулируемыми насосами.
Принцип регулирования скорости гидроцилиндра с дроссельным регулятором на входе поясняет рис. 4.9, а.
2
3
1
2
3
1
а
б
Рис. 4.9. Схемы дроссельного регулирования:
а — регулирование скорости гидроцилиндра двустороннего действия с дросселем на входе б — регулирование скорости обратного хода гидроцилиндра одностороннего действия
Регулируемый дроссель 1 расположен на линии нагнетания жидкости в цилиндр 2. Перед дросселем в систему включен переливной клапан 3. Конструкция переливного клапана подобна конструкции клапана предохранительного.
Нерегулируемый насос создает давление р
н
; перемещение поршня, нагруженного силой F, происходит при давлении в поршневой полости р
р
; штоковая полость соединена со сливной линией, жидкость в которой находится под давлением р
сл
Расход жидкости через дроссель равен = μ f [2(р
н
– р
р
)/ρ]
0,5
, где μ — коэффициент расхода f — площадь проходного сечения дросселирующей щели ρ — плотность жидкости. Клапаны и дроссели
Принцип регулирования скорости гидроцилиндра с дроссельным регулятором на входе поясняет рис. 4.9, а.
2
3
1
2
3
1
а
б
Рис. 4.9. Схемы дроссельного регулирования:
а — регулирование скорости гидроцилиндра двустороннего действия с дросселем на входе б — регулирование скорости обратного хода гидроцилиндра одностороннего действия
Регулируемый дроссель 1 расположен на линии нагнетания жидкости в цилиндр 2. Перед дросселем в систему включен переливной клапан 3. Конструкция переливного клапана подобна конструкции клапана предохранительного.
Нерегулируемый насос создает давление р
н
; перемещение поршня, нагруженного силой F, происходит при давлении в поршневой полости р
р
; штоковая полость соединена со сливной линией, жидкость в которой находится под давлением р
сл
Расход жидкости через дроссель равен = μ f [2(р
н
– р
р
)/ρ]
0,5
, где μ — коэффициент расхода f — площадь проходного сечения дросселирующей щели ρ — плотность жидкости. Клапаны и дроссели
К оглавлению Скорость поршня прямо пропорциональна Насос создает в сети расход жидкости н > Q. Разность расходов н – Q поступает через переливной клапан в сливную линию. Для этого клапан 3 должен быть установлен на давление, развиваемое насосом, те. р
н
Следовательно, при ните. р
р
= const) скорость поршня прямо пропорциональна величине f. Это дает возможность регулировать скорость с помощью дросселя.
Используются также схемы с установкой дросселя на сливной линии или на ответвлении [7, Схема дроссельного регулирования скорости обратного хода гидроцилиндра одностороннего действия типа домкрата, нагрузка F на который постоянна по направлению, приведена на рис 4.9, б.
И подача жидкости в цилиндр 2, и слив ее из цилиндра производятся по одному участку трубопровода, который при рабочем ходе поршня (вверх) соединяется с насосом, а при обратном (вниз) — с маслобаком. Параллельно дросселю 1 установлен обратный клапан В период рабочего хода жидкость под давлением р
н поступает от насоса. Обратный клапан открывается, жидкость движется в основном через него, и давление в цилиндре р
р незначительно (на величину сопротивления обратного клапана) меньше р
н
. Обратный ход поршня осуществляется под действием силы F. Обратный клапан закрывается, и цилиндр соединяется с маслобаком через дроссель, причем скорость опускания поршня приданном перепаде давлений р
р
— р
сл определяется площадью f дросселя (согласно (Дроссель является составной частью устройства, называемого регулятором потока, предназначенного для поддержания постоянного расхода в гидросети независимо от внешней нагрузки на гидро- двигатель. Подробно конструкции регуляторов потока рассмотрены в [1, 2, 10] и здесь не приводятся.
В качестве примера в табл. 4.8 приведены основные рабочие параметры регуляторов потока ПГ55—2 [7].
4. Гидропривод мехатронных модулей
н
Следовательно, при ните. р
р
= const) скорость поршня прямо пропорциональна величине f. Это дает возможность регулировать скорость с помощью дросселя.
Используются также схемы с установкой дросселя на сливной линии или на ответвлении [7, Схема дроссельного регулирования скорости обратного хода гидроцилиндра одностороннего действия типа домкрата, нагрузка F на который постоянна по направлению, приведена на рис 4.9, б.
И подача жидкости в цилиндр 2, и слив ее из цилиндра производятся по одному участку трубопровода, который при рабочем ходе поршня (вверх) соединяется с насосом, а при обратном (вниз) — с маслобаком. Параллельно дросселю 1 установлен обратный клапан В период рабочего хода жидкость под давлением р
н поступает от насоса. Обратный клапан открывается, жидкость движется в основном через него, и давление в цилиндре р
р незначительно (на величину сопротивления обратного клапана) меньше р
н
. Обратный ход поршня осуществляется под действием силы F. Обратный клапан закрывается, и цилиндр соединяется с маслобаком через дроссель, причем скорость опускания поршня приданном перепаде давлений р
р
— р
сл определяется площадью f дросселя (согласно (Дроссель является составной частью устройства, называемого регулятором потока, предназначенного для поддержания постоянного расхода в гидросети независимо от внешней нагрузки на гидро- двигатель. Подробно конструкции регуляторов потока рассмотрены в [1, 2, 10] и здесь не приводятся.
В качестве примера в табл. 4.8 приведены основные рабочие параметры регуляторов потока ПГ55—2 [7].
4. Гидропривод мехатронных модулей
К оглавлению Таблица Основные параметры регуляторов потока ПГ55—2
Параметр
ПГ55—22
ПГ55—24
ПГ55—25
Расход, дм
3
/мин:
максимальный минимальный 0,06 80 0,12 160 Диаметр условного прохода, мм 20 Габаритные размеры, мм:
длина ширина высота 105 100 125 135 110 142 175 Масса, кг 7,5 Примечания. 1. Максимальное давление 20 МПа. 2. Отклонение расхода от установленного. Гидрораспределители
4.3.1. Общие сведения
Распределение рабочей жидкости между агрегатами гидросистемы осуществляется специальными устройствами — гидрораспределите- лями. По виду рабочего элемента различают распределители золотниковые, крановые и клапанные.
Принцип действия золотникового распределителя поясняет рис. 4.10, а.
Золотник представляет собой цилиндрическую деталь типа плунжера с проточками (канавками, установленную в корпусе (ГР) с возможностью осевого перемещения и соединенную с приводом управления. На риса изображен распределитель с ручным управлением посредством рукоятки. В корпусе выполнены каналы для подвода жидкости от насоса (Р, слива (Т) и соединения полостей гидродвигателя (в данном случае гидроцилиндра ГД) либо с насосом, либо со сливом (А, В).
В положении золотника, показанном на риса, поток жидкости
Q от насоса по каналу Р и дальше по линии А поступает в штоковую
4.3. Гидрораспределители
Параметр
ПГ55—22
ПГ55—24
ПГ55—25
Расход, дм
3
/мин:
максимальный минимальный 0,06 80 0,12 160 Диаметр условного прохода, мм 20 Габаритные размеры, мм:
длина ширина высота 105 100 125 135 110 142 175 Масса, кг 7,5 Примечания. 1. Максимальное давление 20 МПа. 2. Отклонение расхода от установленного. Гидрораспределители
4.3.1. Общие сведения
Распределение рабочей жидкости между агрегатами гидросистемы осуществляется специальными устройствами — гидрораспределите- лями. По виду рабочего элемента различают распределители золотниковые, крановые и клапанные.
Принцип действия золотникового распределителя поясняет рис. 4.10, а.
Золотник представляет собой цилиндрическую деталь типа плунжера с проточками (канавками, установленную в корпусе (ГР) с возможностью осевого перемещения и соединенную с приводом управления. На риса изображен распределитель с ручным управлением посредством рукоятки. В корпусе выполнены каналы для подвода жидкости от насоса (Р, слива (Т) и соединения полостей гидродвигателя (в данном случае гидроцилиндра ГД) либо с насосом, либо со сливом (А, В).
В положении золотника, показанном на риса, поток жидкости
Q от насоса по каналу Р и дальше по линии А поступает в штоковую
4.3. Гидрораспределители
К оглавлению полость цилиндра ГД, а из поршневой полости вытесняется по каналу В в сливной канал Т.
Перемещение рукоятки в положение, показанное пунктиром, приводит к тому, что поток от насоса по каналу Р и линии В поступает в поршневую полость цилиндра ГД, а из штоковой — вытесняется по линии А в канал Т. Происходит реверсирование потока, сопровождающееся изменением направления движения поршня.
Перемещение золотника в корпусе возможно только при наличии зазоров р между его поверхностью диаметром D и расточкой корпуса, а зазоры обусловливают утечки (перетечки) жидкости между полостями. Поэтому в корпусе выполняют специальные каналы для отвода утечек в сливную линию.
Распределитель, золотник которого может занимать два положения, называется двухпозиционным. Трехпозиционные распределители имеют среднюю (нейтральную) позицию, в которой возможна остановка гидродвигателя.
Крановый распределитель с управлением с помощью рукоятки изображен на рис. 4.10, б. Он содержит цилиндрическую или конусную пробку, помещенную внутрь корпуса (ГР) и имеющую возможность относительного поворота приводом управления (в данном случае рукояткой).
Рис. 4.10. Схемы распределителей:
а — золотникового б — кранового. Гидропривод мехатронных модулей
Перемещение рукоятки в положение, показанное пунктиром, приводит к тому, что поток от насоса по каналу Р и линии В поступает в поршневую полость цилиндра ГД, а из штоковой — вытесняется по линии А в канал Т. Происходит реверсирование потока, сопровождающееся изменением направления движения поршня.
Перемещение золотника в корпусе возможно только при наличии зазоров р между его поверхностью диаметром D и расточкой корпуса, а зазоры обусловливают утечки (перетечки) жидкости между полостями. Поэтому в корпусе выполняют специальные каналы для отвода утечек в сливную линию.
Распределитель, золотник которого может занимать два положения, называется двухпозиционным. Трехпозиционные распределители имеют среднюю (нейтральную) позицию, в которой возможна остановка гидродвигателя.
Крановый распределитель с управлением с помощью рукоятки изображен на рис. 4.10, б. Он содержит цилиндрическую или конусную пробку, помещенную внутрь корпуса (ГР) и имеющую возможность относительного поворота приводом управления (в данном случае рукояткой).
Рис. 4.10. Схемы распределителей:
а — золотникового б — кранового. Гидропривод мехатронных модулей
К оглавлению В исходном положении пробки жидкость от насоса по каналу Р и затем по линии А поступает в поршневую полость цилиндра ГД, а из штоковой полости — по линии В в сливной канал Т. Перевод рукоятки в положение, показанное пунктирными линиями, обеспечивает реверсирование потока.
В клапанном распределителе с ручным приводом (рис. 4.11) поворот рукоятки 1 из нейтрального положения, например, против часовой стрелки приводит к тому, что клапан 2 перемещается вниз, и жидкость от насоса поступает в камеру 4 и затем — через канал 3 к гидродвигателю. Другой клапан пружиной поджимается к своему гнезду.
Распределители каждого типа имеют свои преимущества. Так, крановые распределители наиболее просты по конструкции, а для клапанных распределителей характерна практически абсолютная герметичность в закрытом положении. По сумме эксплуатационных качеств наилучшим образом выглядят золотниковые распределители, в их конструкциях легко реализуются многопозиционность, разнообразие приводов (ручной, электрический, электрогидравлический, гидравлический и пр, хорошая управляемость. Именно золотниковые распределители получили наиболее широкое распространение в гидроприводе мехатронных модулей.
Рис. 4.11. Клапанный распределитель. Гидрораспределители
В клапанном распределителе с ручным приводом (рис. 4.11) поворот рукоятки 1 из нейтрального положения, например, против часовой стрелки приводит к тому, что клапан 2 перемещается вниз, и жидкость от насоса поступает в камеру 4 и затем — через канал 3 к гидродвигателю. Другой клапан пружиной поджимается к своему гнезду.
Распределители каждого типа имеют свои преимущества. Так, крановые распределители наиболее просты по конструкции, а для клапанных распределителей характерна практически абсолютная герметичность в закрытом положении. По сумме эксплуатационных качеств наилучшим образом выглядят золотниковые распределители, в их конструкциях легко реализуются многопозиционность, разнообразие приводов (ручной, электрический, электрогидравлический, гидравлический и пр, хорошая управляемость. Именно золотниковые распределители получили наиболее широкое распространение в гидроприводе мехатронных модулей.
Рис. 4.11. Клапанный распределитель. Гидрораспределители
К оглавлению >>
4.3.2. Золотниковые распределители
По типу управления различают гидрораспределители с ручным управлением от рукоятки или поворотной кнопки с ножным управлением с механическим управлением от кулачка с гидравлическим управлением от вспомогательного распределителя (пилота с электрическим управлением от толкающего электромагнита постоянного или переменного тока с электрогидравлическим управлением с пневматическим управлением с пневмогидравлическим управлением.
Для мехатронных модулей и систем характерна высокая степень автоматизации, при которой ручное и ножное управление неприемлемы. Остальные же типы управления могут применяться в зависимости от конкретного назначения модуля и окружающей обстановки.
Распределители подразделяются в зависимости от диаметра условного прохода у, который примерно равен диаметру подводящего и сливного отверстий. В табл. 4.9 приведены рекомендуемые соотношения между у и номинальным расходом жидкости через распределитель.
Таблица Рекомендуемые соотношения между диаметром условного прохода и расходом жидкости
D
у
, мм 8
10 16 20 ном, дм
3
/мин
6,3 12,5 20 50 80 Считая у равным диаметру подводящего канала, нетрудно определить номинальную скорость потока жидкости для каждой пары у, ном) и убедиться, что она примерно равна мс. При необходимости расход жидкости через распределитель может быть увеличен доном, но скорость жидкости в трубопроводе не должна намного превышать номинальную, поэтому в том случае, когда Q > ном, следует соответственно увеличить диаметр трубопровода по формуле = d
ном
(Q/Q
ном
)
0,5
,
(4.12)
4. Гидропривод мехатронных модулей
4.3.2. Золотниковые распределители
По типу управления различают гидрораспределители с ручным управлением от рукоятки или поворотной кнопки с ножным управлением с механическим управлением от кулачка с гидравлическим управлением от вспомогательного распределителя (пилота с электрическим управлением от толкающего электромагнита постоянного или переменного тока с электрогидравлическим управлением с пневматическим управлением с пневмогидравлическим управлением.
Для мехатронных модулей и систем характерна высокая степень автоматизации, при которой ручное и ножное управление неприемлемы. Остальные же типы управления могут применяться в зависимости от конкретного назначения модуля и окружающей обстановки.
Распределители подразделяются в зависимости от диаметра условного прохода у, который примерно равен диаметру подводящего и сливного отверстий. В табл. 4.9 приведены рекомендуемые соотношения между у и номинальным расходом жидкости через распределитель.
Таблица Рекомендуемые соотношения между диаметром условного прохода и расходом жидкости
D
у
, мм 8
10 16 20 ном, дм
3
/мин
6,3 12,5 20 50 80 Считая у равным диаметру подводящего канала, нетрудно определить номинальную скорость потока жидкости для каждой пары у, ном) и убедиться, что она примерно равна мс. При необходимости расход жидкости через распределитель может быть увеличен доном, но скорость жидкости в трубопроводе не должна намного превышать номинальную, поэтому в том случае, когда Q > ном, следует соответственно увеличить диаметр трубопровода по формуле = d
ном
(Q/Q
ном
)
0,5
,
(4.12)
4. Гидропривод мехатронных модулей
К оглавлению где d — увеличенный диаметр ном — диаметр, при котором скорость имеет номинальное значение.
По виду присоединения различают резьбовое и стыковое присоединения распределителей. В распределителях с резьбовым присоединением отверстия для подачи и отвода жидкости выполнены непосредственно в корпусе. В распределителях со стыковым присоединением эти отверстия выведены на стыковую плоскость, соединение с гидросистемой производится через специальные панели, или плиты.
Распределители выполняют двух- и трехпозиционными, в зависимости от числа позиций (фиксированных положений) золотника относительно корпуса. Каждая позиция обеспечивает подключение определенным образом гидродвигателя к насосной и сливной линиям гидросистемы. Например, первому положению золотника двухпозиционного распределителя соответствует вращение вала реверсивного гидромотора почасовой стрелке, а второму положению — против часовой стрелки. Трехпозиционный же распределитель позволяет выполнять, кроме прямого и обратного вращения (первое и третье положения золотника, еще и остановку гидромотора (второе положение золотника).
О том, как соединяются линии в томили ином положении золотника, дает представление схема распределителя. Полная схема содержит также условное изображение устройства управления (рукоятки, электромагнита, возвратной пружины и пр) Утечка по зазорам золотника зависит от перепада давлений и вязкости рабочей жидкости. Ориентировочные максимальные значения утечек при давлении 20 МПа и вязкости масла около 40сСт даны в табл. Таблица Максимальная утечка по зазорам золотника
Условный проход, мм 10 16 20 Утечка, дм
3
/мин
0,05 0,1 0,2 Потеря давления потока при максимальном расходе в подавляющем большинстве распределителей лежит в интервале 0,8…1,0 МПа.
На риса показано устройство трехпозиционного гидрорас- пределителя ПГ73—1 с электрическим управлением. Гидрораспределители
По виду присоединения различают резьбовое и стыковое присоединения распределителей. В распределителях с резьбовым присоединением отверстия для подачи и отвода жидкости выполнены непосредственно в корпусе. В распределителях со стыковым присоединением эти отверстия выведены на стыковую плоскость, соединение с гидросистемой производится через специальные панели, или плиты.
Распределители выполняют двух- и трехпозиционными, в зависимости от числа позиций (фиксированных положений) золотника относительно корпуса. Каждая позиция обеспечивает подключение определенным образом гидродвигателя к насосной и сливной линиям гидросистемы. Например, первому положению золотника двухпозиционного распределителя соответствует вращение вала реверсивного гидромотора почасовой стрелке, а второму положению — против часовой стрелки. Трехпозиционный же распределитель позволяет выполнять, кроме прямого и обратного вращения (первое и третье положения золотника, еще и остановку гидромотора (второе положение золотника).
О том, как соединяются линии в томили ином положении золотника, дает представление схема распределителя. Полная схема содержит также условное изображение устройства управления (рукоятки, электромагнита, возвратной пружины и пр) Утечка по зазорам золотника зависит от перепада давлений и вязкости рабочей жидкости. Ориентировочные максимальные значения утечек при давлении 20 МПа и вязкости масла около 40сСт даны в табл. Таблица Максимальная утечка по зазорам золотника
Условный проход, мм 10 16 20 Утечка, дм
3
/мин
0,05 0,1 0,2 Потеря давления потока при максимальном расходе в подавляющем большинстве распределителей лежит в интервале 0,8…1,0 МПа.
На риса показано устройство трехпозиционного гидрорас- пределителя ПГ73—1 с электрическим управлением. Гидрораспределители
К оглавлению Управление осуществляется двумя толкающими электромагнитами. Поскольку электромагниты приемлемых размеров неспособны развивать больших усилий, то непосредственное воздействие на золотник 8 используется в распределителях с малыми условными проходами (6 мм и 8 мм).
Рис. 4.12. Гидрораспределитель ПГ73—1:
а — конструкция б — габаритные и присоединительные размеры — штепсельный разъем 2 — шайба 3 — пружина 4 — электромагнит — втулка 6 — чашка 7 — гильза 8 — золотник 9 — корпус — дренажное отверстие 11 — толкатель. Гидропривод мехатронных модулей
Рис. 4.12. Гидрораспределитель ПГ73—1:
а — конструкция б — габаритные и присоединительные размеры — штепсельный разъем 2 — шайба 3 — пружина 4 — электромагнит — втулка 6 — чашка 7 — гильза 8 — золотник 9 — корпус — дренажное отверстие 11 — толкатель. Гидропривод мехатронных модулей
К оглавлению Левый электромагнит посредством толкателя 11 перемещает золотник внутри гильзы 7 в правое крайнее положение, а правый — в левое крайнее положение. Пружины 3 после отключения электромагнитов возвращают золотник в среднее — нейтральное положение. Утечки из торцовых полостей, в которых расположены пружины, отводятся в дренажное отверстие 10. Шайба 2, втулка 5 и чашка 6 предназначены для установки пружины 3 в корпусе 9 и передачи ее усилия на толкатель Подводящие и сливные отверстия выполнены в нижней опорной плоскости (рис. 4.12, б. Подключение распределителя к гидросистеме осуществляется через промежуточную плиту с каналами и резьбовыми отверстиями.
Рассматриваемый распределитель может быть выполнен двухпозиционным (рис. 4.12, б, исполнение Б, при этом он оснащается не двумя, а одним электромагнитом, и возврат золотника в исходное положение производится пружиной.
Гидрораспределители с большими условными проходами ПГ73—2 и электрогидравлическим управлением представляют собой комбинацию управляющего распределителя (пилота) ПГ73—11 и управляемого им основного распределителя. В основном распределителе золотник перемещается давлением на толкатель подаваемой пилотом жидкости.
Основные параметры распределителей ПГ73 приведены в табл. Таблица Основные параметры гидрораспределителей с электрическими электрогидравлическим управлением
Параметр
ПГ73—11 ПГ73—12 ПГ73—24 ПГ73—25
Условный проход, мм 10 20 Расход номинальный, дм
3
/
мин
8 20 80 Время срабатывания, с 0,03 0,05…1,5 Потери давления, МПа 0,83 Утечки, дм
3
/мин
0,05 0,12 0,2 Усилие электромагнита, Н 25 Масса, кг 6
15 Примечание рабочее давление 20 МПа. Гидрораспределители
Рассматриваемый распределитель может быть выполнен двухпозиционным (рис. 4.12, б, исполнение Б, при этом он оснащается не двумя, а одним электромагнитом, и возврат золотника в исходное положение производится пружиной.
Гидрораспределители с большими условными проходами ПГ73—2 и электрогидравлическим управлением представляют собой комбинацию управляющего распределителя (пилота) ПГ73—11 и управляемого им основного распределителя. В основном распределителе золотник перемещается давлением на толкатель подаваемой пилотом жидкости.
Основные параметры распределителей ПГ73 приведены в табл. Таблица Основные параметры гидрораспределителей с электрическими электрогидравлическим управлением
Параметр
ПГ73—11 ПГ73—12 ПГ73—24 ПГ73—25
Условный проход, мм 10 20 Расход номинальный, дм
3
/
мин
8 20 80 Время срабатывания, с 0,03 0,05…1,5 Потери давления, МПа 0,83 Утечки, дм
3
/мин
0,05 0,12 0,2 Усилие электромагнита, Н 25 Масса, кг 6
15 Примечание рабочее давление 20 МПа. Гидрораспределители
К оглавлению >>
4.3.3. Дросселирующие распределители
В мехатронных гидравлических системах с программными адаптивным управлением, в гидросистемах роботов широко используются так называемые дросселирующие распределители, обладающие высокой чувствительностью к управляющим воздействиями способные обеспечивать весьма малые (порядка мм и менее) перемещения рабочего органа.
Принцип действия дросселирующего распределителя поясняет рис. 4.13.
5
4
3
2
1
6
7
8
9
S
след
S
зад
Рис. 4.13. Схема гидравлической копировальной системы фрезерного станка — стол станка 2 — деталь 3 — инструмент (фреза — каретка 5 — поршень гидроцилиндра 6 — пружина — золотник 8 — ролик 9 — копир
Гидравлическая копировальная система фрезерного станка содержит инструмент 3 фрезу, установленный на каретке 4, которую перемещает гидроцилиндр с поршнем 5. Шток поршня неподвижно
4. Гидропривод мехатронных модулей
4.3.3. Дросселирующие распределители
В мехатронных гидравлических системах с программными адаптивным управлением, в гидросистемах роботов широко используются так называемые дросселирующие распределители, обладающие высокой чувствительностью к управляющим воздействиями способные обеспечивать весьма малые (порядка мм и менее) перемещения рабочего органа.
Принцип действия дросселирующего распределителя поясняет рис. 4.13.
5
4
3
2
1
6
7
8
9
S
след
S
зад
Рис. 4.13. Схема гидравлической копировальной системы фрезерного станка — стол станка 2 — деталь 3 — инструмент (фреза — каретка 5 — поршень гидроцилиндра 6 — пружина — золотник 8 — ролик 9 — копир
Гидравлическая копировальная система фрезерного станка содержит инструмент 3 фрезу, установленный на каретке 4, которую перемещает гидроцилиндр с поршнем 5. Шток поршня неподвижно
4. Гидропривод мехатронных модулей
К оглавлению закреплен на станине станка. Золотник 7 дросселирующего распределителя пружиной 6 прижат через ролик 8 к фасонной поверхности копира 9. Обрабатываемая деталь 2 и копир 9 закреплены на столе 1 станка, перемещающемся со скоростью задающей подачи s
зад
Золотник 7 имеет три пояска с четырьмя рабочими кромками, частично перекрывающими кольцевые канавки в корпусе. Каналами в корпусе средняя кольцевая канавка соединена с напорной линией гидросистемы, две крайние — со сливной линией, а промежуточные полости — с полостями цилиндра. Закон перемещения золотника определяется профилем копира, а каретка 4, отслеживая его перемещение, обеспечивает соответствующую подачу инструмента след с усилием, достаточным для преодоления сил резания.
В положении, показанном на рис. 4.13, золотник своими поясками полностью перекрывает напорную и сливную линии. При перемещении стола 1 вправо золотник опускается, напорная линия соединяется с поршневой полостью цилиндра, а сливная линия — со штоковой полостью. Поскольку сам поршень неподвижен, то перемещается каретка вместе с инструментом, в данном случае — вниз, до тех пор, пока пояски золотника снова не перекроют напорную и сливную линии, те. пока каретка не отработает такое же перемещение, что изо- лотник. В результате инструмент 3 в процессе обработки движется по кривой, точно соответствующей задающей поверхности копира.
Для применения в следящих гидроприводах разработан управляющий золотник Г (рис. 4.14), встраиваемый в корпус дросселирующего распределителя. Он состоит из золотника 1 и гильзы
2. Золотник имеет три пояска, а в гильзе выполнены три внутренних кольцевых канавки и пять внешних канавок. Радиальными отверстиями внешние канавки соединены с внутренними канавками и промежуточными полостями 3 и 4. Каналами в корпусе распределителя средняя внешняя канавка гильзы соединяется с напорной линией, две крайние со сливной, две промежуточные — с камерами гидродвигателя.
Левым концом золотник взаимодействует с пружиной, а правым через промежуточные передаточные звенья — с копиром, толкателем и т. п.
Техническая характеристика управляющего золотника дана в табл. Широкое распространение в гидросистемах получили
зад
Золотник 7 имеет три пояска с четырьмя рабочими кромками, частично перекрывающими кольцевые канавки в корпусе. Каналами в корпусе средняя кольцевая канавка соединена с напорной линией гидросистемы, две крайние — со сливной линией, а промежуточные полости — с полостями цилиндра. Закон перемещения золотника определяется профилем копира, а каретка 4, отслеживая его перемещение, обеспечивает соответствующую подачу инструмента след с усилием, достаточным для преодоления сил резания.
В положении, показанном на рис. 4.13, золотник своими поясками полностью перекрывает напорную и сливную линии. При перемещении стола 1 вправо золотник опускается, напорная линия соединяется с поршневой полостью цилиндра, а сливная линия — со штоковой полостью. Поскольку сам поршень неподвижен, то перемещается каретка вместе с инструментом, в данном случае — вниз, до тех пор, пока пояски золотника снова не перекроют напорную и сливную линии, те. пока каретка не отработает такое же перемещение, что изо- лотник. В результате инструмент 3 в процессе обработки движется по кривой, точно соответствующей задающей поверхности копира.
Для применения в следящих гидроприводах разработан управляющий золотник Г (рис. 4.14), встраиваемый в корпус дросселирующего распределителя. Он состоит из золотника 1 и гильзы
2. Золотник имеет три пояска, а в гильзе выполнены три внутренних кольцевых канавки и пять внешних канавок. Радиальными отверстиями внешние канавки соединены с внутренними канавками и промежуточными полостями 3 и 4. Каналами в корпусе распределителя средняя внешняя канавка гильзы соединяется с напорной линией, две крайние со сливной, две промежуточные — с камерами гидродвигателя.
Левым концом золотник взаимодействует с пружиной, а правым через промежуточные передаточные звенья — с копиром, толкателем и т. п.
Техническая характеристика управляющего золотника дана в табл. Широкое распространение в гидросистемах получили
1 ... 6 7 8 9 10 11 12 13 ... 18
электро-
управляемые дросселирующие распределители типа Г, предназначенные для изменения величины и направления потока рабочей
4.3. Гидрораспределители
К оглавлению жидкости с большой гидравлической мощностью в соответствии с управляющими электрическими сигналами малой мощности [7]. Здесь они подробно не рассматриваются. Необходимо лишь отметить следующие их конструктивные особенности.
Рис. 4.14. Управляющий золотник Г61—41
Таблица Техническая характеристика управляющего золотника Г61—41
Параметр
Величина
Расход номинальный, дм
3
/мин
20
Давление максимальное, МПа
6,3
Диаметральный зазор в сопряжении золотник — гильза, мкм Наружная утечка по зазорам при подпоре в сливной линии
0,2МПа, дм
3
/мин, не более
0,001
Масса, кг
0,45
Во-первых, распределители Г имеют систему промежуточного гидравлического управления, (по сути — гидравлический усилитель, через которую электромагнит воздействует на золотник.
Во-вторых, масло, выходящее в сливную линию, пропускается через реактивную турбинку типа «сегнерово колесо, закрепленную на золотнике и заставляющую его непрерывно вращаться с частотой
4. Гидропривод мехатронных модулей
Рис. 4.14. Управляющий золотник Г61—41
Таблица Техническая характеристика управляющего золотника Г61—41
Параметр
Величина
Расход номинальный, дм
3
/мин
20
Давление максимальное, МПа
6,3
Диаметральный зазор в сопряжении золотник — гильза, мкм Наружная утечка по зазорам при подпоре в сливной линии
0,2МПа, дм
3
/мин, не более
0,001
Масса, кг
0,45
Во-первых, распределители Г имеют систему промежуточного гидравлического управления, (по сути — гидравлический усилитель, через которую электромагнит воздействует на золотник.
Во-вторых, масло, выходящее в сливную линию, пропускается через реактивную турбинку типа «сегнерово колесо, закрепленную на золотнике и заставляющую его непрерывно вращаться с частотой
4. Гидропривод мехатронных модулей
К оглавлению около 300 об/мин. Таким образом исключается сухое трение в паре золотник — гильза».
Основные параметры распределителей Г приведены в табл. Таблица Основные параметры дросселирующих распределителей Г68—1
Параметр
12Г68—11 Г 12Г68—13
Расход номинальный, дм
3
/мин
6,3 20 Давление рабочее, МПа
6,3
Максимальная мощность сигнала уп- раления, Вт 1,0 Расход в линии управления, дм
3
/мин
1,2
Утечки на слив в закрытом положении при рабочем давлении, дм
3
/мин
2,0
Габаритные размеры, мм:
длина ширина высота 100 Масса, кг 4.4. Вспомогательные устройства гидроприводов. Гидроаккумуляторы
Гидроаккумулятором называется устройство, служащее для накопления гидравлической энергии в период пауз в ее потреблении агрегатами гидросистемы. Использование гидроаккумулятора позволяет понизить мощность насоса до усредненной повремени мощности гидродвигателей. В системах с эпизодическим включением гидродвигателей наличие гидроаккумулятора дает возможность обеспечить паузы в работе питающего насоса. Кроме того, в ряде мехатронных систем с гидроприводом высокое давление жидкости в гидродвигателе рабочего органа должно поддерживаться постоянным при отключении двигателя от насоса, что также становится возможным при наличии в системе гидроаккумулятора.
4.4. Вспомогательные устройства гидроприводов
Основные параметры распределителей Г приведены в табл. Таблица Основные параметры дросселирующих распределителей Г68—1
Параметр
12Г68—11 Г 12Г68—13
Расход номинальный, дм
3
/мин
6,3 20 Давление рабочее, МПа
6,3
Максимальная мощность сигнала уп- раления, Вт 1,0 Расход в линии управления, дм
3
/мин
1,2
Утечки на слив в закрытом положении при рабочем давлении, дм
3
/мин
2,0
Габаритные размеры, мм:
длина ширина высота 100 Масса, кг 4.4. Вспомогательные устройства гидроприводов. Гидроаккумуляторы
Гидроаккумулятором называется устройство, служащее для накопления гидравлической энергии в период пауз в ее потреблении агрегатами гидросистемы. Использование гидроаккумулятора позволяет понизить мощность насоса до усредненной повремени мощности гидродвигателей. В системах с эпизодическим включением гидродвигателей наличие гидроаккумулятора дает возможность обеспечить паузы в работе питающего насоса. Кроме того, в ряде мехатронных систем с гидроприводом высокое давление жидкости в гидродвигателе рабочего органа должно поддерживаться постоянным при отключении двигателя от насоса, что также становится возможным при наличии в системе гидроаккумулятора.
4.4. Вспомогательные устройства гидроприводов
К оглавлению Накопленная в аккумуляторе энергия может быть отдана в очень короткое время, поэтому гидроаккумулятор способен кратковременно развивать высокую мощность. Применение этих агрегатов особенно целесообразно в системах с большими пиками расхода жидкости, величины которых в некоторых случаях во много раз превышают средний расход жидкости.
По способу создания давления различают грузовые, пружинные и пневматические гидроаккумуляторы.
Грузовой аккумулятор представляет собой цилиндр, поршень которого находится под воздействием груза. Давление жидкости определяется весом груза и площадью поршня.
В пружинном аккумуляторе давление жидкости создается усилием пружин, действующим, как и вес груза в грузовом аккумуляторе, на поршень цилиндра.
В пневматическом аккумуляторе (пневмогидроаккумуляторе) накопление энергии происходит за счет сжатия газа, обычно — воздуха, реже — азота.
Конструкции пневмогидроаккумуляторов следует рассмотреть более подробно.
В соответствии с типом разделителя сред аккумуляторы могут быть поршневыми (риса) и диафрагменными (рис. 4.15, б. Более простым по конструкции считается поршневой. Недостатками его являются трение поршня в цилиндре и утечки жидкости в газовую полость. Этих недостатков лишен аккумулятор, роль разделителя в котором выполняет гибкая мембрана, или диафрагма. Поскольку сопротивление деформации диафрагмы незначительно, то диафраг- менные аккумуляторы безынерционны и пригодны для применения в качестве гасителей высокочастотных пульсаций расхода.
Грузовые и пружинные гидроаккумуляторы больших объемов изготавливать нецелесообразно они становятся весьма массивными и крупногабаритными. Наиболее широкое распространение в машиностроении вообще ив гидросистемах мехатронных модулей в частности получили пневмогидроаккумуляторы. Например, серийно выпускаются поршневые пневмогидроаккумуляторы АР на давления
16 МПа и 32 МПа емкостью от 0,4 дм до 100 дм [7].
4. Гидропривод мехатронных модулей
По способу создания давления различают грузовые, пружинные и пневматические гидроаккумуляторы.
Грузовой аккумулятор представляет собой цилиндр, поршень которого находится под воздействием груза. Давление жидкости определяется весом груза и площадью поршня.
В пружинном аккумуляторе давление жидкости создается усилием пружин, действующим, как и вес груза в грузовом аккумуляторе, на поршень цилиндра.
В пневматическом аккумуляторе (пневмогидроаккумуляторе) накопление энергии происходит за счет сжатия газа, обычно — воздуха, реже — азота.
Конструкции пневмогидроаккумуляторов следует рассмотреть более подробно.
В соответствии с типом разделителя сред аккумуляторы могут быть поршневыми (риса) и диафрагменными (рис. 4.15, б. Более простым по конструкции считается поршневой. Недостатками его являются трение поршня в цилиндре и утечки жидкости в газовую полость. Этих недостатков лишен аккумулятор, роль разделителя в котором выполняет гибкая мембрана, или диафрагма. Поскольку сопротивление деформации диафрагмы незначительно, то диафраг- менные аккумуляторы безынерционны и пригодны для применения в качестве гасителей высокочастотных пульсаций расхода.
Грузовые и пружинные гидроаккумуляторы больших объемов изготавливать нецелесообразно они становятся весьма массивными и крупногабаритными. Наиболее широкое распространение в машиностроении вообще ив гидросистемах мехатронных модулей в частности получили пневмогидроаккумуляторы. Например, серийно выпускаются поршневые пневмогидроаккумуляторы АР на давления
16 МПа и 32 МПа емкостью от 0,4 дм до 100 дм [7].
4. Гидропривод мехатронных модулей
К оглавлению Рис. 4.15. Пневмогидроаккумуляторы:
а — поршневой б — диафрагменный;
1 — поршень 2 — диафрагма
При подаче жидкости из пневмогидроаккумулятора в систему объем сжатого газа в нем увеличивается, соответственно увеличению объема падает давление. Емкость аккумулятора принимается из условия снижения давления в процессе работы гидросистемы не более чем на 25 % максимального значения (иначе говоря, максимальное давление в аккумуляторе должно превышать номинальное давление насоса не более чем в 1,33 раза. Резервуары для рабочей жидкости
Резервуар для рабочей жидкости (маслобак) является ответственным узлом гидросистемы, так как от правильности его исполнения зависит надежность и долговечность входящих в систему агрегатов. К сожалению, авторы учебной литературы зачастую не уделяют конструкциям маслобаков достойного внимания.
Выделяющееся вовремя работы агрегатов тепло рассеивается через стенки маслобака, поэтому его объем оказывает значительное влияние на тепловой режим гидропривода.
Среднее количество теплоты, выделяемое гидроприводом в единицу времени (средняя тепловая мощность, определяют по формуле. Вспомогательные устройства гидроприводов
а — поршневой б — диафрагменный;
1 — поршень 2 — диафрагма
При подаче жидкости из пневмогидроаккумулятора в систему объем сжатого газа в нем увеличивается, соответственно увеличению объема падает давление. Емкость аккумулятора принимается из условия снижения давления в процессе работы гидросистемы не более чем на 25 % максимального значения (иначе говоря, максимальное давление в аккумуляторе должно превышать номинальное давление насоса не более чем в 1,33 раза. Резервуары для рабочей жидкости
Резервуар для рабочей жидкости (маслобак) является ответственным узлом гидросистемы, так как от правильности его исполнения зависит надежность и долговечность входящих в систему агрегатов. К сожалению, авторы учебной литературы зачастую не уделяют конструкциям маслобаков достойного внимания.
Выделяющееся вовремя работы агрегатов тепло рассеивается через стенки маслобака, поэтому его объем оказывает значительное влияние на тепловой режим гидропривода.
Среднее количество теплоты, выделяемое гидроприводом в единицу времени (средняя тепловая мощность, определяют по формуле. Вспомогательные устройства гидроприводов
К оглавлению >>
Р
тепл
= (Р
дв
– Р) ПВ, где Р
дв
— мощность навалу приводного электродвигателя насосной установки Р — суммарная полезная мощность одновременно работающих гидродвигателей; ПВ — продолжительность включения гидропривода (отношение времени работы под нагрузкой к общему времени цикла).
В табл. 4.14 даны значения объема бака в зависимости от Р
тепл
Таблица Зависимость объема маслобака от тепловыделения в гидросистеме
Средняя тепловая мощность, кВт 1,0 1,4 1,8 2,2 Объем маслобака
V, дм 50 130 220 320 420 Примечание превышение температуры масла в баке над температурой окружающего воздуха 35 ºС.
Выбранный объем должен быть округлен до ближайшего из ряда номинальных размеров Ra10, если это не противоречит требованиям технического задания на проектируемую мехатронную систему.
По рекомендации [7] площадь поверхности маслобака равна
А = 0,064V
2/3
, м, где V — объем, дм
3
Очевидно, что во многих случаях возникает настоятельная необходимость уменьшения объема маслобака. Это возможно за счет интенсификации теплообмена между маслом и окружающим воздухом следующими способами оребрение стенок бака (что эквивалентно увеличению площади теплоотдающей поверхности А обдув бака струей воздуха от вентилятора оснащение бака холодильником, выполненным, например, в виде помещенного в масло змеевика из тонкостенных трубок, по которым подается охлаждающая среда (обычно воздух или вода. Гидропривод мехатронных модулей
Р
тепл
= (Р
дв
– Р) ПВ, где Р
дв
— мощность навалу приводного электродвигателя насосной установки Р — суммарная полезная мощность одновременно работающих гидродвигателей; ПВ — продолжительность включения гидропривода (отношение времени работы под нагрузкой к общему времени цикла).
В табл. 4.14 даны значения объема бака в зависимости от Р
тепл
Таблица Зависимость объема маслобака от тепловыделения в гидросистеме
Средняя тепловая мощность, кВт 1,0 1,4 1,8 2,2 Объем маслобака
V, дм 50 130 220 320 420 Примечание превышение температуры масла в баке над температурой окружающего воздуха 35 ºС.
Выбранный объем должен быть округлен до ближайшего из ряда номинальных размеров Ra10, если это не противоречит требованиям технического задания на проектируемую мехатронную систему.
По рекомендации [7] площадь поверхности маслобака равна
А = 0,064V
2/3
, м, где V — объем, дм
3
Очевидно, что во многих случаях возникает настоятельная необходимость уменьшения объема маслобака. Это возможно за счет интенсификации теплообмена между маслом и окружающим воздухом следующими способами оребрение стенок бака (что эквивалентно увеличению площади теплоотдающей поверхности А обдув бака струей воздуха от вентилятора оснащение бака холодильником, выполненным, например, в виде помещенного в масло змеевика из тонкостенных трубок, по которым подается охлаждающая среда (обычно воздух или вода. Гидропривод мехатронных модулей
К оглавлению Для гидросистем мехатронных модулей наиболее приемлема комбинация двух первых способов.
Днище маслобака должно располагаться на высоте не менее 100 мм над полом для обеспечения теплоотдачи через поверхность днища.
Конец вводимой в бак трубы сливной линии необходимо удалить на возможно большее расстояние от начала трубы всасывающей линии, чтобы создать условия для перемешивания выходящего из сливного трубопровода нагретого масла с уже охлажденным. С этой же целью между концом сливной и началом всасывающей труб целесообразно установить в баке перегородку.
Глубина погружения труб в масло должна быть не менее четырех- пяти их диаметров, расстояние от дна — не менее двух диаметров, концы труб выполняются со срезом под 45º. Это позволит предотвратить перемешивание масла с воздухом и с осадком.
В баке рекомендуется иметь смотровые люки размером не менее
200 × 200 мм.
Заливную горловину следует снабдить фильтром с тонкостью фильтрации 40—80 мкм.
Днище бака должно иметь уклон к сливному отверстию.
Маслобак также может быть снабжен указателем уровня масла, термометром и пр. Фильтры
Опыт эксплуатации гидросистем показывает, что выполнение всех требований по поддержанию чистоты рабочей жидкости позволяет повысить надежность привода и снизить эксплуатационные расходы в два раза. Главную роль в очистке масла от твердых частиц играют фильтры различных типов.
Фильтры могут осуществлять полнопроточную или пропорциональную очистку масла во всасывающей, напорной или сливной линиях гидросистемы.
При полнопроточной очистке через фильтр проходит вся жидкость от насосной установки к силовым гидроагрегатам. Пропорциональная очистка подразумевает пропускание через фильтр части рабочей жидкости, те. расход фильтруемого масла составляет часть полного расхода насосной установки.
Фильтр, установленный на всасывающей линии, его называют всасывающим, или приемным фильтром) обеспечивает эффективную
4.4. Вспомогательные устройства гидроприводов
Днище маслобака должно располагаться на высоте не менее 100 мм над полом для обеспечения теплоотдачи через поверхность днища.
Конец вводимой в бак трубы сливной линии необходимо удалить на возможно большее расстояние от начала трубы всасывающей линии, чтобы создать условия для перемешивания выходящего из сливного трубопровода нагретого масла с уже охлажденным. С этой же целью между концом сливной и началом всасывающей труб целесообразно установить в баке перегородку.
Глубина погружения труб в масло должна быть не менее четырех- пяти их диаметров, расстояние от дна — не менее двух диаметров, концы труб выполняются со срезом под 45º. Это позволит предотвратить перемешивание масла с воздухом и с осадком.
В баке рекомендуется иметь смотровые люки размером не менее
200 × 200 мм.
Заливную горловину следует снабдить фильтром с тонкостью фильтрации 40—80 мкм.
Днище бака должно иметь уклон к сливному отверстию.
Маслобак также может быть снабжен указателем уровня масла, термометром и пр. Фильтры
Опыт эксплуатации гидросистем показывает, что выполнение всех требований по поддержанию чистоты рабочей жидкости позволяет повысить надежность привода и снизить эксплуатационные расходы в два раза. Главную роль в очистке масла от твердых частиц играют фильтры различных типов.
Фильтры могут осуществлять полнопроточную или пропорциональную очистку масла во всасывающей, напорной или сливной линиях гидросистемы.
При полнопроточной очистке через фильтр проходит вся жидкость от насосной установки к силовым гидроагрегатам. Пропорциональная очистка подразумевает пропускание через фильтр части рабочей жидкости, те. расход фильтруемого масла составляет часть полного расхода насосной установки.
Фильтр, установленный на всасывающей линии, его называют всасывающим, или приемным фильтром) обеспечивает эффективную
4.4. Вспомогательные устройства гидроприводов
К оглавлению защиту насоса от сравнительно крупных частиц, его значение очень велико. К сожалению, приемный фильтр, являясь гидравлическим сопротивлением, ухудшает условия всасывания насоса, поэтому перепад давлений на нем не должен превышать 0,02 МПа. Отсюда следует, что, во-первых, использовать приемные фильтры нельзя в насосных установках с пластинчатыми насосами, чувствительными к сопротивлению на входе во-вторых, эти фильтры требуют строгого выполнения правил обслуживания.
Фильтр, установленный на сливной линии (сливной фильтр, не создает нежелательного сопротивления во всасывающей линии насоса. Применение в гидросистеме только сливного фильтра оправдано в том случае, если система надежно защищена от попадания загрязнений извне. Если такой защиты нетто необходима комбинация всасывающего и сливного фильтров. Оптимальным считается сочетание приемного фильтра на крупность частиц 80 мкм или 160 мкм со сливным на 10 мкм или 25 мкм.
Для защиты высокочувствительного к загрязнению элемента гидросистемы непосредственно передним на напорной линии устанавливают фильтр тонкой очистки (напорный фильтр. Через напорный фильтр проходит жидкость с высоким давлением, поэтому, в отличие от приемного и сливного фильтров, он имеет высокопрочный корпус.
Как свидетельствует практика, фильтр может эффективно защищать только тот элемент гидросистемы, который установлен непосредственно после него, а остальные получают лишь частичную защиту. По этой причине реальные системы содержат различные сочетания фильтров, например, всасывающего и сливного, о чем было сказано выше.
При выборе фильтров можно пользоваться следующими рекомендациями по тонкости фильтрации насосы шестеренные на давление до 2,5 МПа насосы и гид- ромоторы пластинчатые нерегулируемые на давления до 6,3 МПа —
40 мкм насосы пластинчатые нерегулируемые на давления до 16 МПа насосы пластинчатые регулируемые на давления до 6,3 МПа насосы и гидромоторы аксиальнопоршневые на давления до 16 МПа направляющая и регулирующая гидроаппаратура на давления до
20 МПа — 25 мкм электрогидравлические следящие и шаговые модули дросселирующие гидрораспределители — 10 мкм. Гидропривод мехатронных модулей
Фильтр, установленный на сливной линии (сливной фильтр, не создает нежелательного сопротивления во всасывающей линии насоса. Применение в гидросистеме только сливного фильтра оправдано в том случае, если система надежно защищена от попадания загрязнений извне. Если такой защиты нетто необходима комбинация всасывающего и сливного фильтров. Оптимальным считается сочетание приемного фильтра на крупность частиц 80 мкм или 160 мкм со сливным на 10 мкм или 25 мкм.
Для защиты высокочувствительного к загрязнению элемента гидросистемы непосредственно передним на напорной линии устанавливают фильтр тонкой очистки (напорный фильтр. Через напорный фильтр проходит жидкость с высоким давлением, поэтому, в отличие от приемного и сливного фильтров, он имеет высокопрочный корпус.
Как свидетельствует практика, фильтр может эффективно защищать только тот элемент гидросистемы, который установлен непосредственно после него, а остальные получают лишь частичную защиту. По этой причине реальные системы содержат различные сочетания фильтров, например, всасывающего и сливного, о чем было сказано выше.
При выборе фильтров можно пользоваться следующими рекомендациями по тонкости фильтрации насосы шестеренные на давление до 2,5 МПа насосы и гид- ромоторы пластинчатые нерегулируемые на давления до 6,3 МПа —
40 мкм насосы пластинчатые нерегулируемые на давления до 16 МПа насосы пластинчатые регулируемые на давления до 6,3 МПа насосы и гидромоторы аксиальнопоршневые на давления до 16 МПа направляющая и регулирующая гидроаппаратура на давления до
20 МПа — 25 мкм электрогидравлические следящие и шаговые модули дросселирующие гидрораспределители — 10 мкм. Гидропривод мехатронных модулей
К оглавлению Особой разновидностью фильтров можно считать магнитные очистители (сепараторы, магнитные фильтры, предназначенные для задерживания находящихся в масле магнитных частиц. Включение сепараторов в гидросистемы высокоточных мехатронных модулей весьма желательно.
Активными элементами сепаратора являются постоянные магниты, задерживающие содержащиеся в масле ферромагнитные частицы. Со временем проходное сечение сепаратора уменьшается, тем более, что он задерживает также и определенное количество немагнитных частиц. Поэтому сепараторы рекомендуется очищать через каждые
500 ч работы. Трубопроводы. Основные термины
Все трубопроводы могут быть разделены на простые и сложные. Простым называется трубопровод без разветвлений, а сложным — имеющий хотя бы одно разветвление (или место смыкания труб).
Любое изменение сечения или поворот трубопровода являются местными сопротивлениями течению жидкости.
Пусть трубопровод содержит несколько участков, различающихся длиной, сечением и местными сопротивлениями. Если начало участка соединено с концом предыдущего, а конец — с началом последующего, то такое соединение участков называется последовательным. Если же участки имеют общее начало (место разветвления) и общий конец (место смыкания, то такое соединение участков называется
параллельным.
Совокупность нескольких труб, имеющих одно общее сечение место разветвления или смыкания, называется разветвленным
трубопроводом.
Различают разомкнутые и замкнутые трубопроводы. По разомкнутому трубопроводу жидкость перекачивается из одной емкости в другую. В замкнутом трубопроводе циркулирует одно и тоже количество жидкости.
Трубопровод, по которому жидкость поступает из резервуара
(маслобака) к насосу, называется линией всасывания. Трубопровод, по которому жидкость движется от насоса к силовым гидроагрегатам,
4.5. Трубопроводы
Активными элементами сепаратора являются постоянные магниты, задерживающие содержащиеся в масле ферромагнитные частицы. Со временем проходное сечение сепаратора уменьшается, тем более, что он задерживает также и определенное количество немагнитных частиц. Поэтому сепараторы рекомендуется очищать через каждые
500 ч работы. Трубопроводы. Основные термины
Все трубопроводы могут быть разделены на простые и сложные. Простым называется трубопровод без разветвлений, а сложным — имеющий хотя бы одно разветвление (или место смыкания труб).
Любое изменение сечения или поворот трубопровода являются местными сопротивлениями течению жидкости.
Пусть трубопровод содержит несколько участков, различающихся длиной, сечением и местными сопротивлениями. Если начало участка соединено с концом предыдущего, а конец — с началом последующего, то такое соединение участков называется последовательным. Если же участки имеют общее начало (место разветвления) и общий конец (место смыкания, то такое соединение участков называется
параллельным.
Совокупность нескольких труб, имеющих одно общее сечение место разветвления или смыкания, называется разветвленным
трубопроводом.
Различают разомкнутые и замкнутые трубопроводы. По разомкнутому трубопроводу жидкость перекачивается из одной емкости в другую. В замкнутом трубопроводе циркулирует одно и тоже количество жидкости.
Трубопровод, по которому жидкость поступает из резервуара
(маслобака) к насосу, называется линией всасывания. Трубопровод, по которому жидкость движется от насоса к силовым гидроагрегатам,
4.5. Трубопроводы
К оглавлению называется линией нагнетания. Трубопровод, по которому жидкость возвращается от силовых гидроагрегатов в маслобак, называется линией слива.
В большинстве случаев трубопровод ММ с гидроприводом можно классифицировать как сложный замкнутый трубопровод, содержащий как последовательно, таки параллельно соединенные участки. Параметры потока жидкости в трубопроводе. Уравнение Бернулли
Полное давление жидкости в некотором сечении трубопровода равно
р = р
а
+ р
изб
, где р
а
— атмосферное давление р
изб
— избыточное давление.
На входе и выходе трубопровода величина р
а одна и та же, поэтому при расчетах ее обычно не учитывают и под давлением жидкости понимают р
изб
С другой стороны,
р = р
ст
+ р
дин
, где р
ст
— статическое давление р
дин
— динамическое давление (скоростной напор).
Динамическое давление (в паскалях) равно
р
дин
= ρv
2
/2, где ρ — плотность жидкости, кг/м
3
; v — скорость жидкости в рассматриваемом сечении, м/c.
Полезно сопоставить порядки величин слагаемых в формуле
(4.17). В гидроприводах вообще ив гидроприводах ММ в частности скорости потока редко превышают 5 м. Но пусть скорость достигает величины 10 мВ качестве рабочей жидкости обычно используют минеральное масло, плотность которого ρ ≈ 0,8 ∙ 10 3 кг/м
3
. Тогда вычисленное по (1.3) динамическое давление в сечении р
дин
= 4 ∙ 10 4 Па =
= 0,04 МПа. Статическое давление в гидроприводе общего назначения не ниже 6,3 МПа, а в специальных гидроприводах нередко превышает
25 МПа. Пусть его величина составляет 10 МПа. Таким образом. Гидропривод мехатронных модулей
В большинстве случаев трубопровод ММ с гидроприводом можно классифицировать как сложный замкнутый трубопровод, содержащий как последовательно, таки параллельно соединенные участки. Параметры потока жидкости в трубопроводе. Уравнение Бернулли
Полное давление жидкости в некотором сечении трубопровода равно
р = р
а
+ р
изб
, где р
а
— атмосферное давление р
изб
— избыточное давление.
На входе и выходе трубопровода величина р
а одна и та же, поэтому при расчетах ее обычно не учитывают и под давлением жидкости понимают р
изб
С другой стороны,
р = р
ст
+ р
дин
, где р
ст
— статическое давление р
дин
— динамическое давление (скоростной напор).
Динамическое давление (в паскалях) равно
р
дин
= ρv
2
/2, где ρ — плотность жидкости, кг/м
3
; v — скорость жидкости в рассматриваемом сечении, м/c.
Полезно сопоставить порядки величин слагаемых в формуле
(4.17). В гидроприводах вообще ив гидроприводах ММ в частности скорости потока редко превышают 5 м. Но пусть скорость достигает величины 10 мВ качестве рабочей жидкости обычно используют минеральное масло, плотность которого ρ ≈ 0,8 ∙ 10 3 кг/м
3
. Тогда вычисленное по (1.3) динамическое давление в сечении р
дин
= 4 ∙ 10 4 Па =
= 0,04 МПа. Статическое давление в гидроприводе общего назначения не ниже 6,3 МПа, а в специальных гидроприводах нередко превышает
25 МПа. Пусть его величина составляет 10 МПа. Таким образом. Гидропривод мехатронных модулей
К оглавлению >>
р
ст
/р
дин
= 10/0,04 = 250. Совершенно очевидно, что в подавляющем большинстве случаев скоростной напор при расчетах можно во внимание не принимать и считать р ≈ р
ст
На рис. 4.16 показан участок трубопровода переменного сечения, по которому движется реальная жидкость. Обозначения v
1
, v
2
— скорости потока в сечениях 1—1 и 2—2; s
1
, s
2
— площади сечений p
1
,
p
2
— статические давления в сечениях.
1
2
1
2
Рис. 1.1. Поток в трубопроводе переменного сечения
Условие неразрывности (сплошности) потока выражается равенством, где Q — расход жидкости в трубопроводе, м
3
/c.
Плотность жидкости при перепадах давления в гидросистеме изменяется незначительно, поэтому полное давление в сечении 1—1 равно
р
1–1
= р + ρv
1 2
/2, тоже в сечении р = р + ρv
2 2
/2.
(4.22)
4.5. Трубопроводы
р
ст
/р
дин
= 10/0,04 = 250. Совершенно очевидно, что в подавляющем большинстве случаев скоростной напор при расчетах можно во внимание не принимать и считать р ≈ р
ст
На рис. 4.16 показан участок трубопровода переменного сечения, по которому движется реальная жидкость. Обозначения v
1
, v
2
— скорости потока в сечениях 1—1 и 2—2; s
1
, s
2
— площади сечений p
1
,
p
2
— статические давления в сечениях.
1
2
1
2
Рис. 1.1. Поток в трубопроводе переменного сечения
Условие неразрывности (сплошности) потока выражается равенством, где Q — расход жидкости в трубопроводе, м
3
/c.
Плотность жидкости при перепадах давления в гидросистеме изменяется незначительно, поэтому полное давление в сечении 1—1 равно
р
1–1
= р + ρv
1 2
/2, тоже в сечении р = р + ρv
2 2
/2.
(4.22)
4.5. Трубопроводы
К оглавлению Из закона сохранения энергии потока следует, что
р
1
+ ρv
1 2
/2 = р + ρv
2 2
/2 + р, где р — падение давления в результате сопротивления течению жидкости по трубопроводу на участке, ограниченном сечениями
1—1 и Выражение (4.23) называется уравнением Бернулли для участка
трубопровода.
Причины возникновения сопротивления следующие трение частиц жидкости при относительном движении (жидкостное трение шероховатость стенок трубопровода местные сопротивления (диафрагмы, щели, повороты и пр.).
Падение давления на местном сопротивлении выражается формулой р = ξ
i
ρv
i
2
/2, где ξ — коэффициент, зависящий от вида местного сопротивления
i — индекс сечения, в котором расположено сопротивление.
В качестве примера можно привести внезапное сужение трубопровода, для которого, согласно [18],
ξ = 0,5 (1 – s
2
/s
1
), где s
1
— площадь сечения до сужения русла s
2
— площадь уменьшенного сечения.
Коэффициенты ξ для других часто встречающихся местных сопротивлений даны в [18].
4.5.3. Полное сопротивление трубопровода
Сопротивление течению жидкости по прямолинейному участку трубопровода определяют по формуле
∆р = λlρv
2
/(2d), где λ — коэффициент сопротивления l — длина рассматриваемого участка d — внутренний диаметр трубы. Гидропривод мехатронных модулей
р
1
+ ρv
1 2
/2 = р + ρv
2 2
/2 + р, где р — падение давления в результате сопротивления течению жидкости по трубопроводу на участке, ограниченном сечениями
1—1 и Выражение (4.23) называется уравнением Бернулли для участка
трубопровода.
Причины возникновения сопротивления следующие трение частиц жидкости при относительном движении (жидкостное трение шероховатость стенок трубопровода местные сопротивления (диафрагмы, щели, повороты и пр.).
Падение давления на местном сопротивлении выражается формулой р = ξ
i
ρv
i
2
/2, где ξ — коэффициент, зависящий от вида местного сопротивления
i — индекс сечения, в котором расположено сопротивление.
В качестве примера можно привести внезапное сужение трубопровода, для которого, согласно [18],
ξ = 0,5 (1 – s
2
/s
1
), где s
1
— площадь сечения до сужения русла s
2
— площадь уменьшенного сечения.
Коэффициенты ξ для других часто встречающихся местных сопротивлений даны в [18].
4.5.3. Полное сопротивление трубопровода
Сопротивление течению жидкости по прямолинейному участку трубопровода определяют по формуле
∆р = λlρv
2
/(2d), где λ — коэффициент сопротивления l — длина рассматриваемого участка d — внутренний диаметр трубы. Гидропривод мехатронных модулей
К оглавлению Значение коэффициента λ зависит от скорости и характера течения жидкости (ламинарное течение или турбулентное. Практически в промышленных гидросистемах ламинарное течение реализуется очень редко. Это объясняется как высокими скоростями жидкости, таки начальной турбулентностью уже в момент входа жидкости из насосав линию нагнетания. Поэтому расчеты реальных трубопроводов производятся в предположении о турбулентном характере течения. Далее под λ подразумевается его величина при турбулентном режиме.
Величина λ зависит отряда факторов, в том числе — от шероховатости поверхности трубы.
Коэффициент сопротивления гладкой трубы с незначительной шероховатостью поверхности может быть определен по одной из следующих формул = 0,3164Re
–0,25
— для 2300 ≤ Re ≤ 10 5
;
(4.27)
λ = (1,8lgRe – 1,5)
–2
— для 2300 ≤ Re ≤ 10 6
, где Re = vd/ν — число Рейнольдса; ν — кинематическая вязкость жидкости (см. п. К гладким относятся стеклянные трубы, а также цельнотянутые трубы из цветных металлов и высококачественные бесшовные стальные.
В тех случаях, когда используются стальные или чугунные трубы обычного качества, имеющие значительную высоту неровностей, λ определяют по формуле = 0,1 (э + 100/Re)
0,25
, где э — эквивалентная высота неровностей (для стальных труб принимают э = 0,1…0,5 мм в зависимости от диаметра для чугунных э = 0,2…1,0 мм).
Величина λ зависит отряда факторов, в том числе — от шероховатости поверхности трубы.
Коэффициент сопротивления гладкой трубы с незначительной шероховатостью поверхности может быть определен по одной из следующих формул = 0,3164Re
–0,25
— для 2300 ≤ Re ≤ 10 5
;
(4.27)
λ = (1,8lgRe – 1,5)
–2
— для 2300 ≤ Re ≤ 10 6
, где Re = vd/ν — число Рейнольдса; ν — кинематическая вязкость жидкости (см. п. К гладким относятся стеклянные трубы, а также цельнотянутые трубы из цветных металлов и высококачественные бесшовные стальные.
В тех случаях, когда используются стальные или чугунные трубы обычного качества, имеющие значительную высоту неровностей, λ определяют по формуле = 0,1 (э + 100/Re)
0,25
, где э — эквивалентная высота неровностей (для стальных труб принимают э = 0,1…0,5 мм в зависимости от диаметра для чугунных э = 0,2…1,0 мм).
1 ... 7 8 9 10 11 12 13 14 ... 18
Сопротивление трубопровода при последовательном соединении участков определяют следующим образом.
Расход жидкости на каждом участке равен расходу в трубопроводе в целом, те. Трубопроводы
К оглавлению а сопротивление трубопровода равно сумме сопротивлений участков
Σ∆р = р +р +р = Σρv
i
2
(λ
i
l
i
/d
i
+ ξ
i
)/2. В случае параллельного соединения участков расход жидкости в трубопроводе равен сумме расходов на участках + Q
2
+…+ Q
i
= Q, а сопротивление трубопровода равно сопротивлению каждого участка в отдельности
∆р = р р р = ρv
i
2
(λ
i
l
i
/d
i
+ ξ
i
)/2. Расчет сопротивления трубопровода при параллельном соединении участков несколько сложнее, чем при последовательном, так как при его выполнении следует решать систему уравнений.
В самом общем случае трубопровод содержит как параллельно, таки последовательно соединенные участки. При определении сопротивления такого трубопровода важно правильно разбить его на укрупненные участки, для каждого из которых справедлива либо формула
(4.30), либо формула (4.32), найти сопротивления этих укрупненных участков и уже затем — трубопровода в целом. Рабочие жидкости
В гидроприводах ММ применяются различные жидкости в зависимости от условий работы модуля. Наибольшее распространение получили минеральные масла по ГОСТ 20799—88 и ТУ 38.101413—78
[20, 21], представляющие собой продукты нефтепереработки с добавками (присадками).
Примеры: масло ИГА ГОСТ 20799—88, масло И-Т-Д-680 ТУ
38.101413—78. В обозначениях И — индустриальное Г — для гидросистем Т — для тяжело нагруженных узлов А — без присадок Д — с антикоррозионными, антиокислительными, противозадир- ными и противоизносными присадками число (32; 680) — значение кинематической вязкости при температуре 40 ºС.
Минеральные масла используются, как правило, при температурах не выше 100 С. Если же модуль предназначен для эксплуатации при
4. Гидропривод мехатронных модулей
Σ∆р = р +р +р = Σρv
i
2
(λ
i
l
i
/d
i
+ ξ
i
)/2. В случае параллельного соединения участков расход жидкости в трубопроводе равен сумме расходов на участках + Q
2
+…+ Q
i
= Q, а сопротивление трубопровода равно сопротивлению каждого участка в отдельности
∆р = р р р = ρv
i
2
(λ
i
l
i
/d
i
+ ξ
i
)/2. Расчет сопротивления трубопровода при параллельном соединении участков несколько сложнее, чем при последовательном, так как при его выполнении следует решать систему уравнений.
В самом общем случае трубопровод содержит как параллельно, таки последовательно соединенные участки. При определении сопротивления такого трубопровода важно правильно разбить его на укрупненные участки, для каждого из которых справедлива либо формула
(4.30), либо формула (4.32), найти сопротивления этих укрупненных участков и уже затем — трубопровода в целом. Рабочие жидкости
В гидроприводах ММ применяются различные жидкости в зависимости от условий работы модуля. Наибольшее распространение получили минеральные масла по ГОСТ 20799—88 и ТУ 38.101413—78
[20, 21], представляющие собой продукты нефтепереработки с добавками (присадками).
Примеры: масло ИГА ГОСТ 20799—88, масло И-Т-Д-680 ТУ
38.101413—78. В обозначениях И — индустриальное Г — для гидросистем Т — для тяжело нагруженных узлов А — без присадок Д — с антикоррозионными, антиокислительными, противозадир- ными и противоизносными присадками число (32; 680) — значение кинематической вязкости при температуре 40 ºС.
Минеральные масла используются, как правило, при температурах не выше 100 С. Если же модуль предназначен для эксплуатации при
4. Гидропривод мехатронных модулей
К оглавлению более высоких температурах, в качестве рабочих принимают кремнийорганические силиконовые) жидкости.
Далее рассматриваются основные характеристики минеральных масел.
Плотность применяемой в гидроприводах гаммы минеральных масел лежит в диапазоне ρ = (0,84…0,96) ∙ 10 3
кг/м
3
(при температуре
15 С. По плотности масла условно разделяют на легкие (ρ ближе к нижней границе диапазона) и тяжелые (ρ ближе к верхней границе. Вязкость легких масел меньше, чем тяжелых.
Вязкость характеризует силы жидкостного трения. Динамической вязкостью μ называется сила сопротивления перемещению одного слоя жидкости относительно другого со скоростью см при площади участка слоев см и расстоянии между ними см. Размерность — паскаль на секунду (Па∙с).
Чаще используют уже упомянутую кинематическую вязкость = μ/ρ. Размерность кинематической вязкости — сантистокс (сСт), 1 сСт =
= 1 мм
2
/c.
Вязкость сильно зависит от температуры масла с повышением температуры вязкость падает. Это необходимо учитывать в модулях, работающих в напряженном температурном режиме.
Модуль упругости на сжатие Е зависит от температуры с повышением температуры уменьшается [18] по закону, близкому к экспоненте с уравнением
Е = Ее, где Е — исходное значение модуля упругости k — эмпирический коэффициент — изменение температуры.
При 20 СЕ
МПа.
Для модуля с высокими давлениями в гидросистеме и малыми скоростями перемещения выходного звена влияние сжатия масла зачастую весьма велико и должно учитываться в расчетах.
Коэффициент температурного расширения жидкости определяют по формуле = ∆V/(V∆t),
(4.36)
4.5. Трубопроводы
Далее рассматриваются основные характеристики минеральных масел.
Плотность применяемой в гидроприводах гаммы минеральных масел лежит в диапазоне ρ = (0,84…0,96) ∙ 10 3
кг/м
3
(при температуре
15 С. По плотности масла условно разделяют на легкие (ρ ближе к нижней границе диапазона) и тяжелые (ρ ближе к верхней границе. Вязкость легких масел меньше, чем тяжелых.
Вязкость характеризует силы жидкостного трения. Динамической вязкостью μ называется сила сопротивления перемещению одного слоя жидкости относительно другого со скоростью см при площади участка слоев см и расстоянии между ними см. Размерность — паскаль на секунду (Па∙с).
Чаще используют уже упомянутую кинематическую вязкость = μ/ρ. Размерность кинематической вязкости — сантистокс (сСт), 1 сСт =
= 1 мм
2
/c.
Вязкость сильно зависит от температуры масла с повышением температуры вязкость падает. Это необходимо учитывать в модулях, работающих в напряженном температурном режиме.
Модуль упругости на сжатие Е зависит от температуры с повышением температуры уменьшается [18] по закону, близкому к экспоненте с уравнением
Е = Ее, где Е — исходное значение модуля упругости k — эмпирический коэффициент — изменение температуры.
При 20 СЕ
МПа.
Для модуля с высокими давлениями в гидросистеме и малыми скоростями перемещения выходного звена влияние сжатия масла зачастую весьма велико и должно учитываться в расчетах.
Коэффициент температурного расширения жидкости определяют по формуле = ∆V/(V∆t),
(4.36)
4.5. Трубопроводы
К оглавлению где ∆V — изменение объема жидкости V — начальный объем жидкости.
Значение β минеральных масел увеличивается с уменьшением плотности. Кроме того, β зависит от давления масла [18]. Зависимость р) с точностью до 3 % аппроксимируется прямой с уравнением
β(р) = β – ар р, где β — коэффициент температурного расширения при атмосферном давлении ар — коэффициент пропорциональности.
Учет (4.35) и (4.37) дает формулу для определения относительного изменения объема масла при совместном действии двух факторов — температуры и давления = (β – ар р – рЕ
k∆t
/Е
0
(4.38)
Коэффициент температурного расширения минеральных масел при атмосферном давлении β = (6…8) ∙ 10
–4 град –1 4.6. Методика проектирования гидросистем мехатронных модулей
Исходные данные
Исходные данные для проектирования гидросистемы содержатся в Техническом задании на ММ. Формулировка технических требований к гидросистеме
В число технических требований к гидросистеме входят усилие (крутящий момент) или мощность на рабочем органе линейная (угловая) скорость рабочего органа максимальная допустимая погрешность позиционирования максимальная допустимая кинематическая погрешность перемещения рабочего органа (для реверсивных модулей, кроме того, мертвый ход места расположения основных агрегатов гидросистемы — насосной установки и рабочего органа необходимость регулирования если регулирование необходимо, то его пределы прочие требования (перепады температуры, условия безопасной эксплуатации, максимальные габариты и пр. Гидропривод мехатронных модулей
Значение β минеральных масел увеличивается с уменьшением плотности. Кроме того, β зависит от давления масла [18]. Зависимость р) с точностью до 3 % аппроксимируется прямой с уравнением
β(р) = β – ар р, где β — коэффициент температурного расширения при атмосферном давлении ар — коэффициент пропорциональности.
Учет (4.35) и (4.37) дает формулу для определения относительного изменения объема масла при совместном действии двух факторов — температуры и давления = (β – ар р – рЕ
k∆t
/Е
0
(4.38)
Коэффициент температурного расширения минеральных масел при атмосферном давлении β = (6…8) ∙ 10
–4 град –1 4.6. Методика проектирования гидросистем мехатронных модулей
Исходные данные
Исходные данные для проектирования гидросистемы содержатся в Техническом задании на ММ. Формулировка технических требований к гидросистеме
В число технических требований к гидросистеме входят усилие (крутящий момент) или мощность на рабочем органе линейная (угловая) скорость рабочего органа максимальная допустимая погрешность позиционирования максимальная допустимая кинематическая погрешность перемещения рабочего органа (для реверсивных модулей, кроме того, мертвый ход места расположения основных агрегатов гидросистемы — насосной установки и рабочего органа необходимость регулирования если регулирование необходимо, то его пределы прочие требования (перепады температуры, условия безопасной эксплуатации, максимальные габариты и пр. Гидропривод мехатронных модулей
К оглавлению >>
2. Предварительный выбор элементов гидросистемы
На данном этапе проектирования еще не идет речь о конкретных марках входящих в систему силовых гидроагрегатов, аппаратов управления и т. п. Конструктор, анализируя технические требования, устанавливает, какие типы устройств этим требованиям удовлетворяют. Необходимо руководствоваться принципом многовариантности.
Пример 1. Согласно техническому требованию модуль должен обеспечивать поворот рабочего органа на 90º. Требование может быть реализовано ас помощью гидроцилиндра, воздействующего на рычаг б) моментным гидроцилиндром.
Пример 2. Необходимо регулирование скорости рабочего органа. Его можно обеспечить ас помощью регулируемого насоса б) с помощью регулируемого гидродвигателя; в) с помощью дроссельного регулятора. Составление вариантов гидросхемы
Гидросхема составляется в нескольких вариантах в соответствии с наборами аппаратуры, принятыми на предыдущем этапе. Желательно, чтобы она давала представление о траектории трубопровода (изгибы, наличие гибких рукавов и т. п, что позволит в дальнейшем оценить его гидравлическое сопротивление.
При составлении гидросхем следует использовать принятые условные обозначения элементов (см. Приложение. Определение основных рабочих параметров и выбор марки
гидродвигателя рабочего органа для каждого варианта
Основными параметрами являются давление и расход рабочей жидкости. Их следует определить из технических требований (этап
1), относящихся к рабочему органу. На данном этапе конструктор снова сталкивается с необходимостью рассматривать различные варианты.
Пример. Техническим требованием задана мощность Р на выходном звене рабочего органа. Так как
Р = р, то ее можно реализовать различными сочетаниями р и Q. Если требуются минимальные габариты модуля, то целесообразно повышать давление с одновременным уменьшением расхода. Следует иметь ввиду стандартные ряды давлений и расходов [1]. Наиболее часто принимают давления в диапазоне 6,3…25 МПа. Давление менее
4.6. Методика проектирования гидросистем мехатронных модулей
2. Предварительный выбор элементов гидросистемы
На данном этапе проектирования еще не идет речь о конкретных марках входящих в систему силовых гидроагрегатов, аппаратов управления и т. п. Конструктор, анализируя технические требования, устанавливает, какие типы устройств этим требованиям удовлетворяют. Необходимо руководствоваться принципом многовариантности.
Пример 1. Согласно техническому требованию модуль должен обеспечивать поворот рабочего органа на 90º. Требование может быть реализовано ас помощью гидроцилиндра, воздействующего на рычаг б) моментным гидроцилиндром.
Пример 2. Необходимо регулирование скорости рабочего органа. Его можно обеспечить ас помощью регулируемого насоса б) с помощью регулируемого гидродвигателя; в) с помощью дроссельного регулятора. Составление вариантов гидросхемы
Гидросхема составляется в нескольких вариантах в соответствии с наборами аппаратуры, принятыми на предыдущем этапе. Желательно, чтобы она давала представление о траектории трубопровода (изгибы, наличие гибких рукавов и т. п, что позволит в дальнейшем оценить его гидравлическое сопротивление.
При составлении гидросхем следует использовать принятые условные обозначения элементов (см. Приложение. Определение основных рабочих параметров и выбор марки
гидродвигателя рабочего органа для каждого варианта
Основными параметрами являются давление и расход рабочей жидкости. Их следует определить из технических требований (этап
1), относящихся к рабочему органу. На данном этапе конструктор снова сталкивается с необходимостью рассматривать различные варианты.
Пример. Техническим требованием задана мощность Р на выходном звене рабочего органа. Так как
Р = р, то ее можно реализовать различными сочетаниями р и Q. Если требуются минимальные габариты модуля, то целесообразно повышать давление с одновременным уменьшением расхода. Следует иметь ввиду стандартные ряды давлений и расходов [1]. Наиболее часто принимают давления в диапазоне 6,3…25 МПа. Давление менее
4.6. Методика проектирования гидросистем мехатронных модулей
К оглавлению >>
6,3 МПа считают низким, более 25 МПа — высоким. В ММ, к которым требование особо малых габаритов не предъявляется, следует принимать средние давления (12,5…20 МПа).
По найденным значениям основных параметров принимают марку гидродвигателя применительно к каждому варианту гидросистемы. Выбор марок гидроаппаратов
Ориентируясь на сочетания р и Q гидродвигателя рабочего органа, назначают марки аппаратуры управления и регулирования для каждого варианта. Окончательный выбор варианта и уточнение гидросхемы
Рассматривают варианты гидросхемы с учетом конкретных типов гидродвигателя рабочего органа и гидроаппаратуры и оценивают их по критериям структурной сложности, количества утечек, кинематических погрешностей, трудоемкости обслуживания, надежности, стоимости.
Принимают оптимальный вариант, при необходимости корректируют гидросхему, определяют длины ее участков. Определение диаметров труби расчет сопротивления тру-
бопровода
Выбор размера трубы для той или иной линии трубопровода производят с учетом рекомендаций по ограничению скорости потока в зависимости от давления в линии (табл. Таблица Скорость потока в трубопроводе в зависимости от давления жидкости
Давление, МПа 6.3 16 32 Скорость, мс, не более 3,2 4
5 Для сливных линий обычно принимают v = м, для всасывающих линий — v ≤ 1,6м/c.
Затем по известному расходу жидкости в линии Q
i
и принятой скорости v
i
вычисляют внутренний диаметр трубы = Размеры труб высокого давления можно принимать по табл. 4.16.
4. Гидропривод мехатронных модулей
6,3 МПа считают низким, более 25 МПа — высоким. В ММ, к которым требование особо малых габаритов не предъявляется, следует принимать средние давления (12,5…20 МПа).
По найденным значениям основных параметров принимают марку гидродвигателя применительно к каждому варианту гидросистемы. Выбор марок гидроаппаратов
Ориентируясь на сочетания р и Q гидродвигателя рабочего органа, назначают марки аппаратуры управления и регулирования для каждого варианта. Окончательный выбор варианта и уточнение гидросхемы
Рассматривают варианты гидросхемы с учетом конкретных типов гидродвигателя рабочего органа и гидроаппаратуры и оценивают их по критериям структурной сложности, количества утечек, кинематических погрешностей, трудоемкости обслуживания, надежности, стоимости.
Принимают оптимальный вариант, при необходимости корректируют гидросхему, определяют длины ее участков. Определение диаметров труби расчет сопротивления тру-
бопровода
Выбор размера трубы для той или иной линии трубопровода производят с учетом рекомендаций по ограничению скорости потока в зависимости от давления в линии (табл. Таблица Скорость потока в трубопроводе в зависимости от давления жидкости
Давление, МПа 6.3 16 32 Скорость, мс, не более 3,2 4
5 Для сливных линий обычно принимают v = м, для всасывающих линий — v ≤ 1,6м/c.
Затем по известному расходу жидкости в линии Q
i
и принятой скорости v
i
вычисляют внутренний диаметр трубы = Размеры труб высокого давления можно принимать по табл. 4.16.
4. Гидропривод мехатронных модулей
К оглавлению После назначения диаметров линий трубопровода по формулам п. 4.5.3 находят сопротивление участков и полное сопротивление трубопровода. Определение общего сопротивления сети и суммарных утечек
Общее сопротивление сети определяется как сумма сопротивлений трубопровода и гидроагрегатов, а утечки в сети — как сумма утечек в гидроагрегатах.
Таблица Рекомендуемые размеры труб высокого давления
Номинальный расход, дм
3
/мин
Диаметр условного прохода, мм
d
н
× s, мм стальная труба медная труба 3
—
4 × 0,5; 6 × 0,8 12,5 8
12 × 2 8 × 1; 10 × 1 20 10 14 × 2 12 × 1; 14 × 1 50 16 20 × 2,5 18 × 1,5 80 20 25 × 3 22 × 2 200 32 40 × Обозначения н — наружный диаметр s — толщина стенки. Определение давления и производительности насосной
установки
Давление, которое должен обеспечить насос, равно сумме давления гидродвигателя рабочего органа и общего сопротивления сети.
Производительность насосной установки равна расходу в гидро- двигателе рабочего органа и суммарных утечек в сети. Методика проектирования гидросистем мехатронных модулей
Общее сопротивление сети определяется как сумма сопротивлений трубопровода и гидроагрегатов, а утечки в сети — как сумма утечек в гидроагрегатах.
Таблица Рекомендуемые размеры труб высокого давления
Номинальный расход, дм
3
/мин
Диаметр условного прохода, мм
d
н
× s, мм стальная труба медная труба 3
—
4 × 0,5; 6 × 0,8 12,5 8
12 × 2 8 × 1; 10 × 1 20 10 14 × 2 12 × 1; 14 × 1 50 16 20 × 2,5 18 × 1,5 80 20 25 × 3 22 × 2 200 32 40 × Обозначения н — наружный диаметр s — толщина стенки. Определение давления и производительности насосной
установки
Давление, которое должен обеспечить насос, равно сумме давления гидродвигателя рабочего органа и общего сопротивления сети.
Производительность насосной установки равна расходу в гидро- двигателе рабочего органа и суммарных утечек в сети. Методика проектирования гидросистем мехатронных модулей
К оглавлению Тормозные устройства мехатронных модулей. Назначение и разновидности тормозных устройств
Тормозными называют устройства, которыми снабжают ММ для снижения скорости подвижного звена, остановки и удержания фиксации) его в неподвижном состоянии.
При торможении накопленная в процессе разгона движущихся масс кинетическая энергия переходит в другие обратимые или необратимые виды энергии (потенциальную, тепловую. Тормозные устройства создают дополнительную силу и момент сопротивления, направленные против движения и совершающие отрицательную работу на участке торможения. Кинетическая энергия звеньев ММ частично или полностью преобразуется (поглощается или рассеивается, постепенно снижается скорость движущихся масс по мере их приближения к заданной точке останова, уменьшаются действующие на них динамические нагрузки и удары, что способствует устранению отскоков и колебаний рабочих органов.
В зависимости от природы сил торможения тормозные устройства разделяют на механические, гидравлические, пневматические, электрические и комбинированные. Механические тормозные устройства подразделяют на пружинные, резиновые, эластомерные, инерционные и фрикционные гидравлические представляют собой устройства дроссельного регулирования пневматические могут быть напорными и вакуумными (применяются редко к электрическим
5
Тормозными называют устройства, которыми снабжают ММ для снижения скорости подвижного звена, остановки и удержания фиксации) его в неподвижном состоянии.
При торможении накопленная в процессе разгона движущихся масс кинетическая энергия переходит в другие обратимые или необратимые виды энергии (потенциальную, тепловую. Тормозные устройства создают дополнительную силу и момент сопротивления, направленные против движения и совершающие отрицательную работу на участке торможения. Кинетическая энергия звеньев ММ частично или полностью преобразуется (поглощается или рассеивается, постепенно снижается скорость движущихся масс по мере их приближения к заданной точке останова, уменьшаются действующие на них динамические нагрузки и удары, что способствует устранению отскоков и колебаний рабочих органов.
В зависимости от природы сил торможения тормозные устройства разделяют на механические, гидравлические, пневматические, электрические и комбинированные. Механические тормозные устройства подразделяют на пружинные, резиновые, эластомерные, инерционные и фрикционные гидравлические представляют собой устройства дроссельного регулирования пневматические могут быть напорными и вакуумными (применяются редко к электрическим
5
К оглавлению относят электромагнитные, индукционные и гистерезисные, а также порошковые тормозные устройства с сухими жидким наполнителем фрикционного и дроссельного типов комбинированные представляют собой комплекс из двух или более типов перечисленных устройств
(пневмогидравлические, пружинно-пневматические и др.).
Ко всем типам тормозных устройств ММ предъявляются следующие основные требования [1]:
— обеспечение заданного закона торможения безударный останови фиксация подвижных элементов в точках позиционирования высокая надежность и долговечность конструкции высокое быстродействие простота и компактность конструкции стабильность характеристик при изменении условий работы малая чувствительность к изменению температуры, влажности, тормозимой массы, скорости возможность настройки и доступность регулирования удобство осмотра и обслуживания низкая стоимость минимальные габариты и масса. Механические тормозные устройства
В механических тормозных устройствах силу сопротивления создают деформацией рабочих элементов (упругие тормозные устройства) или трением (фрикционные тормозные устройства).
В качестве упругих элементов наиболее часто применяют цилиндрические пружины сжатия, реже — растяжения. Распространение получили резиновые и резино-металлические, а также пенополиуре- тановые упругие элементы.
Основными рабочими элементами фрикционных тормозных устройств являются вращательные или поступательные пары трения.
Простейшее тормозное устройство образуют одна или несколько цилиндрических пружин, установленные либо непосредственно между функциональным звеном и упорами параллельно оси его движения, либо оформленные в виде отдельного конструктивного узла.
Силу сопротивления пружины вычисляют по формуле. Механические тормозные устройства
(пневмогидравлические, пружинно-пневматические и др.).
Ко всем типам тормозных устройств ММ предъявляются следующие основные требования [1]:
— обеспечение заданного закона торможения безударный останови фиксация подвижных элементов в точках позиционирования высокая надежность и долговечность конструкции высокое быстродействие простота и компактность конструкции стабильность характеристик при изменении условий работы малая чувствительность к изменению температуры, влажности, тормозимой массы, скорости возможность настройки и доступность регулирования удобство осмотра и обслуживания низкая стоимость минимальные габариты и масса. Механические тормозные устройства
В механических тормозных устройствах силу сопротивления создают деформацией рабочих элементов (упругие тормозные устройства) или трением (фрикционные тормозные устройства).
В качестве упругих элементов наиболее часто применяют цилиндрические пружины сжатия, реже — растяжения. Распространение получили резиновые и резино-металлические, а также пенополиуре- тановые упругие элементы.
Основными рабочими элементами фрикционных тормозных устройств являются вращательные или поступательные пары трения.
Простейшее тормозное устройство образуют одна или несколько цилиндрических пружин, установленные либо непосредственно между функциональным звеном и упорами параллельно оси его движения, либо оформленные в виде отдельного конструктивного узла.
Силу сопротивления пружины вычисляют по формуле. Механические тормозные устройства
К оглавлению >>
0 0
(
)
F
cx c x x
F F
=
=
+
= +пр д
д
, где х — полная деформация пружины х — начальная деформация поджатие) пружины х
д
— дополнительная деформация пружины
F
0
— начальная сила сопротивления пружины д — дополнительная сила сопротивления пружины с — жесткость, которая для цилиндрической витой пружины равна (Н/мм)
4 3
8
F
Gd
c
x
nD
= =
,
(5.2)
G — модуль упругости города материала пружины (для пружинных сталей G=(7,85…8) ⋅ 10 МПа d — диаметр проволоки пружины, мм
D — средний диаметр витка пружины, мм n — число рабочих витков пружины.
Останов подвижного звена произойдет при равенстве кинетической энергии подвижного звена и потенциальной энергии упругой деформации пружины 2
2 К достоинствам пружинных устройств следует отнести возможность больших деформаций, сохранение характеристик под воздействием продолжительной статической нагрузки, нечувствительность к значительным перепадам температур. В тоже время они обладают такими недостатками, как малое демпфирование, трудности регулирования (настройки) их силовой характеристики, начальное поджатие пружины приводит к возникновению скачка нагрузки на тормозимые массы.
Резиновые тормозные устройства обычно содержат несколько последовательно установленных элементов (риса, состоящих из резиновых втулок 1 и металлических шайб 2. В зависимости от конструкции тормозных устройств резиновые втулки могут работать на сжатие (риса, били сдвиг (рис. 5.1, в. Втулки, работающие на сжатие, обладают небольшой податливостью, но значительной нагрузочной способностью, втулки сдвига — наоборот, большой податливостью и сравнительно небольшой нагрузочной способностью. Тормозные устройства мехатронных модулей
0 0
(
)
F
cx c x x
F F
=
=
+
= +пр д
д
, где х — полная деформация пружины х — начальная деформация поджатие) пружины х
д
— дополнительная деформация пружины
F
0
— начальная сила сопротивления пружины д — дополнительная сила сопротивления пружины с — жесткость, которая для цилиндрической витой пружины равна (Н/мм)
4 3
8
F
Gd
c
x
nD
= =
,
(5.2)
G — модуль упругости города материала пружины (для пружинных сталей G=(7,85…8) ⋅ 10 МПа d — диаметр проволоки пружины, мм
D — средний диаметр витка пружины, мм n — число рабочих витков пружины.
Останов подвижного звена произойдет при равенстве кинетической энергии подвижного звена и потенциальной энергии упругой деформации пружины 2
2 К достоинствам пружинных устройств следует отнести возможность больших деформаций, сохранение характеристик под воздействием продолжительной статической нагрузки, нечувствительность к значительным перепадам температур. В тоже время они обладают такими недостатками, как малое демпфирование, трудности регулирования (настройки) их силовой характеристики, начальное поджатие пружины приводит к возникновению скачка нагрузки на тормозимые массы.
Резиновые тормозные устройства обычно содержат несколько последовательно установленных элементов (риса, состоящих из резиновых втулок 1 и металлических шайб 2. В зависимости от конструкции тормозных устройств резиновые втулки могут работать на сжатие (риса, били сдвиг (рис. 5.1, в. Втулки, работающие на сжатие, обладают небольшой податливостью, но значительной нагрузочной способностью, втулки сдвига — наоборот, большой податливостью и сравнительно небольшой нагрузочной способностью. Тормозные устройства мехатронных модулей
К оглавлению Резина легко меняет форму при незначительном изменении усилия. В замкнутом объеме она ведет себя как несжимаемая жидкость. Поэтому для резиновых элементов, работающих на сжатие, должна быть предусмотрена возможность их деформации перпендикулярно коси сжатия.
При одноосном сжатии резинового элемента с постоянным поперечным сечением (риса б) упругая сила сопротивления равна x
=
−
,
(5.4)
F
F
1 Рис. 5.1. Резиновые тормозные элементы где с — продольная жесткость резины, Н/мм,
BEA
c
h
=
, Е — динамический модуль упругости резины, равный (0,6…1,0) ⋅
10
—8 МПа А — площадь поперечного сечения резинового элемента
h — высота недеформированного элементах величина деформации элемента В — коэффициент ужесточения, равный. Механические тормозные устройства
При одноосном сжатии резинового элемента с постоянным поперечным сечением (риса б) упругая сила сопротивления равна x
=
−
,
(5.4)
F
F
1 Рис. 5.1. Резиновые тормозные элементы где с — продольная жесткость резины, Н/мм,
BEA
c
h
=
, Е — динамический модуль упругости резины, равный (0,6…1,0) ⋅
10
—8 МПа А — площадь поперечного сечения резинового элемента
h — высота недеформированного элементах величина деформации элемента В — коэффициент ужесточения, равный. Механические тормозные устройства
К оглавлению >>
B = 1 – f · ф,
(5.6)
f — коэффициент трения между резиной и материалом опоры
( f = 0,12…0,15 для несмазанных поверхностей в паре резина — сталь ф — коэффициент формы (для сплошных цилиндрических резиновых элементов с диаметром D и высотой h коэффициент
4
D
K
h
=
ф
; для резиновых втулок с наружным диаметром D и внутренним диаметром d
4
D d
K
h
−
=
ф
).
Условие прочности резиновой втулки при сжатии ]
F
A
σ = ≤ σ
сж сж
, где [σ]
сж
— допускаемое напряжение сжатия, для резины средней твердости [σ]
сж
= (2,5…5,0) МПа.
Для резинового элемента, работающего на сдвиг (рис. 5.1, в, упругую силу сопротивления определяют по формуле = c′x, где с — коэффициент жесткости резины на сдвиг, Н/мм,
2
ln
Gh
c'
d
D
π⋅
=
(5.9)
Условие прочности резиновой втулки, работающей на сдвиг, имеет вид ]
F
dh
τ
=
≤ τ
π
, где [τ] — допускаемое напряжение сдвига резины при ударной кратковременной нагрузке для резины средней твердости [τ] =
(1…2) МПа.
Максимальное напряжение сдвига возникает на внутренней поверхности резиновой втулки. Тормозные устройства мехатронных модулей
B = 1 – f · ф,
(5.6)
f — коэффициент трения между резиной и материалом опоры
( f = 0,12…0,15 для несмазанных поверхностей в паре резина — сталь ф — коэффициент формы (для сплошных цилиндрических резиновых элементов с диаметром D и высотой h коэффициент
4
D
K
h
=
ф
; для резиновых втулок с наружным диаметром D и внутренним диаметром d
4
D d
K
h
−
=
ф
).
Условие прочности резиновой втулки при сжатии ]
F
A
σ = ≤ σ
сж сж
, где [σ]
сж
— допускаемое напряжение сжатия, для резины средней твердости [σ]
сж
= (2,5…5,0) МПа.
Для резинового элемента, работающего на сдвиг (рис. 5.1, в, упругую силу сопротивления определяют по формуле = c′x, где с — коэффициент жесткости резины на сдвиг, Н/мм,
2
ln
Gh
c'
d
D
π⋅
=
(5.9)
Условие прочности резиновой втулки, работающей на сдвиг, имеет вид ]
F
dh
τ
=
≤ τ
π
, где [τ] — допускаемое напряжение сдвига резины при ударной кратковременной нагрузке для резины средней твердости [τ] =
(1…2) МПа.
Максимальное напряжение сдвига возникает на внутренней поверхности резиновой втулки. Тормозные устройства мехатронных модулей
К оглавлению >>
Резино-металлические тормозные устройства обладают высокой надежностью, простотой конструкции и технологичностью изготовления, удобством обслуживания, большой энергоемкостью. К недостаткам следует отнести чувствительность к изменению температуры и влажности, индивидуальность технических характеристик два элемента одинаковых размеров имеют различную жесткость).
Фрикционные тормозные устройства используют как для торможения и позиционирования в промежуточных точках, таки для удержания (фиксации) звеньев.
Главной особенностью фрикционных устройств является то, что они преобразуют значительную часть кинетической энергии в тепловую, которая рассеивается в окружающее пространство. Фрикционные устройства с упругими элементами накапливают небольшое количество потенциальной энергии, обусловливающей силу отдачи, а фрикционные устройства без упругих элементов полностью поглощают подведенную кинетическую энергию.
Конструкции фрикционных тормозных устройств весьма разнообразны. Они могут быть как автономными, таки встроенными в двигатель, управляемыми и неуправляемыми, нормально замкнутыми и разомкнутыми, одно- и двустороннего действия. Однако независимо от типа и конструкции они содержат одну или несколько фрикционных пар, при относительном движении элементов которых возникает сила трения. Обычно одно из звеньев фрикционной пары удерживают или укрепляют неподвижно относительно корпуса или другого узла, по отношению к которому осуществляется торможение.
Упруго-фрикционное тормозное устройство с цилиндрической пружиной и разрезной конической втулкой изображено на рис. 5.2. При перемещении штока 6 с коническим буртиком сегменты 5 скользят по внутренней цилиндрической поверхности корпуса 2, прижимаясь к ней с возрастающей силой вследствие сжатия пружины 3, расположенной между конической втулкой 4 и винтовой регулировочной втулкой 1.
2
1
3
4 Рис. 5.2. Упруго-фрикционное тормозное устройство. Механические тормозные устройства
Резино-металлические тормозные устройства обладают высокой надежностью, простотой конструкции и технологичностью изготовления, удобством обслуживания, большой энергоемкостью. К недостаткам следует отнести чувствительность к изменению температуры и влажности, индивидуальность технических характеристик два элемента одинаковых размеров имеют различную жесткость).
Фрикционные тормозные устройства используют как для торможения и позиционирования в промежуточных точках, таки для удержания (фиксации) звеньев.
Главной особенностью фрикционных устройств является то, что они преобразуют значительную часть кинетической энергии в тепловую, которая рассеивается в окружающее пространство. Фрикционные устройства с упругими элементами накапливают небольшое количество потенциальной энергии, обусловливающей силу отдачи, а фрикционные устройства без упругих элементов полностью поглощают подведенную кинетическую энергию.
Конструкции фрикционных тормозных устройств весьма разнообразны. Они могут быть как автономными, таки встроенными в двигатель, управляемыми и неуправляемыми, нормально замкнутыми и разомкнутыми, одно- и двустороннего действия. Однако независимо от типа и конструкции они содержат одну или несколько фрикционных пар, при относительном движении элементов которых возникает сила трения. Обычно одно из звеньев фрикционной пары удерживают или укрепляют неподвижно относительно корпуса или другого узла, по отношению к которому осуществляется торможение.
Упруго-фрикционное тормозное устройство с цилиндрической пружиной и разрезной конической втулкой изображено на рис. 5.2. При перемещении штока 6 с коническим буртиком сегменты 5 скользят по внутренней цилиндрической поверхности корпуса 2, прижимаясь к ней с возрастающей силой вследствие сжатия пружины 3, расположенной между конической втулкой 4 и винтовой регулировочной втулкой 1.
2
1
3
4 Рис. 5.2. Упруго-фрикционное тормозное устройство. Механические тормозные устройства
К оглавлению Сила сопротивления перемещению стержня равна
F
сопр
= пр + ст, где пр — сила упругости пружины (формула (5.1)); ст — сила сухого трения между сегментами и корпусом 1
2
(1
tg )
tg
N
F f
f
F
F f
f
⋅
− ⋅ α
=
⋅ =
+ пр ст,
(5.12)
F
N
— сила нормального давления между сегментами и корпусом
f — коэффициент трения скольжения между цилиндрическими поверхностями сегментов и корпуса (табл. 5.1); f
1
— коэффициент трения скольжения между коническими поверхностями штока 6, втулки 4 и сегментов 5 табл. 5.1); α — угол между образующей корпуса и осью штока.
После снятия нагрузки обратный ход штока происходит под действием силы упругости пружины.
Таблица Допускаемое давление и коэффициент трения
Материалы фрикционных пар
Конусный тормоз
Дисковый тормоз, МПа (f
1
)
[q], МПа (Закаленная сталь Сталь — чугун 0,15 2…3 Сталь — бронза 0,05 4…5 Сталь — ферродо
1…2 0,3 2…2,5 Сталь — текстолит 0,2 5…6 Сталь — бронза 0,05 4…5 Фрикционный конусный тормоз (рис. 5.3) состоит из вращающегося конуса 1 с рабочим звеном, поступательно движущегося конуса
2 и пружины 3. Усилие пружины, необходимое для останова подвижного звена, находят по формуле пр cp
,
(5.13)
5. Тормозные устройства мехатронных модулей
F
сопр
= пр + ст, где пр — сила упругости пружины (формула (5.1)); ст — сила сухого трения между сегментами и корпусом 1
2
(1
tg )
tg
N
F f
f
F
F f
f
⋅
− ⋅ α
=
⋅ =
+ пр ст,
(5.12)
F
N
— сила нормального давления между сегментами и корпусом
f — коэффициент трения скольжения между цилиндрическими поверхностями сегментов и корпуса (табл. 5.1); f
1
— коэффициент трения скольжения между коническими поверхностями штока 6, втулки 4 и сегментов 5 табл. 5.1); α — угол между образующей корпуса и осью штока.
После снятия нагрузки обратный ход штока происходит под действием силы упругости пружины.
Таблица Допускаемое давление и коэффициент трения
Материалы фрикционных пар
Конусный тормоз
Дисковый тормоз, МПа (f
1
)
[q], МПа (Закаленная сталь Сталь — чугун 0,15 2…3 Сталь — бронза 0,05 4…5 Сталь — ферродо
1…2 0,3 2…2,5 Сталь — текстолит 0,2 5…6 Сталь — бронза 0,05 4…5 Фрикционный конусный тормоз (рис. 5.3) состоит из вращающегося конуса 1 с рабочим звеном, поступательно движущегося конуса
2 и пружины 3. Усилие пружины, необходимое для останова подвижного звена, находят по формуле пр cp
,
(5.13)
5. Тормозные устройства мехатронных модулей
К оглавлению где K = 1,25…1,5 — коэффициент, учитывающий эксплуатационные условия Т — вращающий момент на конусе 1; f — коэффициент трения скольжения материалов конусов (табл. 5.1); α — угол наклона образующей конуса, во избежание заклинивания конусов его принимают из условия α > 12°…15°.
T
F
1
2
3
f N
N
b
D
ср
Рис. 5.3. Схема фрикционного конусного тормоза
Из условия износостойкости 2
[ ]
KT
q
q
D находят средний диаметр поверхности трения 2
[ ]
KT
D
q f
≥
π
ψ
cp
, где q — давление между конусами [q] — допускаемое давление между конусами (табл. 5.1); ψ — коэффициент рабочей ширины дисков,
ψ = b/D = Ширину поверхности трения находят по формуле 2
[ ]
KT
b
D f С другой стороны = (D
1
+ D
2
)/2,
(5.17)
5.2. Механические тормозные устройства
T
F
1
2
3
f N
N
b
D
ср
Рис. 5.3. Схема фрикционного конусного тормоза
Из условия износостойкости 2
[ ]
KT
q
q
D находят средний диаметр поверхности трения 2
[ ]
KT
D
q f
≥
π
ψ
cp
, где q — давление между конусами [q] — допускаемое давление между конусами (табл. 5.1); ψ — коэффициент рабочей ширины дисков,
ψ = b/D = Ширину поверхности трения находят по формуле 2
[ ]
KT
b
D f С другой стороны = (D
1
+ D
2
)/2,
(5.17)
5.2. Механические тормозные устройства
К оглавлению где D
1
и D
2
— наименьший и наибольший диаметры поверхности трения соответственно = D
cp
– b sinα;
(5.18)
D
2
= D
cp
+ b sinα. Для растормаживания необходимо приложить усилие F > F
пр
В дисковом фрикционном тормозе (рис. 5.4) диски 1 соединены с помощью шлицевого соединения с полумуфтой 2, а тормозные диски 3 — с полумуфтой 4. Зазор между дисками 1 и 3 рекомендуют принимать δ = 0,3…0,5 мм. Диски имеют осевую подвижность. Под действием пружины 5 они смещаются и приходят в соприкосновение друг с другом, образуя фрикционные пары 5
4
3
F
э
F
э
T
D
н
D
ср
D
в
Рис. 5.4. Схема дискового фрикционного тормоза
Число фрикционных пар, необходимое для затормаживания подвижного звена, нагруженного вращающим моментом Т, находят также, как в конусном тормозе, из условия износостойкости 2
[ ]
KT
q
q
D f Z
=
≤
π
ψ
cp
, откуда 2
[ ]
KT
Z
D f q
≥
π
ψ
cp
, где q — давление на трущихся поверхностях D
ср
— средний диаметр контактирующих поверхностей. Тормозные устройства мехатронных модулей
1
и D
2
— наименьший и наибольший диаметры поверхности трения соответственно = D
cp
– b sinα;
(5.18)
D
2
= D
cp
+ b sinα. Для растормаживания необходимо приложить усилие F > F
пр
В дисковом фрикционном тормозе (рис. 5.4) диски 1 соединены с помощью шлицевого соединения с полумуфтой 2, а тормозные диски 3 — с полумуфтой 4. Зазор между дисками 1 и 3 рекомендуют принимать δ = 0,3…0,5 мм. Диски имеют осевую подвижность. Под действием пружины 5 они смещаются и приходят в соприкосновение друг с другом, образуя фрикционные пары 5
4
3
F
э
F
э
T
D
н
D
ср
D
в
Рис. 5.4. Схема дискового фрикционного тормоза
Число фрикционных пар, необходимое для затормаживания подвижного звена, нагруженного вращающим моментом Т, находят также, как в конусном тормозе, из условия износостойкости 2
[ ]
KT
q
q
D f Z
=
≤
π
ψ
cp
, откуда 2
[ ]
KT
Z
D f q
≥
π
ψ
cp
, где q — давление на трущихся поверхностях D
ср
— средний диаметр контактирующих поверхностей. Тормозные устройства мехатронных модулей
К оглавлению >>
2 1
D
D
D
D
+
=
=
− ψ
H
B
B
cp
, Н — наружный диаметр кольца контакта дисков) (3 5)
D
D
d
=
+ ψ =
H
cp
,
(5.23)
d — диаметр вала подвижного звена
(0,5 0,6)
D
D
=
B
H
— внутренний диаметр контактирующих поверхностей — коэффициент рабочей ширины дисков =
=
cp
B
cp cp
, принимают ψ = 0,33…0,11 (чаще всего ψ=0,25); b — рабочая ширина дисков ψ
H
B
cp
;
(5.25)
[q] и f — см. табл. Число дисков в ведомой части тормоза 2
Z
Z = +
ВМ
, в ведущей части =
ВЩ
(5.27)
Полученные Z, Z
ВМ
, Z
ВЩ округляют до целых чисел.
Необходимая сила пружины при числе Z фрикционных пар равна 2
3 3
3KT D
D
F
cx
Zf D
D
−
=
=
⋅
−
H
B
пр
H
B
(5.28)
Растормаживание (размыкание) осуществляют с помощью п электромагнитов, суммарное усилие которых должно быть больше силы пружины, те. э > пр э — усилие одного электромагнита. Механические тормозные устройства
2 1
D
D
D
D
+
=
=
− ψ
H
B
B
cp
, Н — наружный диаметр кольца контакта дисков) (3 5)
D
D
d
=
+ ψ =
H
cp
,
(5.23)
d — диаметр вала подвижного звена
(0,5 0,6)
D
D
=
B
H
— внутренний диаметр контактирующих поверхностей — коэффициент рабочей ширины дисков =
=
cp
B
cp cp
, принимают ψ = 0,33…0,11 (чаще всего ψ=0,25); b — рабочая ширина дисков ψ
H
B
cp
;
(5.25)
[q] и f — см. табл. Число дисков в ведомой части тормоза 2
Z
Z = +
ВМ
, в ведущей части =
ВЩ
(5.27)
Полученные Z, Z
ВМ
, Z
ВЩ округляют до целых чисел.
Необходимая сила пружины при числе Z фрикционных пар равна 2
3 3
3KT D
D
F
cx
Zf D
D
−
=
=
⋅
−
H
B
пр
H
B
(5.28)
Растормаживание (размыкание) осуществляют с помощью п электромагнитов, суммарное усилие которых должно быть больше силы пружины, те. э > пр э — усилие одного электромагнита. Механические тормозные устройства
К оглавлению В фрикционных тормозных устройствах нестабильность силы трения и изменение условий работы (скорости движения, величины движущихся масс) по сравнению с номинальными приводят кот- клонению реального закона торможения от заданного, на который рассчитывалось тормозное устройство. Расхождение может оказаться значительным, если условия и режим работы меняются непрерывно. Поэтому устройства этого типа целесообразно использовать в ММ с достаточно стабильными режимами работы.
Для создания тормозных устройств с программируемыми точками останова и регулирования скорости движения выходного звена поршня или цилиндра) (
Для создания тормозных устройств с программируемыми точками останова и регулирования скорости движения выходного звена поршня или цилиндра) (
1 ... 8 9 10 11 12 13 14 15 ... 18
позиционеров) используют встроенные в двигатель фрикционные механизмы. Они могут быть встроены в поршень или цилиндр и взаимодействовать с цилиндром, штоком или другими движущимися вместе сними деталями.
Для осуществления программного останова выходного звена позиционера применяют управляемые фрикционные устройства, снабженные собственным приводом, который по команде системы управления замыкает или размыкает тормоз.
В пневмопозиционере (рис. 5.5) фрикционный тормоз является нормально замкнутым. В процессе позиционирования обе полости пневмоцилиндра соединены с атмосферой и пружины 1 прижимают плунжеры 2 с фрикционными накладками 3 к внутренней поверхности цилиндра. При подаче сжатого воздуха, например, в правую полость цилиндра шариковый клапан 5, предотвращая перетечку воздуха в левую полость, открывает ему доступ в кольцевой канал, соединяющий полости плунжеров 2, которые сжимают пружины и растормаживают поршень.
A
1
2
3
4
4
5
A
A-A
Рис. 5.5. Схема пневмопозиционера
5. Тормозные устройства мехатронных модулей
К оглавлению Под действием давления воздуха в правой полости поршень перемещается влево. Для его остановки обе полости пневмоцилиндра соединяют с атмосферой. При этом давление в полости плунжеров ив обеих полостях пневмоцилиндра падает, фрикционные накладки прижимаются к поверхности цилиндра пружинами, тормозят и останавливают поршень. Электромагнитные тормозные устройства
Для торможения подвижных звеньев используют управляемые электромагнитные тормозные устройства, в которых источником создания тормозящего момента или усилия является электромагнитное поле, воздействующее прямо на движущиеся элементы (электромагнитные, индукционные и гистерезисные тормоза) или косвенно через порошкообразный сухой или жидкий наполнитель (электромагнитные порошковые тормоза и тормоза с ферромагнитными жидкостями).
По принципу действия и устройству электромагнитные тормозные устройства индукционного и гистерезисного типов аналогичны электрическим двигателям, в которых ротор или статор неподвижен. Взаимодействие между подвижной и неподвижной частями тормоза осуществляется через электромагнитное поле, создаваемое катушкой управления (возбуждения).
По принципу действия электромагнитные тормозные устройства с порошковыми жидким наполнителями аналогичны соответственно фрикционным тормозами гидравлическим тормозным устройствам дроссельного регулирования.
Действие электромагнитного порошкового тормоза фрикционного типа основано на свойстве сухого или взвешенного в масле ферромагнитного порошка увеличивать в магнитном поле свою вязкость и прочно прилипать к поверхности магнитной системы.
При относительном сдвиге рабочих поверхностей тормоза возникает сопротивление от трения намагниченных частиц порошка между собой. Наибольший сдвиг испытывают частицы, находящиеся в середине слоя. Сдвиг частиц относительно поверхностей, к которым они прилипают, отсутствует, следовательно, рабочие поверхности не изнашиваются. При отсутствии магнитного поля сопротивление сдвига порошка и взвеси падает, элементы тормоза оказываются практически несвязанными друг с другом. Электромагнитные тормозные устройства
Для торможения подвижных звеньев используют управляемые электромагнитные тормозные устройства, в которых источником создания тормозящего момента или усилия является электромагнитное поле, воздействующее прямо на движущиеся элементы (электромагнитные, индукционные и гистерезисные тормоза) или косвенно через порошкообразный сухой или жидкий наполнитель (электромагнитные порошковые тормоза и тормоза с ферромагнитными жидкостями).
По принципу действия и устройству электромагнитные тормозные устройства индукционного и гистерезисного типов аналогичны электрическим двигателям, в которых ротор или статор неподвижен. Взаимодействие между подвижной и неподвижной частями тормоза осуществляется через электромагнитное поле, создаваемое катушкой управления (возбуждения).
По принципу действия электромагнитные тормозные устройства с порошковыми жидким наполнителями аналогичны соответственно фрикционным тормозами гидравлическим тормозным устройствам дроссельного регулирования.
Действие электромагнитного порошкового тормоза фрикционного типа основано на свойстве сухого или взвешенного в масле ферромагнитного порошка увеличивать в магнитном поле свою вязкость и прочно прилипать к поверхности магнитной системы.
При относительном сдвиге рабочих поверхностей тормоза возникает сопротивление от трения намагниченных частиц порошка между собой. Наибольший сдвиг испытывают частицы, находящиеся в середине слоя. Сдвиг частиц относительно поверхностей, к которым они прилипают, отсутствует, следовательно, рабочие поверхности не изнашиваются. При отсутствии магнитного поля сопротивление сдвига порошка и взвеси падает, элементы тормоза оказываются практически несвязанными друг с другом. Электромагнитные тормозные устройства
К оглавлению Взвесь ферромагнитного порошка в кремнийорганическом или минеральном масле меняет свою вязкость в магнитном поле, благодаря чему при ее дросселировании достигается эффект переменного гидравлического сопротивления.
Рассмотрим устройство и принцип действия электромагнитного порошкового тормоза (рис. 5.6). Его корпус 1, сердечники крышка
4 выполненны из стали. Тонкостенный малоинерционный стальной цилиндрический ротор 9 укреплен на выходном валу, установленном в подшипниках На сердечнике намотана обмотка возбуждения 3. Полость, образованная корпусом и сердечником, в которой расположен ротор, заполнена ферромагнитным порошком. Уплотнение подшипников от проникновения порошка состоит из пропитанного кремнийорганической жидкостью фетрового кольца 7 и постоянного кольцевого магнита 8. Связь тормоза с подвижными элементами ММ осуществляют при помощи шестерни 5.
3 4
5 Рис. 5.6. Электромагнитный порошковый тормоз
Под действием электромагнитного поля, создаваемого катушкой управления, расположенный в зазорах порошок группируется и уплотняется. При сдвиге поверхностей ротора относительно стенок корпуса возникает сопротивление, обусловленное трением намагниченных частиц порошка. Удельное усилие сдвига, определяющее тормозной момент, зависит от магнитной индукции в рабочем зазоре, состава порошка и ряда конструктивных параметров тормоза.
5. Тормозные устройства мехатронных модулей
Рассмотрим устройство и принцип действия электромагнитного порошкового тормоза (рис. 5.6). Его корпус 1, сердечники крышка
4 выполненны из стали. Тонкостенный малоинерционный стальной цилиндрический ротор 9 укреплен на выходном валу, установленном в подшипниках На сердечнике намотана обмотка возбуждения 3. Полость, образованная корпусом и сердечником, в которой расположен ротор, заполнена ферромагнитным порошком. Уплотнение подшипников от проникновения порошка состоит из пропитанного кремнийорганической жидкостью фетрового кольца 7 и постоянного кольцевого магнита 8. Связь тормоза с подвижными элементами ММ осуществляют при помощи шестерни 5.
3 4
5 Рис. 5.6. Электромагнитный порошковый тормоз
Под действием электромагнитного поля, создаваемого катушкой управления, расположенный в зазорах порошок группируется и уплотняется. При сдвиге поверхностей ротора относительно стенок корпуса возникает сопротивление, обусловленное трением намагниченных частиц порошка. Удельное усилие сдвига, определяющее тормозной момент, зависит от магнитной индукции в рабочем зазоре, состава порошка и ряда конструктивных параметров тормоза.
5. Тормозные устройства мехатронных модулей
К оглавлению Развиваемый тормозной момент практически прямо пропорционален току управления и слабо зависит от скорости скольжения. Тормоз с наружным диаметром 100 мм способен развить тормозной момент до 20 Нм при предельных окружных скоростях порядка 10…15 мс. Остаточный момент при отсутствии тока управления составляет не более 0,5 % номинального момента.
Тормозной момент электромагнитного порошкового тормоза определяют по формуле, Нм 2
K K mD P
T
π
=
p
B
TP
, где р — коэффициент режима работы, равный 1,0 при жесткой фиксации подвижных элементов и 0,7…0,9 — при их проскальзывании
D — средний диаметр тормоза по рабочим зазорам, мм
b
K
D
=
B
— коэффициент относительной ширины рабочего зазора m — число рабочих зазоров (число слоев порошка P — удельная сила сцепления в рабочем зазоре, МПа K K K K B
=
П
М
з
П з, М — коэффициент, зависящий от материала наполнителя (для карбонильного железа и масла при объемном содержании железа в смеси
0,3…0,45 М = 1; для карбонильного чистого железа при содержании его в смеси 0,65 М = 1,4; для карбонильного железа и окиси цинка при содержании железа в смеси 0,5…0,65 М = 1,1; для карбонильного железа и двуокиси кремния стем же содержанием железа М = 1);
K
v
— коэффициент, учитывающий линейную скорость движения частиц в зазоре и зависящий также от величины зазора (рис. 5.7); з — коэффициент, учитывающий влияние числа рабочих зазоров на плотность наполнителя (при числе зазоров 1, 2, 4, 6, 8 коэффициент з соответственно равен 1; 0,95; 0,9; 0,8; 0,7); В
з
— величина электромагнитной индукции Пи П — величины, зависящие от плотности наполнителя и размера зазора (рис. На рис. 5.8 δ — рабочий зазор, равный 0,5…3,0 мм (см. рис. Намагничивающую силу Jw (ампер-витки), необходимую для создания индукции В
з
, определяют по формуле. Электромагнитные тормозные устройства
Тормозной момент электромагнитного порошкового тормоза определяют по формуле, Нм 2
K K mD P
T
π
=
p
B
TP
, где р — коэффициент режима работы, равный 1,0 при жесткой фиксации подвижных элементов и 0,7…0,9 — при их проскальзывании
D — средний диаметр тормоза по рабочим зазорам, мм
b
K
D
=
B
— коэффициент относительной ширины рабочего зазора m — число рабочих зазоров (число слоев порошка P — удельная сила сцепления в рабочем зазоре, МПа K K K K B
=
П
М
з
П з, М — коэффициент, зависящий от материала наполнителя (для карбонильного железа и масла при объемном содержании железа в смеси
0,3…0,45 М = 1; для карбонильного чистого железа при содержании его в смеси 0,65 М = 1,4; для карбонильного железа и окиси цинка при содержании железа в смеси 0,5…0,65 М = 1,1; для карбонильного железа и двуокиси кремния стем же содержанием железа М = 1);
K
v
— коэффициент, учитывающий линейную скорость движения частиц в зазоре и зависящий также от величины зазора (рис. 5.7); з — коэффициент, учитывающий влияние числа рабочих зазоров на плотность наполнителя (при числе зазоров 1, 2, 4, 6, 8 коэффициент з соответственно равен 1; 0,95; 0,9; 0,8; 0,7); В
з
— величина электромагнитной индукции Пи П — величины, зависящие от плотности наполнителя и размера зазора (рис. На рис. 5.8 δ — рабочий зазор, равный 0,5…3,0 мм (см. рис. Намагничивающую силу Jw (ампер-витки), необходимую для создания индукции В
з
, определяют по формуле. Электромагнитные тормозные устройства
К оглавлению >>
(
)
B m
Jw
δ + з з, где з — магнитная проницаемость зазора (рис. 5.9, штриховая кривая соответствует сухому наполнителю α — коэффициент, зависящий от индукции В
з и величины коэффициента В (рис. Рис. 5.7. Зависимость коэффициента от линейной скорости
Рис. 5.8. Зависимость коэффициента Пи параметра Пот зазора
Рис. 5.9. Связь магнитной проницаемости зазора с индукцией
Рис. 5.10. Зависимость коэффициента α от индукции
В проектировочных расчетах можно принимать P = 0,03…0,17 МПа (большие значения P соответствуют меньшим значениям Электромагнитное тормозное устройство с ферромагнитной жидкостью дроссельного типа (рис. 5.11) состоит из гидроцилиндра 2, поршня 7 с катушкой возбуждения 6 и штока 1, возвратной пружины
9, плавающего поршня 4, поджатого пружиной 3. Рабочая 8 и ком. Тормозные устройства мехатронных модулей
(
)
B m
Jw
δ + з з, где з — магнитная проницаемость зазора (рис. 5.9, штриховая кривая соответствует сухому наполнителю α — коэффициент, зависящий от индукции В
з и величины коэффициента В (рис. Рис. 5.7. Зависимость коэффициента от линейной скорости
Рис. 5.8. Зависимость коэффициента Пи параметра Пот зазора
Рис. 5.9. Связь магнитной проницаемости зазора с индукцией
Рис. 5.10. Зависимость коэффициента α от индукции
В проектировочных расчетах можно принимать P = 0,03…0,17 МПа (большие значения P соответствуют меньшим значениям Электромагнитное тормозное устройство с ферромагнитной жидкостью дроссельного типа (рис. 5.11) состоит из гидроцилиндра 2, поршня 7 с катушкой возбуждения 6 и штока 1, возвратной пружины
9, плавающего поршня 4, поджатого пружиной 3. Рабочая 8 и ком. Тормозные устройства мехатронных модулей
К оглавлению >>
пенсационная 5 полости заполнены ферромагнитной жидкостью. Цилиндр, поршень и шток выполнены из магнитного материала. Обмотки возбуждения проложены в пазах на поршне и соединены последовательно 3 4 5 Рис. 5.11. Тормозное устройство дроссельного типа с ферромагнитной жидкостью
При движении поршня жидкость перетекает из одной полости в другую через узкий кольцевой канал между внутренней цилиндрической поверхностью цилиндра и поршнем. При отсутствии тока управления гидравлическое сопротивление канала, зависящее от его геометрических размеров и от вязкости намагниченной жидкости, определяет величину тормозного усилия и скорость поршня. Управление тормозным устройством сводится к изменению вязкости, а следовательно, и гидравлического сопротивления путем создания в кольцевом канале радиального магнитного поля заданной напряженности. Поле возникает под действием тока управления в обмотке возбуждения и концентрируется в зазоре магнитопровода, те. между поршнем и цилиндром.
Устройство может быть выполнено двусторонним, для чего следует снабдить поршень вторым штоком и удалить возвратную пружину. Электромагнитные тормозные устройства
пенсационная 5 полости заполнены ферромагнитной жидкостью. Цилиндр, поршень и шток выполнены из магнитного материала. Обмотки возбуждения проложены в пазах на поршне и соединены последовательно 3 4 5 Рис. 5.11. Тормозное устройство дроссельного типа с ферромагнитной жидкостью
При движении поршня жидкость перетекает из одной полости в другую через узкий кольцевой канал между внутренней цилиндрической поверхностью цилиндра и поршнем. При отсутствии тока управления гидравлическое сопротивление канала, зависящее от его геометрических размеров и от вязкости намагниченной жидкости, определяет величину тормозного усилия и скорость поршня. Управление тормозным устройством сводится к изменению вязкости, а следовательно, и гидравлического сопротивления путем создания в кольцевом канале радиального магнитного поля заданной напряженности. Поле возникает под действием тока управления в обмотке возбуждения и концентрируется в зазоре магнитопровода, те. между поршнем и цилиндром.
Устройство может быть выполнено двусторонним, для чего следует снабдить поршень вторым штоком и удалить возвратную пружину. Электромагнитные тормозные устройства
К оглавлению Направляющие. Назначение и разновидности направляющих
Направляющими называют устройства, обеспечивающие заданное относительное движение элементов механизма.
В ММ в основном применяют направляющие для поступательного движения. Их используют тогда, когда необходимо осуществить перемещение одной детали относительно другой с заданной точностью. К направляющим предъявляют следующие требования обеспечение плавности перемещения незначительность сил трения большой ресурс работы износостойкость работоспособность при резких перепадах температуры.
В зависимости от вида трения различают направляющие с трением скольжения и качения. Выбор типа направляющих и конструктивных схем зависит от таких факторов, каких назначение, требования к точности перемещения, допускаемая нагрузка, величины сил трения, стоимость изготовления, сложность монтажа, необходимость обслуживания.
Направляющие с трением скольжения и качения по характеру виду) воспринимаемой нагрузки подразделяют на открытые и закрытые. К открытым относят направляющие, у которых для замыкания силовой цепи используют дополнительные прижимные усилия масса подвижной детали, усилие плоской или спиральной пружины, мембраны. Закрытыми являются направляющие, у которых замыкание силовой цепи обеспечивается конструктивными факторами
Направляющими называют устройства, обеспечивающие заданное относительное движение элементов механизма.
В ММ в основном применяют направляющие для поступательного движения. Их используют тогда, когда необходимо осуществить перемещение одной детали относительно другой с заданной точностью. К направляющим предъявляют следующие требования обеспечение плавности перемещения незначительность сил трения большой ресурс работы износостойкость работоспособность при резких перепадах температуры.
В зависимости от вида трения различают направляющие с трением скольжения и качения. Выбор типа направляющих и конструктивных схем зависит от таких факторов, каких назначение, требования к точности перемещения, допускаемая нагрузка, величины сил трения, стоимость изготовления, сложность монтажа, необходимость обслуживания.
Направляющие с трением скольжения и качения по характеру виду) воспринимаемой нагрузки подразделяют на открытые и закрытые. К открытым относят направляющие, у которых для замыкания силовой цепи используют дополнительные прижимные усилия масса подвижной детали, усилие плоской или спиральной пружины, мембраны. Закрытыми являются направляющие, у которых замыкание силовой цепи обеспечивается конструктивными факторами
К оглавлению Направляющие в зависимости от формы исполнения рабочих поверхностей делят на цилиндрические, призматические, Н, П,
Т-образные, в том числе призматические направляющие типа ласточкин хвост. Направляющие с трением скольжения
По конструктивному исполнению направляющие с трением скольжения проще направляющих с трением качения и меньше их по габаритным размерам. При соответствующем выборе материалов они не подвержены значительному влиянию температурных перепадов. Основной их недостаток — относительно большие потери на трение.
Пары скольжения образуют стали марок 40, 50, У8А с чугунами марок СЧ, СЧ, бронзами БрОС10—2, БрОФ10—1, БрОЦС, латунями. Предпочтительны следующие сочетания материалов сталь — бронза, сталь — латунь, сталь — чугун. Если ММ работает при резких перепадах температуры, то для сопряжения деталей направляющих рекомендуют выбирать материалы с близкими значениями теплового коэффициента линейного расширения (см. табл. Конструктивные схемы закрытых направляющих скольжения приведены на риса в га также на рис. 6.2, а-г.
а
б
в
г
3
1 Рис. 6.1. Направляющие скольжения
В схеме на риса по цилиндрическим направляющими перемещается ползун 2 с цилиндрической и плоской рабочими поверхностями по прямоугольным призматическим направляющим 1 рис. 6.1, в) перемещается П-об-разная призма 2; по призматическим
6.2. Направляющие с трением скольжения
Т-образные, в том числе призматические направляющие типа ласточкин хвост. Направляющие с трением скольжения
По конструктивному исполнению направляющие с трением скольжения проще направляющих с трением качения и меньше их по габаритным размерам. При соответствующем выборе материалов они не подвержены значительному влиянию температурных перепадов. Основной их недостаток — относительно большие потери на трение.
Пары скольжения образуют стали марок 40, 50, У8А с чугунами марок СЧ, СЧ, бронзами БрОС10—2, БрОФ10—1, БрОЦС, латунями. Предпочтительны следующие сочетания материалов сталь — бронза, сталь — латунь, сталь — чугун. Если ММ работает при резких перепадах температуры, то для сопряжения деталей направляющих рекомендуют выбирать материалы с близкими значениями теплового коэффициента линейного расширения (см. табл. Конструктивные схемы закрытых направляющих скольжения приведены на риса в га также на рис. 6.2, а-г.
а
б
в
г
3
1 Рис. 6.1. Направляющие скольжения
В схеме на риса по цилиндрическим направляющими перемещается ползун 2 с цилиндрической и плоской рабочими поверхностями по прямоугольным призматическим направляющим 1 рис. 6.1, в) перемещается П-об-разная призма 2; по призматическим
6.2. Направляющие с трением скольжения
К оглавлению направляющим 1 типа ласточкин хвост с углом профиля α обычно) перемещается призма 2. Следует попутно заметить, что призматические направляющие типа ласточкин хвост требуют тщательной сборки и регулировки, так как незначительный перекос деталей может привести к заеданию направляющих.
Схема направляющей открытого типа показана на рис. 6.1, б по цилиндрическим стержням 1, закрепленным на неподвижном основании 3, перемещается каретка 2 с призматическими рабочими поверхностями.
Цилиндрические направляющие 1 (риса) изготавливают без устройства для предотвращения осевого проворачивания и с таковым устройством в виде планки 2 (рис. 6.2, б, вили штифта 2 (рис. 6.2, гс головкой, входящей в паз корпуса.
В призматических направляющих применяют призмы 1 с трапециевидным (риса, прямоугольным или треугольным сечением. Регулировку зазоров в направляющих проводят с помощью планок или сухариков. На схеме (рис. 6.3, б) сдвиг направляющих в боковом направлении устраняют с помощью выступа 1 и планки 2, а вертикальное перемещение — с помощью двух планок Рис. 6.2. Варианты исполнения закрытых направляющих скольжения Рис. 6.3. Призматические направляющие скольжения. Направляющие
Схема направляющей открытого типа показана на рис. 6.1, б по цилиндрическим стержням 1, закрепленным на неподвижном основании 3, перемещается каретка 2 с призматическими рабочими поверхностями.
Цилиндрические направляющие 1 (риса) изготавливают без устройства для предотвращения осевого проворачивания и с таковым устройством в виде планки 2 (рис. 6.2, б, вили штифта 2 (рис. 6.2, гс головкой, входящей в паз корпуса.
В призматических направляющих применяют призмы 1 с трапециевидным (риса, прямоугольным или треугольным сечением. Регулировку зазоров в направляющих проводят с помощью планок или сухариков. На схеме (рис. 6.3, б) сдвиг направляющих в боковом направлении устраняют с помощью выступа 1 и планки 2, а вертикальное перемещение — с помощью двух планок Рис. 6.2. Варианты исполнения закрытых направляющих скольжения Рис. 6.3. Призматические направляющие скольжения. Направляющие
К оглавлению В направляющих, изображенных на рис, г регулировку зазора проводят с помощью сухариков Для проверки правильности выбора посадки и класса точности сопрягаемых деталей направляющих проводят проверочный расчет по формуле 1
0 2
2 0
[(1
(
))]
[(1
(
))]
D
t t
D
t t
∆ =
± α −
−
± α −
, где ∆ — минимальный зазор приданной температуре, мм D
1 наименьший приданном допуске диаметр (или линейный размер) охватывающей детали, мм D
2
— наибольший приданном допуске диаметр (или линейный размер) охватываемой детали, мм t
0
и t — соответственно начальная и конечная температура направляющих, Си коэффициенты линейного расширения материалов сопрягаемых деталей (табл. Таблица Коэффициент α линейного расширения
Материал
Коэффициент α х 10
—6
Сталь:
углеродистая легированная 20
Хром
9
Чугун
10,4
Бронза
17…18
Латунь
18,5…19,8
Медь
17
Серебро
19…19,7
Оргстекло
13
Знак плюс берут в том случае, когда t > t
0
, знак минус — при
t < t
0
. Посадка считается допустимой, если ∆ ≥ 0. В случае заклинивания) следует назначить более свободную посадку или применять материалы, имеющие одинаковые или мало различающиеся между собой температурные коэффициенты линейного расширения. В отдельных случаях можно уменьшить ширину или диаметр направляющих, но при этом должны соблюдаться требования жесткости и износостойкости конструкции. Направляющие с трением скольжения
0 2
2 0
[(1
(
))]
[(1
(
))]
D
t t
D
t t
∆ =
± α −
−
± α −
, где ∆ — минимальный зазор приданной температуре, мм D
1 наименьший приданном допуске диаметр (или линейный размер) охватывающей детали, мм D
2
— наибольший приданном допуске диаметр (или линейный размер) охватываемой детали, мм t
0
и t — соответственно начальная и конечная температура направляющих, Си коэффициенты линейного расширения материалов сопрягаемых деталей (табл. Таблица Коэффициент α линейного расширения
Материал
Коэффициент α х 10
—6
Сталь:
углеродистая легированная 20
Хром
9
Чугун
10,4
Бронза
17…18
Латунь
18,5…19,8
Медь
17
Серебро
19…19,7
Оргстекло
13
Знак плюс берут в том случае, когда t > t
0
, знак минус — при
t < t
0
. Посадка считается допустимой, если ∆ ≥ 0. В случае заклинивания) следует назначить более свободную посадку или применять материалы, имеющие одинаковые или мало различающиеся между собой температурные коэффициенты линейного расширения. В отдельных случаях можно уменьшить ширину или диаметр направляющих, но при этом должны соблюдаться требования жесткости и износостойкости конструкции. Направляющие с трением скольжения
К оглавлению Для предупреждения возможности заклинивания и уменьшения потерь на трение в направляющей необходимо, чтобы равнодействующая всех сил сопротивления (кроме сил трения) и движущая сила F (рис. 6.4) действовали по линии направления перемещения в плоскости направляющих и длина l направляющей превышала ширину H ползуна в два — три раза.
При конструировании направляющих возможно появление перекоса, который зависит от длины L между направляющими и плеча
h приложения движущей силы F и ее направления, что приводит к заклиниванию (риса. Если сила F приложена к ползуну на плече h параллельно направлению перемещения, то она создает момент, уравновешиваемый моментом пары сил, образованных реакциями F
r в опорах.
F
l
Q
H
Рис. 6.4. Соотношение длины направляющей и ширины ползуна
F
r
L
F
тр
F
F
r
F
тр
h
F
r2
F
тр2
F
тр1
F
a
L
l
F
r1
F
F
r
A
Рис. 6.5. Реакции со стороны направляющей на ползун
Уравнение равновесия ползуна имеет вид = F
r
· L, откуда реакции в опорах равны. Направляющие
При конструировании направляющих возможно появление перекоса, который зависит от длины L между направляющими и плеча
h приложения движущей силы F и ее направления, что приводит к заклиниванию (риса. Если сила F приложена к ползуну на плече h параллельно направлению перемещения, то она создает момент, уравновешиваемый моментом пары сил, образованных реакциями F
r в опорах.
F
l
Q
H
Рис. 6.4. Соотношение длины направляющей и ширины ползуна
F
r
L
F
тр
F
F
r
F
тр
h
F
r2
F
тр2
F
тр1
F
a
L
l
F
r1
F
F
r
A
Рис. 6.5. Реакции со стороны направляющей на ползун
Уравнение равновесия ползуна имеет вид = F
r
· L, откуда реакции в опорах равны. Направляющие
К оглавлению Полная сила трения равна 2
2
r
Fhf
F
F
F f
L
=
=
⋅ =
T
TP
, где F
ТР
— сила трения водной направляющей f — коэффициент трения скольжения.
Заклинивания не будет при условии F
T
≤ F, те Для обеспечения плавности хода, малого износа рабочих поверхностей и отсутствия заклинивания необходимо выполнять следующие рекомендации:
для плоских направляющих прямоугольной формы < 0,25; для направляющих типа ласточкин хвост при угле профиля α
0,25
sin
hf
L
<
α
; для направляющих цилиндрической формы < 0,2. Движущая сила, найденная из условия Q F
Q
L
≥ +
= +
T
, равна 1
Q
F
hf
L
≥
−
, где Q — сила полезного сопротивления.
При приложении силы F под углом α к направлению перемещения рис. 6.5, б) реактивные силы найдем из уравнений статики. Направляющие с трением скольжения
2
r
Fhf
F
F
F f
L
=
=
⋅ =
T
TP
, где F
ТР
— сила трения водной направляющей f — коэффициент трения скольжения.
Заклинивания не будет при условии F
T
≤ F, те Для обеспечения плавности хода, малого износа рабочих поверхностей и отсутствия заклинивания необходимо выполнять следующие рекомендации:
для плоских направляющих прямоугольной формы < 0,25; для направляющих типа ласточкин хвост при угле профиля α
0,25
sin
hf
L
<
α
; для направляющих цилиндрической формы < 0,2. Движущая сила, найденная из условия Q F
Q
L
≥ +
= +
T
, равна 1
Q
F
hf
L
≥
−
, где Q — сила полезного сопротивления.
При приложении силы F под углом α к направлению перемещения рис. 6.5, б) реактивные силы найдем из уравнений статики. Направляющие с трением скольжения
К оглавлению >>
1
(
)sin
r
F L
F
L
+
α
=
; Полная сила трения равна 2
1 2
(
)
r
r
F
F
F
F
F Заклинивание будет отсутствовать при условии cos
F
F
≤
α
T
, или sin
(
2 )
cos
F
f L
F
L
α
+
≤
α
, откуда tg
(
2 )
L
L
f
α ≤
+ Окончательно условие отсутствия силового заклинивания направляющих выглядит следующим образом tg
2 Из условий отсутствия заклинивания следует, что для уменьшения длины L направляющей необходимо коэффициент f трения скольжения уменьшить. Этого можно достичь подбором материалов пары и соответствующей обработкой трущихся поверхностей.
Движущая сила из условия отсутствия заклинивания ) sin cos
Q
F
L
f
L
≥
+
α
α −
(6.17)
6. Направляющие
1
(
)sin
r
F L
F
L
+
α
=
; Полная сила трения равна 2
1 2
(
)
r
r
F
F
F
F
F Заклинивание будет отсутствовать при условии cos
F
F
≤
α
T
, или sin
(
2 )
cos
F
f L
F
L
α
+
≤
α
, откуда tg
(
2 )
L
L
f
α ≤
+ Окончательно условие отсутствия силового заклинивания направляющих выглядит следующим образом tg
2 Из условий отсутствия заклинивания следует, что для уменьшения длины L направляющей необходимо коэффициент f трения скольжения уменьшить. Этого можно достичь подбором материалов пары и соответствующей обработкой трущихся поверхностей.
Движущая сила из условия отсутствия заклинивания ) sin cos
Q
F
L
f
L
≥
+
α
α −
(6.17)
6. Направляющие
К оглавлению Рабочие поверхности направляющих проверяют на ограничение давления ]
r
F
p
p
A
=
≤
, где F
r
— нормальная сила в точке соприкосновения трущихся поверхностей, Н A — площадь соприкосновения, мм р — допускаемое давление, при скоростях относительного перемещения до 1 мс р = 3…4 Па. Направляющие с трением качения
Направляющие с трением качения применяют в тех случаях, когда требуется обеспечить перемещение с минимальными силами сопротивления и высокой скоростью. По сравнению с направляющими скольжения они имеют меньшие потери на трение, долговечны, менее чувствительны к перепадам температуры.
Направляющие с трением качения изготовляют из закаленных сталей марок ШХ15, Х, У8А, У10А, ХВГ, 38ХМЮА.
r
F
p
p
A
=
≤
, где F
r
— нормальная сила в точке соприкосновения трущихся поверхностей, Н A — площадь соприкосновения, мм р — допускаемое давление, при скоростях относительного перемещения до 1 мс р = 3…4 Па. Направляющие с трением качения
Направляющие с трением качения применяют в тех случаях, когда требуется обеспечить перемещение с минимальными силами сопротивления и высокой скоростью. По сравнению с направляющими скольжения они имеют меньшие потери на трение, долговечны, менее чувствительны к перепадам температуры.
Направляющие с трением качения изготовляют из закаленных сталей марок ШХ15, Х, У8А, У10А, ХВГ, 38ХМЮА.
По виду тел качения различают шариковые и роликовые направляющие. Для удержания тел качения на определенном расстоянии друг от друга применяют сепараторы, изготовленные из латуни или текстолита. Иногда применяют стандартные шариковые или роликовые подшипники.
В зависимости от способа установки шариков или роликов различают направляющие с перекатывающимися и вращающимися вокруг своих осей телами качения. В направляющих с перекатывающимися шариками (риса) при перемещении каретки 1 шарики 2 перекатываются по основанию 3, оси тел качения перемещаются как относительно каретки, таки относительно основания. В направляющих с вращающимися шариками (рис. 6.6, б) тела качения закреплены на осях и при перемещении каретки 1 вращаются в своих гнездах, а оси их остаются неподвижными относительно каретки и основания Анализ направляющих с перекатывающимися и вращающимися шариками показывает, что теоретическая длина L
1
каретки и основания в случае применения перекатывающихся шариков равна. Направляющие с трением качения
К оглавлению >>
1 2
S
L L
= +
, где L — расстояние между центрами шариков, S — ход каретки в случае вращающихся шариков L S
1
= +
(6.20)
1
3
2
L
S
L
1
= L + S/2
L + S/2
L
1
= L + Рис. 6.6. Направляющие с перекатывающимися (аи вращающимися (б) телами качения
Следовательно, при проектировании ММ с большими перемещениями подвижных звеньев более целесообразна конструкция, в которой тела качения перемещаются вместе с подвижной кареткой, что позволяет уменьшить ее длину. В тоже время при установке шариков во вращающихся гнездах исключается влияние погрешности формы поверхности основания. Поэтому такие направляющие при прочих равных условиях обеспечивают более высокую точность перемещения каретки.
Для определения сопротивления движению каретки 1 необходимо выяснить, каким коэффициентом трения покоя должны обладать шарики направляющая 3 для того, чтобы между ними не было проскальзывания.
Условие равновесия шарика (рис. Т · ш = R · 2 f
к
(6.21)
Поскольку сила трения Та отсутствие скольжения должно быть гарантировано, то необходимо, чтобы коэффициент трения покоя в момент перехода к скольжению удовлетворял условию. Направляющие
1 2
S
L L
= +
, где L — расстояние между центрами шариков, S — ход каретки в случае вращающихся шариков L S
1
= +
(6.20)
1
3
2
L
S
L
1
= L + S/2
L + S/2
L
1
= L + Рис. 6.6. Направляющие с перекатывающимися (аи вращающимися (б) телами качения
Следовательно, при проектировании ММ с большими перемещениями подвижных звеньев более целесообразна конструкция, в которой тела качения перемещаются вместе с подвижной кареткой, что позволяет уменьшить ее длину. В тоже время при установке шариков во вращающихся гнездах исключается влияние погрешности формы поверхности основания. Поэтому такие направляющие при прочих равных условиях обеспечивают более высокую точность перемещения каретки.
Для определения сопротивления движению каретки 1 необходимо выяснить, каким коэффициентом трения покоя должны обладать шарики направляющая 3 для того, чтобы между ними не было проскальзывания.
Условие равновесия шарика (рис. Т · ш = R · 2 f
к
(6.21)
Поскольку сила трения Та отсутствие скольжения должно быть гарантировано, то необходимо, чтобы коэффициент трения покоя в момент перехода к скольжению удовлетворял условию. Направляющие
К оглавлению >>
0 2 к ш, где к — коэффициент трения качения.
Для направляющих качения отсутствие заклинивания определяют по тем же формулам, что и для направляющих с трением скольжения, только вместо коэффициента f трения скольжения в формулы подставляют коэффициент к трения качения.
F
т
R
R
P
Q
2
3
R
R
f
к
d
ш
Рис. 6.7. Силы, действующие на тело качения
Существенными факторами, оказывающими отрицательное влияние на работу направляющих качения, являются зазоры между сопряженными через тела качения поверхностями каретки и основания. В открытых направляющих зазоры выбираются автоматически, а в закрытых требуется их регулировка.
Конструктивная схема закрытой шариковой направляющей с сепараторами, в которой регулировку зазора между шариками 1 и кареткой проводят при помощи перемещения одной или двух планок
4 с последующим их закреплением винтами 5, приведена на рис. 6.8.
5
4 2
3 1 2 4
5
= Рис. 6.8. Закрытая шариковая направляющая. Направляющие с трением качения
0 2 к ш, где к — коэффициент трения качения.
Для направляющих качения отсутствие заклинивания определяют по тем же формулам, что и для направляющих с трением скольжения, только вместо коэффициента f трения скольжения в формулы подставляют коэффициент к трения качения.
F
т
R
R
P
Q
2
3
R
R
f
к
d
ш
Рис. 6.7. Силы, действующие на тело качения
Существенными факторами, оказывающими отрицательное влияние на работу направляющих качения, являются зазоры между сопряженными через тела качения поверхностями каретки и основания. В открытых направляющих зазоры выбираются автоматически, а в закрытых требуется их регулировка.
Конструктивная схема закрытой шариковой направляющей с сепараторами, в которой регулировку зазора между шариками 1 и кареткой проводят при помощи перемещения одной или двух планок
4 с последующим их закреплением винтами 5, приведена на рис. 6.8.
5
4 2
3 1 2 4
5
= Рис. 6.8. Закрытая шариковая направляющая. Направляющие с трением качения
К оглавлению В роликовых направляющих основной деталью является ролик, который может перекатываться по цилиндрической или плоской поверхности. В качестве роликов иногда используют стандартные радиальные подшипники. В роликовых направляющих (рис. 6.9,
a) ролики 1 перекатываются по цилиндрической поверхности Рис. 6.9. Направляющие, в которых используются стандартные подшипники
Для обеспечения контакта всех роликов с направляющими должна быть предусмотрена специальная регулировка, один из вариантов которой показан на рис. 6.9, б. Ролик 4 укрепляют на оси 1 с эксцентриситетом е = 0,2…0,5 мм. Окончательно гайки 2 и 3 закрепляют после регулирования положения ролика.
Для направляющих (рис. 6.9, в) ролики с эксцентричными осями необязательны, так как каждый ролик удерживается в отдельной державке. Регулирование осуществляют за счет перемещения державок в пределах зазоров в проходных отверстиях под крепежные винты на рис. 6.9 не показаны).
Конструктивные схемы роликовых направляющих закрытого типа приведены на рис. 6.10.
6. Направляющие
a) ролики 1 перекатываются по цилиндрической поверхности Рис. 6.9. Направляющие, в которых используются стандартные подшипники
Для обеспечения контакта всех роликов с направляющими должна быть предусмотрена специальная регулировка, один из вариантов которой показан на рис. 6.9, б. Ролик 4 укрепляют на оси 1 с эксцентриситетом е = 0,2…0,5 мм. Окончательно гайки 2 и 3 закрепляют после регулирования положения ролика.
Для направляющих (рис. 6.9, в) ролики с эксцентричными осями необязательны, так как каждый ролик удерживается в отдельной державке. Регулирование осуществляют за счет перемещения державок в пределах зазоров в проходных отверстиях под крепежные винты на рис. 6.9 не показаны).
Конструктивные схемы роликовых направляющих закрытого типа приведены на рис. 6.10.
6. Направляющие
К оглавлению В последнее время применяют более экономичные шариковые направляющие линейного перемещения, которые уменьшают габаритные размеры конструкции, массу и общую стоимость ММ.
Рис. 6.10. Роликовые направляющие закрытого типа. Шариковые LM-направляющие
Шариковые направляющие фирмы ТНK Япония, предназначенные для обеспечения прямолинейного перемещения, представлены на рис. Рис. 6.11. направляющие японской фирмы ТНK
6.4. Шариковые направляющие
Рис. 6.10. Роликовые направляющие закрытого типа. Шариковые LM-направляющие
Шариковые направляющие фирмы ТНK Япония, предназначенные для обеспечения прямолинейного перемещения, представлены на рис. Рис. 6.11. направляющие японской фирмы ТНK
6.4. Шариковые направляющие
К оглавлению Рассмотрим направляющую типа HSR (рис. 6.12). Она представляет собой систему, состоящую из рельса 1 и блока 2, между которыми расположены шарики 3, находящиеся в сепараторе 4, концевой плиты 5, концевого уплотнения 6, ниппеля 7 для подачи консистентной смазки и бокового уплотнителя 8. Четыре ряда шариков, расположенные под углом 45° к поверхностям качения рельса и блока, могут воспринимать нагрузку сверху, снизу, справа, слева. Радиусы к кривизны поверхностей качения составляют 52…53 % диаметра ш шарика, тек ш Рис. 6.12. направляющая типа направляющая типа HR изображена на рис. 6.13. Она состоит из рельса 1, блока 2, между которыми расположены два ряда осуществляющих циркулирующее перемещение шариков 3, находящихся в сепараторе 4, контактирующих с поверхностями качения под углом 45° и воспринимающих нагрузку сверху, снизу, справа и слева, возвратного канала 5, концевой плиты 6, уплотнения 7 и отверстия
8 для смазки 8
5
6
7
3 Рис. 6.13. направляющая типа Конструкция направляющей типа SR (рис. 6.14) состоит из рельса 1, блока 2, между которыми размещены четыре ряда осуществляющих циркулирующее перемещение шариков 3,
6. Направляющие
8 для смазки 8
5
6
7
3 Рис. 6.13. направляющая типа Конструкция направляющей типа SR (рис. 6.14) состоит из рельса 1, блока 2, между которыми размещены четыре ряда осуществляющих циркулирующее перемещение шариков 3,
6. Направляющие
К оглавлению расположенных в сепараторе 4, контактирующих с поверхностями качения рельса под углом 30° и блока под углом 90° и воспринимающих нагрузку сверху, снизу, справа, слева, концевой плиты
5, концевого уплотнения 6, бокового уплотнителя 7 и ниппеля 8 для запрессовки консистентной смазки Рис. 6.14. направляющая типа направляющая типа RSR показана на рис. 6.15. Она представляет собой систему, состоящую из рельса 1 и блока 2, между которыми расположены два ряда осуществляющих циркулирующее перемещение шариков 3, концевого уплотнения 4, резинового уплотнителя и стопора 6, препятствующего снятию LM-блока.
3
2
5
4
6
Рис. 6.15. LМ-направляющая типа Фирма ТНK выпускает широкую гамму данных типов на динамические грузоподъемности 0,5…187 кН. Геометрические параметры направляющих приведены в [1].
6.5. Шарикосплайновые направляющие
Шарикосплайновые направляющие (рис. 6.16) фирмы ТНK Япония) состоят из шлицевого вала (сплайнвала) и шариковой гайки
(сплайнгайки). Рассмотрим устройство некоторых шарикосплайно- вых направляющих. Шарикосплайновые направляющие
5, концевого уплотнения 6, бокового уплотнителя 7 и ниппеля 8 для запрессовки консистентной смазки Рис. 6.14. направляющая типа направляющая типа RSR показана на рис. 6.15. Она представляет собой систему, состоящую из рельса 1 и блока 2, между которыми расположены два ряда осуществляющих циркулирующее перемещение шариков 3, концевого уплотнения 4, резинового уплотнителя и стопора 6, препятствующего снятию LM-блока.
3
2
5
4
6
Рис. 6.15. LМ-направляющая типа Фирма ТНK выпускает широкую гамму данных типов на динамические грузоподъемности 0,5…187 кН. Геометрические параметры направляющих приведены в [1].
6.5. Шарикосплайновые направляющие
Шарикосплайновые направляющие (рис. 6.16) фирмы ТНK Япония) состоят из шлицевого вала (сплайнвала) и шариковой гайки
(сплайнгайки). Рассмотрим устройство некоторых шарикосплайно- вых направляющих. Шарикосплайновые направляющие
К оглавлению Конструкция шарикосплайновой направляющей типа LBS представлена на рис. 6.17. Она состоит из сплайнвала 1 и сплайнгайки 2 с шпоночной канавкой 3, между которыми расположены в сепараторе
4 шесть рядов воспринимающих нагрузку шариков 5 и шесть каналов возврата шариков, расположенных в сплайн-гайке, резинового уплотнителя 7 и отверстия 8 для смазки.
Шарикосплайновая направляющая типа LBF в отличие от LBS имеет корпус с фланцем.
Рис. 6.16. Шарикосплайновые направляющие фирмы ТНK
8
5
6
1
4
7
3
2
Рис. 6.17. Шарикосплайновая направляющая типа LBS
Шарикосплайновая направляющая типа LBH отличается от направляющих типа LBS и типа LBF формой гайки и устройством мест крепления. Направляющие
4 шесть рядов воспринимающих нагрузку шариков 5 и шесть каналов возврата шариков, расположенных в сплайн-гайке, резинового уплотнителя 7 и отверстия 8 для смазки.
Шарикосплайновая направляющая типа LBF в отличие от LBS имеет корпус с фланцем.
Рис. 6.16. Шарикосплайновые направляющие фирмы ТНK
8
5
6
1
4
7
3
2
Рис. 6.17. Шарикосплайновая направляющая типа LBS
Шарикосплайновая направляющая типа LBH отличается от направляющих типа LBS и типа LBF формой гайки и устройством мест крепления. Направляющие
К оглавлению >>
Шарикосплайновая направляющая типа LMT изображена на рис. 6.18. Она состоит из сплайнвала
1, сплайнгайки 2, трех рядов воспринимающих нагрузку шариков 3, расположенных в сепараторе
4, трех каналов 5 возврата шариков, шпоночной канавки 6, резинового уплотнения 7 и отверстия 8 для смазки. В сплайнвале и сплайнгайке имеется три ряда канавок полукруглого профиля для качения воспринимающих нагрузку шариков и три ряда канавок для возврата шариков, расположенных в сплайнгайке.
3 Рис. 6.18. Шарикосплайновая направляющая типа Геометрические и нагрузочные параметры шарикосплайновых направляющих фирмы ТНK приведены в [1].
6.6. Расчеты LM- и шарикосплайновых направляющих. Расчет направляющих на долговечность
Расчет направляющих на долговечность при действии внешних нагрузок производят по формуле, км 50
H T C
W
C
f f f C
L
f
P
=
, где L — долговечность работы направляющей (выраженная в километрах С — основная номинальная динамическая нагрузка, Н
P
C
— расчетная нагрузка, Н f
H
— коэффициент твердости, определяемый по графику (рис. 6.19); f
T
— температурный коэффициент (при
6.6. Расчеты LM- и шарикосплайновыхнаправляющих
Шарикосплайновая направляющая типа LMT изображена на рис. 6.18. Она состоит из сплайнвала
1, сплайнгайки 2, трех рядов воспринимающих нагрузку шариков 3, расположенных в сепараторе
4, трех каналов 5 возврата шариков, шпоночной канавки 6, резинового уплотнения 7 и отверстия 8 для смазки. В сплайнвале и сплайнгайке имеется три ряда канавок полукруглого профиля для качения воспринимающих нагрузку шариков и три ряда канавок для возврата шариков, расположенных в сплайнгайке.
3 Рис. 6.18. Шарикосплайновая направляющая типа Геометрические и нагрузочные параметры шарикосплайновых направляющих фирмы ТНK приведены в [1].
6.6. Расчеты LM- и шарикосплайновых направляющих. Расчет направляющих на долговечность
Расчет направляющих на долговечность при действии внешних нагрузок производят по формуле, км 50
H T C
W
C
f f f C
L
f
P
=
, где L — долговечность работы направляющей (выраженная в километрах С — основная номинальная динамическая нагрузка, Н
P
C
— расчетная нагрузка, Н f
H
— коэффициент твердости, определяемый по графику (рис. 6.19); f
T
— температурный коэффициент (при
6.6. Расчеты LM- и шарикосплайновыхнаправляющих
К оглавлению температуре системы t ≤ 100 °C f
T
= 1, при 100 СC 1 ≥ f
T
≥
≥ 0,73);
С — коэффициент контакта (принимают в зависимости от числа n подшипниковых блоков на одной направляющей при n = 1 С
= 1; при n = 2 С
= 0,81; при n = 3 С
= 0,72; при n = 4 С
= 0,66); f
W
— коэффициент нагрузки (при спокойной внешней нагрузке и скорости перемещения v ≤ 0,25 мс f
W
= 1,15; при небольших динамических внешних воздействиях и 0,25f
W
= 1,5……2,0; при ударной внешней нагрузке и v > 1 мс f
W
= Расчетная нагрузка на блок определяется следующим образом.
В том случае, если LM — блок воспринимает одновременно нагрузки всех направлений (рис. 6.20), то определяют результирующую эквивалентную) нагрузку P
E
, Ни подставляют ее в формулу (6.23) вместо для LM — направляющих типов HSR и Рис. 6.19. Зависимость f
H
от твердости контактирующих поверхностей
Рис. 6.20. Нагрузки на блок. Направляющие
T
= 1, при 100 С
T
≥
≥ 0,73);
С — коэффициент контакта (принимают в зависимости от числа n подшипниковых блоков на одной направляющей при n = 1 С
= 1; при n = 2 С
= 0,81; при n = 3 С
= 0,72; при n = 4 С
= 0,66); f
W
— коэффициент нагрузки (при спокойной внешней нагрузке и скорости перемещения v ≤ 0,25 мс f
W
= 1,15; при небольших динамических внешних воздействиях и 0,25
W
= 1,5……2,0; при ударной внешней нагрузке и v > 1 мс f
W
= Расчетная нагрузка на блок определяется следующим образом.
В том случае, если LM — блок воспринимает одновременно нагрузки всех направлений (рис. 6.20), то определяют результирующую эквивалентную) нагрузку P
E
, Ни подставляют ее в формулу (6.23) вместо для LM — направляющих типов HSR и Рис. 6.19. Зависимость f
H
от твердости контактирующих поверхностей
Рис. 6.20. Нагрузки на блок. Направляющие
К оглавлению >>
E
R
L
T
P
P P
P
=
−
+
, где P
R
— радиальная нагрузка, Н P
L
— противорадиальная нагрузка, Н P
T
— горизонтальная нагрузка (не осевая, Н;
для LM — направляющих типа SR
P
E
= XP
L
+ YP
T
, где X и Y — коэффициенты эквивалентности (при P
L
/P
T
≥ 1 коэффициенты эквивалентности равны X = 1 и Y = 1,15, и P
E
становится результирующей противорадиальной нагрузкой при P
L
/P
T
< 1 X = 0,866 и Y = 1, и P
E
является результирующей нагрузкой в горизонтальном направлении).
Долговечность LM — направляющих, выраженная в часах, равна 1
10 120
h
S
L
L
l n
=
, ч, где l
S
— длина перемещения LM — блока по LM — направляющей, м n
1
— частота возвратно-поступательных перемещений (циклов) в минуту, мин -1 6.6.2. Расчет шарикосплайновых направляющих на долговечность
Расчет шарикосплайновых направляющих на долговечность при действии только крутящего момента проводят по формуле 50
H T C
T
W
C
f f f C
L
f
T
=
, км, где L — долговечность работы направляющей, км С — основной номинальный динамический момент, Нм T
C
— расчетный нагрузочный крутящий момент, Нм.
При действии радиальной нагрузки — по формуле (При одновременном действии крутящего момента и радиальной силы определяют эквивалентную радиальную нагрузку, Н. Расчеты LM- и шарикосплайновыхнаправляющих
E
R
L
T
P
P P
P
=
−
+
, где P
R
— радиальная нагрузка, Н P
L
— противорадиальная нагрузка, Н P
T
— горизонтальная нагрузка (не осевая, Н;
для LM — направляющих типа SR
P
E
= XP
L
+ YP
T
, где X и Y — коэффициенты эквивалентности (при P
L
/P
T
≥ 1 коэффициенты эквивалентности равны X = 1 и Y = 1,15, и P
E
становится результирующей противорадиальной нагрузкой при P
L
/P
T
< 1 X = 0,866 и Y = 1, и P
E
является результирующей нагрузкой в горизонтальном направлении).
Долговечность LM — направляющих, выраженная в часах, равна 1
10 120
h
S
L
L
l n
=
, ч, где l
S
— длина перемещения LM — блока по LM — направляющей, м n
1
— частота возвратно-поступательных перемещений (циклов) в минуту, мин -1 6.6.2. Расчет шарикосплайновых направляющих на долговечность
Расчет шарикосплайновых направляющих на долговечность при действии только крутящего момента проводят по формуле 50
H T C
T
W
C
f f f C
L
f
T
=
, км, где L — долговечность работы направляющей, км С — основной номинальный динамический момент, Нм T
C
— расчетный нагрузочный крутящий момент, Нм.
При действии радиальной нагрузки — по формуле (При одновременном действии крутящего момента и радиальной силы определяют эквивалентную радиальную нагрузку, Н. Расчеты LM- и шарикосплайновыхнаправляющих
К оглавлению >>
3 4 10 3 cos
C
E
C
P
T
P
P
d
=
+
α
, где d
P
— диаметр окружности по центрам шариков, мм α = 45° — угол контакта шариков с поверхностями винта и гайки.
В этом случае долговечность определяют по формуле, км 50
H T C
W
E
f f f C
L
f
P
= Долговечность работы шарикосплайновых направляющих в часах определяют по формуле (6.26).
6.6.3. Расчет LM — и шарикосплайновых направляющих на статическую грузоподъемность
Расчет направляющих на статическую грузоподъемность проводят по формуле 0
S
C
f
P
≥
, где С — основная номинальная статическая нагрузка, Н P
0
— статическая нагрузка, Н f
S
— статический коэффициент безопасности (при спокойной нагрузке и малом прогибе оси f
S
= 1,0…1,5; при наличии ударного воздействия и осевой силы f
S
= 2…5.
6. Направляющие
3 4 10 3 cos
C
E
C
P
T
P
P
d
=
+
α
, где d
P
— диаметр окружности по центрам шариков, мм α = 45° — угол контакта шариков с поверхностями винта и гайки.
В этом случае долговечность определяют по формуле, км 50
H T C
W
E
f f f C
L
f
P
= Долговечность работы шарикосплайновых направляющих в часах определяют по формуле (6.26).
6.6.3. Расчет LM — и шарикосплайновых направляющих на статическую грузоподъемность
Расчет направляющих на статическую грузоподъемность проводят по формуле 0
S
C
f
P
≥
, где С — основная номинальная статическая нагрузка, Н P
0
— статическая нагрузка, Н f
S
— статический коэффициент безопасности (при спокойной нагрузке и малом прогибе оси f
S
= 1,0…1,5; при наличии ударного воздействия и осевой силы f
S
= 2…5.
6. Направляющие
К оглавлению Информационные устройства мехатронных модулей. Датчики информации
Датчик (первичный преобразователь) — элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину (давление, температуру, частоту, перемещение, скорость, напряжение, электрический токи т. п) в сигнал, удобный для измерения, передачи, преобразования, хранения и регистрации, а также для воздействия им на управляемые процессы.
В состав датчика входят воспринимающий (чувствительный) орган и один или несколько промежуточных преобразователей. Часто датчик состоит только из одного воспринимающего органа например, термопара, тензодатчик).
Выходные сигналы датчиков различают породу энергии (электрические, механические, пневматические, гидравлические) и по характеру модуляции потока энергии (амплитудные, времяимпульсные, частотные, фазовые, дискретные (кодовые. Наиболее распространены датчики, действие которых основано на изменении электрического сопротивления, емкости, индуктивности или взаимной индуктивности электрической цепи (реостатный датчик, емкостной датчик, индуктивный датчика также на возникновении ЭДС при воздействии контролируемых механических, акустических, тепловых, электрических, магнитных, оптических или радиационных
7
Датчик (первичный преобразователь) — элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства системы, преобразующий контролируемую величину (давление, температуру, частоту, перемещение, скорость, напряжение, электрический токи т. п) в сигнал, удобный для измерения, передачи, преобразования, хранения и регистрации, а также для воздействия им на управляемые процессы.
В состав датчика входят воспринимающий (чувствительный) орган и один или несколько промежуточных преобразователей. Часто датчик состоит только из одного воспринимающего органа например, термопара, тензодатчик).
Выходные сигналы датчиков различают породу энергии (электрические, механические, пневматические, гидравлические) и по характеру модуляции потока энергии (амплитудные, времяимпульсные, частотные, фазовые, дискретные (кодовые. Наиболее распространены датчики, действие которых основано на изменении электрического сопротивления, емкости, индуктивности или взаимной индуктивности электрической цепи (реостатный датчик, емкостной датчик, индуктивный датчика также на возникновении ЭДС при воздействии контролируемых механических, акустических, тепловых, электрических, магнитных, оптических или радиационных
7
К оглавлению величин (тензодатчик, датчик перемещения, пьезоэлектрический датчик, датчик давления, фотоэлемент).
В соответствии с классификацией, принятой в Государственной системе приборов и средств автоматизации (ГСП, датчик относят к техническим средствам сбора и первичной обработки контрольно- измерительной информации.
Датчики являются одним из основных элементов в устройствах дистанционных измерений, телеизмерений и телесигнализации, регистрирования и управления, робототехники и мехатроники, а также в различных приборах и измерительных устройствах в биологии и медицине для контроля жизнедеятельности человека, животных или растений. В связи с автоматизацией производства важнейшее значение приобрели датчики для измерения и регистрации плотности и концентрации растворов, состава и свойств веществ, динамической вязкости и текучести различных сред, влажности, прозрачности, интенсивности окраски, толщины слоя, температуры, упругости, перемещения, скорости, ускорения и других параметров, характеризующих технологические процессы. Для этого часто используют датчики, основанные на ультразвуковых, радиоволновых, оптических, радиационных и других методах измерений. Для имитации реальных условий при испытании систем автоматического регулирования ив вычислительной технике для решения задач статистическими методами применяют датчики случайных чисел.
Датчики служат для автоматического извлечения информации. Современная измерительная техника может непосредственно оценивать более 300 различных физических, химических и других величин, но этого для автоматизации ряда новых областей человеческой деятельности бывает недостаточно. Экономически целесообразное расширение номенклатуры датчиков в ГСП достигается унификацией чувствительных элементов. Чувствительные элементы, реагирующие на давление, силу, вес, скорость, ускорение, звук, свет, тепловое и радиоактивное излучения, применяют в датчиках для контроля загрузки оборудования и его рабочих режимов, качества обработки, учета выпуска изделий, контроля за их перемещениями на конвейерах, запасами и расходом материалов, заготовок, инструмента и т. д. Выходные сигналы всех датчиков преобразуются в стандартные электрические или пневматические сигналы. Информационные устройства мехатронных модулей
В соответствии с классификацией, принятой в Государственной системе приборов и средств автоматизации (ГСП, датчик относят к техническим средствам сбора и первичной обработки контрольно- измерительной информации.
Датчики являются одним из основных элементов в устройствах дистанционных измерений, телеизмерений и телесигнализации, регистрирования и управления, робототехники и мехатроники, а также в различных приборах и измерительных устройствах в биологии и медицине для контроля жизнедеятельности человека, животных или растений. В связи с автоматизацией производства важнейшее значение приобрели датчики для измерения и регистрации плотности и концентрации растворов, состава и свойств веществ, динамической вязкости и текучести различных сред, влажности, прозрачности, интенсивности окраски, толщины слоя, температуры, упругости, перемещения, скорости, ускорения и других параметров, характеризующих технологические процессы. Для этого часто используют датчики, основанные на ультразвуковых, радиоволновых, оптических, радиационных и других методах измерений. Для имитации реальных условий при испытании систем автоматического регулирования ив вычислительной технике для решения задач статистическими методами применяют датчики случайных чисел.
Датчики служат для автоматического извлечения информации. Современная измерительная техника может непосредственно оценивать более 300 различных физических, химических и других величин, но этого для автоматизации ряда новых областей человеческой деятельности бывает недостаточно. Экономически целесообразное расширение номенклатуры датчиков в ГСП достигается унификацией чувствительных элементов. Чувствительные элементы, реагирующие на давление, силу, вес, скорость, ускорение, звук, свет, тепловое и радиоактивное излучения, применяют в датчиках для контроля загрузки оборудования и его рабочих режимов, качества обработки, учета выпуска изделий, контроля за их перемещениями на конвейерах, запасами и расходом материалов, заготовок, инструмента и т. д. Выходные сигналы всех датчиков преобразуются в стандартные электрические или пневматические сигналы. Информационные устройства мехатронных модулей
К оглавлению >>
7.2. Датчики положения и перемещения
Датчики положения и перемещения относятся к наиболее часто используемым в мехатронике информационным устройствам. Невозможно представить область, где бы они не применялись. Датчики играют роль важного связующего звена между электронной и механической частями ММ.
Выбирая датчик, прежде всего необходимо правильно определить приоритеты последующим критериям чувствительность разрешающая способность и точность линейность скорость измеряемого процесса условия применения и класс защиты надежность габаритные размеры стоимость Необходимо учитывать, что датчик может определять абсолютное или относительное положение контролируемого объекта. Существуют два основных метода определения положения и измерения перемещений. При первом методе датчик вырабатывает сигнал, являющийся функцией положения одной из его частей, связанных с подвижным объектом, а изменения этого сигнала отображают перемещение. Такие датчики положения называют абсолютными. К ним относят резистивные (потенциометрические) датчики индуктивные датчики с подвижным сердечником емкостные датчики с подвижными обкладками цифровые кодовые датчики абсолютных значений.
При втором методе датчик генерирует единичный импульс на каждом элементарном перемещении, а положение определяют подсчетом суммы импульсов в зависимости от направления перемещения. Такие датчики положения называют относительными. К ним относят фотоэлектрические (оптоэлектронные) импульсные датчики положения. Достоинством относительных датчиков, по сравнению с абсолютными, являются их простота и низкая стоимость, а недостатком — необходимость периодической калибровки и дальнейшей микропроцессорной обработки.
Датчики также делят на контактные и бесконтактные. В бесконтактных датчиках связь между подвижным объектом и датчиком осуществляют посредством магнитного, электромагнитного или электростатического полей, а также оптоэлектронным способом.
Конструкции датчиков должны позволять размещать их в ММ в местах с ограниченным для установки оборудования объемом,
7.2. Датчики положения и перемещения
7.2. Датчики положения и перемещения
Датчики положения и перемещения относятся к наиболее часто используемым в мехатронике информационным устройствам. Невозможно представить область, где бы они не применялись. Датчики играют роль важного связующего звена между электронной и механической частями ММ.
Выбирая датчик, прежде всего необходимо правильно определить приоритеты последующим критериям чувствительность разрешающая способность и точность линейность скорость измеряемого процесса условия применения и класс защиты надежность габаритные размеры стоимость Необходимо учитывать, что датчик может определять абсолютное или относительное положение контролируемого объекта. Существуют два основных метода определения положения и измерения перемещений. При первом методе датчик вырабатывает сигнал, являющийся функцией положения одной из его частей, связанных с подвижным объектом, а изменения этого сигнала отображают перемещение. Такие датчики положения называют абсолютными. К ним относят резистивные (потенциометрические) датчики индуктивные датчики с подвижным сердечником емкостные датчики с подвижными обкладками цифровые кодовые датчики абсолютных значений.
При втором методе датчик генерирует единичный импульс на каждом элементарном перемещении, а положение определяют подсчетом суммы импульсов в зависимости от направления перемещения. Такие датчики положения называют относительными. К ним относят фотоэлектрические (оптоэлектронные) импульсные датчики положения. Достоинством относительных датчиков, по сравнению с абсолютными, являются их простота и низкая стоимость, а недостатком — необходимость периодической калибровки и дальнейшей микропроцессорной обработки.
Датчики также делят на контактные и бесконтактные. В бесконтактных датчиках связь между подвижным объектом и датчиком осуществляют посредством магнитного, электромагнитного или электростатического полей, а также оптоэлектронным способом.
Конструкции датчиков должны позволять размещать их в ММ в местах с ограниченным для установки оборудования объемом,
7.2. Датчики положения и перемещения
К оглавлению обладать помехоустойчивостью, те. возможностью эксплуатации в условиях электромагнитных полей, колебаний напряжения и частоты сети, а также устойчивостью к механическим воздействиям ударам, вибрациями к изменениям параметров окружающей среды температуры, влажности и т. п.).
К наиболее простым датчикам положения, работающим по принципу включено — выключено, относят предельные (конечные) выключатели, микропереключатели, бесконтактные переключатели, фотореле, герконы, путевые датчики сигналов. Сих помощью возможно осуществлять контроль пути, пройденного выходным звеном ММ.
К наиболее простым датчикам положения, работающим по принципу включено — выключено, относят предельные (конечные) выключатели, микропереключатели, бесконтактные переключатели, фотореле, герконы, путевые датчики сигналов. Сих помощью возможно осуществлять контроль пути, пройденного выходным звеном ММ.