Файл: Учебное пособие для студентов специальности 220401 Мехатроника Екатеринбург 2009 удк 621. 865. 88 Т46 Таугер в м.pdf

Скачать файл (6,58Мб)

Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 07.11.2023

Просмотров: 125

Скачиваний: 13

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

По виду выходного сигнала более сложные датчики делят на аналоговые и цифровые. Развитие цифровых мехатронных систем вызвало потребность в разработке цифровых датчиков, а также устройств сопряжения аналоговых датчиков с цифровыми устройствами. Несмотря на общеизвестные достоинства цифровых датчиков простое сопряжение с устройствами цифровой обработки сигналов, высокая точность, необходимость только одного маломощного источника питания постоянного тока, применение их ограничено.
Поэтому до настоящего времени электромеханические аналоговые датчики не утратили возможности своего применения в цифровых мехатронных системах. Это связано с такими достоиствами аналоговых датчиков, как высокая степень отработанности основных конструктивных элементов и узлов, высокие эксплуатационные качества надежность в работе, малые масса и габариты, а также с развитием техники, проявившимся в разработке миниатюрных и высокочастотных микроэлектронных аналого-цифровых (АЦП) и аналого-частот- ных (АЧП) преобразователях. К тому же высокочастотные аналоговые датчики электромашинного типа со вторичными преобразователями сопоставимы по цене, а в ряде случаев и дешевле цифровых датчиков.
Аналоговые датчики положения нашли широкое применение в различных областях техники. В ММ часто используются потенциометрические датчики.
Потенциометрические датчики (потенциометры) по физическому принципу действия являются электромеханическими реостатными устройствами, в которых выходное напряжение изменяется пропорционально линейному или угловому перемещению входного звена. Потенциометры могут быть проволочными и пленочными. По рабочему диапазону датчики углового перемещения делят на одно- и многооборотные. Проволочные потенциометры отличаются более
7. Информационные устройства мехатронных модулей
К оглавлению высокой стабильностью характеристик, но их точность и разрешающая способность ниже, чему пленочных из-за ступенчатой характеристики, обусловленной дискретным изменением сопротивления при перемещении щетки движка. Кроме того, в пленочных потенциометрах меньше силы трения, поэтому они имеют более длительный срок службы и допускают более высокие скорости перемещений.
К достоинствам потенциометрических датчиков относят высокую линейность, простую схему включения и относительно невысокую стоимость. Основные недостатки — наличие механического контакта и сравнительно небольшой срок службы.
Потенциометрический датчик имеет ограниченный рабочий диапазон и невысокие допустимые скорости, поэтому его, как правило, соединяют либо с тихоходным, либо с промежуточным валом ММ. При согласовании углов поворота валов потенциометра и ММ, те. при выборе передаточного отношения кинематического преобразователя движения, необходимо наиболее полно использовать рабочий диапазон углов поворота потенциометра, не превышая их предельных значений. Скорость вращения также должна быть меньше допустимой. Если потенциометр имеет механические упоры, ограничивающие диапазон углов поворота, то во избежание его поломки запрещают прикладывать к его валу вращающий момент больше допустимого. Для обеспечения высокой точности измерений и надежной работы датчика соединение валов потенциометра и меха- тронного модуля должно быть безлюфтовым, так как люфт приводит к искажению сигнала по положению.
Внешний вид, габаритные, установочные и присоединительные размеры некоторых потенциометрических датчиков изображены на риса их технические характеристики приведены в табл. Следует отметить, что в многооборотных потенциометрических датчиках типа СПМЛ-И с большим числом витков предусмотрено несколько промежуточных выводов.
Цифровые датчики положения начинают более широко использовать в различных областях техники, в частности в мехатронике.
Их делят на кодовые и импульсные. Кодовые датчики обеспечивают абсолютную систему отсчета, те. однозначно определяют положение выходного вала ММ во всем рабочем диапазоне перемещений, а импульсные датчики являются датчиками относительного отсчета.
Рассмотрим назначение, устройство, принцип действия и технические характеристики некоторых цифровых датчиков положения. Датчики положения и перемещения
К оглавлению Фотоэлектрические датчики. Принцип действия фотоэлектрических датчиков основан на использовании физического эффекта периодического изменения освещенности в зависимости от перемещения (угла поворота. Эти датчики являются бесконтактными и дискретными.
Рис. 7.1. Потенциометрический датчик ПТП-11
Рис. 7.2. Потенциометрический датчик СП4—8 7. Информационные устройства мехатронных модулей
К оглавлению Рис. 7.3. Потенциометрический датчик СП4—10
Рис. 7.4. Потенциометрический датчик СПМЛ-И
Таблица Технические характеристики потенциометров
Наименование характеристики
Тип
Проволоч- ные
ПТП-11
Пленоч- ные
СП4—8
Пленоч- ные
СП4—10
Проволоч- ные многооборотные
ППМЛ-И
Мощность, Вт 0,5 0,5 Отклонение от линейности, Рабочий диапазон, град 340 360 Наибольшая частота вращения, об/мин
100 600 600 Момент трогания M · 10
–4
, Нм
24,5
—
—
19,6
Срок службы, ч 10000 10000 Износоустойчивость, циклов · 10 5
10 7
25 · 10 Масса, кг 0,035 0,045 0,140 7.2. Датчики положения и перемещения
К оглавлению В цифровых фотоэлектрических кодовых датчиках измеряемое непрерывное значение угла поворота вала преобразуется в цифровой двоичный (реже десятичный) код, те. кодовую комбинацию электрических сигналов. В таком виде сигналы могут непосредственно поступать в ЭВМ без дополнительных преобразований.
Наибольшее распространение получили кодовые датчики, выполненные в виде кодирующего диска с фотоэлектрической (оптической) системой считывания. Диск устанавливают навалу датчика, который представляет собой стеклянное основание с кодовой маской, состоящей из кодовых дорожек, число которых равно требуемому числу разрядов выходного сигнала. На дорожке чередуются прозрачные и непрозрачные участки, первые имитируют «1», вторые — «0» двоичного кода. Следует отметить, что для устранения неоднозначности при считывании кодовую маску наносят в соответствии с кодом Грея циклическим кодом, но могут быть использованы и другие коды.
Кодовые датчики подобно потенциометрическим по величине рабочего диапазона делят на одно- и многооборотные. Они являются датчиками абсолютного отсчета.
Основное достоинство кодовых датчиков — их высокая разрешающая способность. К недостаткам следует отнести конструктивную сложность и громоздкость.
При проектировании ММ выбор кодового датчика целесообразен в том случае, если требуется высокая точность перемещения выходного звена, система управления имеет цифровой входи нет существенных ограничений по массогабаритным показателям.
Внешний вид кодового датчика типа ФЭП-15 показан на риса технические характеристики приведены в табл. 7.2
∅
50
∅
70
∅
66
∅
6h
6
∅
30
h6
∅
64
h6
M4;h10 4 отв 110,3 3,5 2
4 18,5 Рис. 7.5. Фотоэлектрический кодовый датчик ФЭП-15 7. Информационные устройства мехатронных модулей
К оглавлению Таблица Технические характеристики кодового датчика типа ФЭП-15
Наименование характеристики
Значение
Вид выходного сигнала
Двоичный
Объем информации, единиц дискретности (2048 на 1 об)
Рабочий диапазон, град
0……5760
Погрешность преобразования угла за один оборот
10’33’’
Наибольшая частота вращения, об/мин
900
Масса, кг
0,8
В цифровых фотоэлектрических импульсных (фотоимпульсных) датчиках измеряемая непрерывная величина угла поворота вала преобразуется в определенное число электрических импульсов, которые в специальных схемах счета импульсов преобразуются в цифровой код.
Импульсный датчик имеет два канала и вырабатывает сигналы прямоугольной формы, сдвинутые по фазе на о, что позволяет определить направление движения звена. Он не имеет ограничений по диапазону углов поворота и измеряет только приращения перемещений (относительное измерение. Для устранения ошибок, вызванных помехами, и выполнения абсолютного отсчета вводится синхронизирующий импульс (ноль-импульс), который подается в третий канал при каждом проходе через отсчетное положение датчика. Для определения начала отсчета необходимо применение специальных схемных решений и дополнительных калибровочных датчиков, например потенциометров, точных механических упоров с концевыми выключателями, рисок и т. п. Основным показателем импульсных датчиков является разрешающая способность. Импульсные датчики по сравнению с кодовыми имеют более простую конструкцию, но требуют специальных схем счета импульсов и калибровки.
При выборе импульсного датчика необходимо учитывать предельную скорость вращения вала и требуемую точность позиционирования выходного звена ММ.
Соединение валов импульсного датчика и ММ производят с помощью специальных соединительных муфт или безлюфтового кинематического преобразователя движения.
Внешний вид импульсных датчиков типов, МИНИ-ФЭП и ВЕ-178 показан на риса их технические характеристики приведены в табл. 7.3.
7.2. Датчики положения и перемещения
К оглавлению >>
11 8
1,5 2
1 12,5 49 8
2,6
∅
27
∅
10
∅
25
h6
∅
30
h6
∅
6
∅
3h6
∅
18 4 отв. М Рис. 7.6. Фотоимпульсный датчик Мини-ФЭП
106 96 2,5 30 Вилка 8
4 отв. М 2PM22Б10Ш1В1
Рис. 7.7. Фотоимпульсный датчик ВЕ-178
Таблица Технические характеристики фотоимпульсных датчиков
Тип датчика Разрешающая способность, ди скр ет/о б
Си стем ати че ская погрешность за 1 оборот вала Напр яж ени е
пи та ния, В
Н
апр яж ени е выходных сигналов, В
М
ак сим альн ая частота вращения вала, об минСт ати че ский момент трения, Нм
Ср едняя наработка до отказан ем ен ее, ч
М
ас са, кг
ВЕ-178 600 1000 1024 1500 2000 2500 4
±15
«0» — 1,5
«1» — 15 6000 6000 6000 4000 3000 2400 0,04 8000 0,67 7. Информационные устройства мехатронных модулей
К оглавлению Окончание табл. Тип датчика Разрешающая способность, ди скр ет/о б
Си стем ати че ская погрешность за 1 оборот вала Напр яж ени е
пи та ния, В
Н
апр яж ени е выходных сигналов, В
М
ак сим альн ая частота вращения вала, об минСт ати че ский момент трения, Нм
Ср едняя наработка до отказан ем ен ее, ч
М
ас са, кг
ФЭП-4 1000 1024 2048 2500 4
+5
«0» — 0,4
«1» — 2,4 5000 5000 3000 3000 0,05 16000 0,65
ПДФ-7 225 250 600 625 1024 1250 1500 2000 2500 4
±15
«0» — 0
«1» — 15 6000 6000 6000 6000 5800 4800 4000 3000 2400 0,03 10000 0,35
ПДФ-8 250 256 500 600 625 1024 1250 2048 2500 4
±15
«0» — 1,5
«1» — 12
± 2,4 4000 4000 4000 4000 4000 4000 4000 2400 2400 0,01 10000 0,35
Мини-
ФЭП
100 128 250 500 512 1000 1024 4
+5
«0» — 0,4
«1» — 2,4 6000 10000 К фотоимпульсным датчикам перемещений относят преобразователи линейных и угловых перемещений ЛИР, выпускаемые Санкт-
Петербургским специальным конструкторским бюро станочных ин- формационно-измерительных систем (СКБ ИС). Они предназначены для различных моделей металорежущих станков и обрабатывающих
7.2. Датчики положения и перемещения
К оглавлению центров, поворотных систем, приборов, робототехнических комплексов, технологических установок, мехатронных систем и т. п.
Принцип действия преобразователей перемещений ЛИР основан на фотоэлектронном сканировании штриховых растров. В качестве осветителей используют инфракрасные светодиоды, а приемниками излучения служат кремниевые фотодиоды.
Поток излучения светодиода 1 (рис. 7.8) модулируется растровым сопряжением, создаваемым перемещающимися относительно друг друга растровой шкалой 2 и индикаторной пластиной 3 с растровым анализатором, и регистрируется фотодиодом 4.
6 5
1
3
2
4
9
1
10
11 Рис. 7.8. Принцип действия преобразователей линейных (аи угловых (б) перемещений ЛИР
Для получения информации о перемещении растровый анализатор имеет поле считывания А, «
A
», В, «
B
» с шагом растра, соответствующим шагу растра шкалы 2. Эти четыре поля считывания образуют две пары полей Аи В, в каждом из которых растры имеют пространственный сдвиг относительно друг друга в 1/2 шага растра, что позволяет скомпенсировать постоянную составляющую основного сигнала. Поля одной пары А имеют пространственный сдвиг растров относительно полей другой пары В в 1/4 шага растра.
В преобразователях линейных перемещений (риса) каждое поле считывания растрового анализатора индикаторной пластины 3 имеет собственные источники приемник излучения, поэтому в канале считывания задействованы по четыре светодиода 1 и фотодиода 4.
7. Информационные устройства мехатронных модулей
К оглавлению В преобразователях угловых перемещений (рис. 7.8, б) все четыре поля считывания охвачены единым параллельным световым пучком, излучаемым светодиодом 1 и сформированным конденсором 9, а фотодиод имеет четыре светочувствительные площадки, включенные определенным образом.
Независимо от формы построения канала считывания преобразователь перемещений дает два ортогонально сдвинутых токовых сигнала Аи В, которые позволяют определить перемещение в пределах шага растра. В результате повышается разрешающая способность преобразователя и появляется возможность определить направление перемещения.
В преобразователях линейных перемещений растровая шкала 2 в зоне Е содержит поля референтных меток. Поле референтной метки представляет собой непериодическую (кодовую) шкалу, закон формирования которой обеспечивает получение автокорреляционной функции кода с явно выраженным максимумом. На индикаторной пластине 3 имеется поле считывания Д с кодом, инверсным по отношению к коду референтной метки шкалы, и поле диафрагмы Г, участвующей вместе со светодиодом 5 и фотодиодом 6 в выработке опорного сигнала для формируемого каналом сигнала референтной метки. При относительном перемещении растровой шкалы 2 и индикаторной пластины 3 в зоне совмещения поля референтной метки и поля считывания Д происходит модуляция светового потока, излучаемого светодиодом 1, и на выходе фотодиода 8 формируется токовый сигнал автокорреляционной функции кода референтной метки.
В преобразователях угловых перемещений сигнал референтной метки вырабатывается в общем случае один раз за оборот вала. В канале формирования референтной метки для выработки опорного сигнала и сигнала референтной метки задействованы общий светодиод (рис. 7.8, б) и фотодиод 11, идентичный фотодиоду 4, нос другой схемой включения светочувствительных площадок. Опорный сигнал вырабатывается с помощью поля диафрагмы Г индикаторного лимба
3, а специальный код поля референтной метки Е измерительного лимба и инверсный код поля считывания Д в случае их совмещения при относительном перемещении лимбов модулирует световой поток, что приводит к формированию на выходе фотодиода токового сигнала автокорреляционной функции кода референтной метки.
Максимальный диапазон преобразования линейных перемещений мм, угловых — неограничен. Датчики положения и перемещения
К оглавлению Преобразователи линейных перемещений выпускают 4 и 3 классов точности, а преобразователи угловых перемещений, в зависимости от моделей, — 8…3 классов точности.
Каждому i-му классу точности соответствует предельная погрешность перемещения ∆
i
— наибольшее отклонение от действительного значения между двумя любыми точками во всем диапазоне перемещения. Для преобразователей линейных перемещений го класса соответствует предельная погрешность, мкм ∆
4
= 5,0 + 8,0L; ∆
3
= 2,0 + 4,5L;
∆
2
= 1,0 + 2,5L; для преобразователей угловых перемещений го класса соответствует предельная погрешность, (…″): ∆
8
= 300″; ∆
7
= 150″;
∆
6
= 60″; ∆
5
= 30″; ∆
4
= 7,5″; ∆
3
= Типы выходных сигналов преобразователей синусный токовый сигнал типа СТ, синусный сигнал напряжения типа СН, прямоугольный импульсный сигнал типа ПИ.
Геометрические параметры преобразователей линейных и угловых перемещений ЛИР, ЛИР, ЛИР, ЛИР и ЛИР приведены на риса их технические характеристики — в табл. Рис. 7.9. Геометрические параметры преобразователя линейных перемещений ЛИР 7. Информационные устройства мехатронных модулей
К оглавлению Рис. 7.10. Геометрические параметры преобразователя линейных перемещений ЛИР-9
Рис. 7.11. Геометрические параметры преобразователя угловых перемещений ЛИР 7.2. Датчики положения и перемещения
К оглавлению Рис. 7.12. Геометрические параметры преобразователей угловых перемещений ЛИР, ЛИР-17
Таблица Технические характеристики преобразователей линейных перемещений
Наименование характеристики
Тип преобразователя
ЛИР-7
ЛИР-9
ЛИР-14
-15
-17
ЛИР
ЛИР
Разрешающая способность, мкм до Стандартный ряд длин преобразуемого перемещения, мм
1,14;1,24 20; 8 20 40 1,34;1,44;1,54;
1,64;1,74;1,84;
1,94;2,04;2,24;
2,64;2,84; Напряжение питания
U, В
+5
±12
+5
±12
+5
±12
+5
±12
Потребляемый ток I, мА ≤100 ≤150 ≤70 ≤100 ≤150 ≤70 ≤100 ≤150 ≤70 ≤100 ≤150 Тип выходного сигнала
СТ
СН
ПИ СН СТ
СН
ПИ СН СТ
СН ПИ СН
СТ
СН ПИ СН
Период выходного сигнала, мкм 40 20 40 20 40 20 40 20 40 20 40 20 40 20 40 7. Информационные устройства мехатронных модулей
К оглавлению Окончание табл. Наименование характеристики
Тип преобразователя
ЛИР — ЛИР — ЛИР — 14
-15
-17
ЛИР
ЛИР
Класс точности i
3; 4 2; 3 2;3 Предельная погрешность преобразователя i- го класса точности ∆
i
, мкм = 2 + 4,5L
∆
2
= 1 + 2,5L
2 3
3 4
1 2,5 2 4,5 2 2,5 5 8
L
L
L
L
∆ = +
∆ = +
∆ = +
∆ = +Максимальная скорость перемещения v, мс 1
1 Максимальное ускорение а, мс 0,5 0,5 0,5 Степень защиты от внешних воздействий
IP53
IР53
IР64
IР64
Масса, m, кг + 0,6L
0,28 + 1,55L
0,20 0,18 Геометрические параметры преобразователей угловых перемещений ЛИРА, ЛИРА, ЛИРА даны на риса некоторые их технические характеристики — в табл. При поступательном движении выходного звена мехатронного модуля и использовании фотоимпульсного датчика или преобразователя линейного перемещения величину его перемещения S можно определить в виде γ
мкм, где γ — разрешающая способность датчика (преобразователя, мкм
n — число дискрет, соответствующее перемещению звена.
При вращательном движении угол ϕ поворота звена определяют по формуле ,n
π
ϕ =
γ
рад, где γ — разрешающая способность датчика (преобразователя, дис- крет/об; n — число дискрет, соответствующее углу поворота звена. Датчики положения и перемещения
К оглавлению Рис. 7.13. Геометрические параметры преобразователя угловых перемещений ЛИР-119А
Рис. 7.14. Геометрические параметры преобразователя угловых перемещений ЛИР-128А-3
Рис. 7.15. Геометрические параметры преобразователей угловых перемещений ЛИРА. Информационные устройства мехатронных модулей
К оглавлению Таблица Технические характеристики преобразователей угловых перемещений
Наименование характеристики
Тип преобразователя
ЛИР-119А ЛИР-128А-3
ЛИР-137А
Разрешающая способность, дискрет/об до 4·10 до 2·10 до 5·10 Напряжение питания U, В
+5
+5
+5
Потребляемый ток I, мА
≤150
<100
≤150
<100
≤150
Выходной сигнал
ПИ
СТ, СН ПИ СТ, СН
ПИ
Класс точности i
8 7, 8 7, Максимальная частота вращения вала n, об/мин
10 4
10 4
10 Масса (без кабеля) m, кг 0,06 Для приема и обработки электрических сигналов, поступающих от оптоэлектронных преобразователей линейных и угловых перемещений, и осуществления визуализации на цифровом табло полученной информации применяют устройства цифровой индикации (УЦИ).
УЦИ могут быть использованы в качестве специализированных комплектующих изделий в составе информационно-измерительных систем различных машин и приборов при измерении и контроле механических перемещений.
Применение цифрового отсчета вместо визуального съема показаний со шкал лимбов предотвращает субъективные ошибки считывания, значительно уменьшает утомляемость, позволяет производить контроль без остановки технологического процесса и без периодического измерения размеров обрабатываемых деталей с помощью универсальных измерительных средств.
В основе схемотехники УЦИ, выпускаемых СКБ ИС, использован широко распространенный микроконтроллер с ядром 8051, позволяющий создавать как универсальное, таки специализированное программное обеспечение. Светодиодные индикаторы фирмы Hewlett
Packard обеспечивают хорошую яркость и разборчивость вывода информации.
Возможность встраивания в УЦИ последовательного канала RS-
232 и различных элементов ввода/вывода позволяют взаимодействовать УЦИ с другими устройствами. Датчики положения и перемещения
К оглавлению >>
УЦИ выпускают нескольких типов, рассчитанных на работу с одним, двумя или тремя преобразователями, способных одновременно контролировать перемещение по одной, двум или трем осям соот- ветственно.
СКБ ИС выпускает простейшие по своим функциональным возможностям УЦИ серий ЛИР, ЛИР, ЛИР. Базовый набор функций этой серии УЦИ включает обнуление текущего значения в любом месте контролируемого перемещения осуществление контроля текущего положения рабочего органа относительно положения референтной метки преобразователя работу в приращениях.
Дальнейшим развитием УЦИ в плане их функциональных возможностей является серия ЛИР, ЛИР, ЛИР. Они имеют на передней панели цифровую клавиатуру и ряд функциональных кнопок, что позволяет наряду с универсальностью приборов этой серии ввести в них ряд специфических функций, связанных с особенностями эксплуатации.
В базовый набор функций этой серии УЦИ кроме возможностей, присущих простейшим моделям, включены предустановка текущего значения показателей индикатора предустановка положения референтной метки задание и изменение направления отсчета удвоение показателей отсчета (функция удобна при измерениях, связанных стелами вращения компенсация люфта компенсация систематической погрешности компенсация размера инструмента сохранение всех параметров в энергонезависимой памяти.
Кроме индикационных устройств СКБ ИС выпускают серию приборов ЛИР, ЛИР, ЛИР-532.
Включая в себя весь вышеперечисленный набор функций, эти устройства обладают способностью вырабатывать в соответствии с заданием управляющие сигналы, выполняя тем самым не только индикационные функции, но и функции управления.
Для приема внешних сигналов от различного рода путевых выключателей или дополнительных органов управления в УЦИ предусмотрена установка шестнадцати приемников внешнего сигнала. Информационные устройства мехатронных модулей
К оглавлению Отдельно выделяется ряд УЦИ, использующих в качестве датчиков квазиабсолютные и абсолютные преобразователи угла и положения. Такие приборы образуют серию УЦИ ЛИР, ЛИР, ЛИР-535.
Использование подобных систем связано с требованиями некоторых технологических процессов сразу после подачи питающего напряжения определить точное положение рабочих органов в пространстве без каких-либо перемещений.
Все УЦИ выпускают с фиксированной разрешающей способностью (дискретностью. Это означает, что разрешающая способность
γ подключаемого преобразователя должна соответствовать разрешающей способности инд для входного сигнала УЦИ и не изменяться в процессе эксплуатации.
В случае использования линейного преобразователя перемещения его разрешающая способность γ определяет минимально-возможную дискретность инд измеряемого значения.
При использовании углового преобразователя в качестве преобразователя линейных перемещений минимально возможную дискретность инд измеряемого значения перемещения можно рассчитать по формуле 10 инд т, мкм, где L — линейное перемещение за один оборот преобразователя, мм например, шаг резьбы винта т — число периодов выходного сигнала за один оборот преобразователя движения (паспортное значение).
Стандартный ряд дискретностей инд для УЦИ при измерении линейных перемещений 0,1 мкм, 0,5 мкм, 1 мкм, 10 мкм.
Если угловые преобразователи перемещения используют в качестве датчика угла поворота, тот число периодов выходного сигнала за один оборот преобразователя (паспортное значение) — определяет дискретность индицируемого угла поворота. В зависимости от модификации УЦИ могут индицировать угол в градусах и долях градуса, либо в градусах, угловых минутах и угловых секундах. Стандартный ряд дискретностей инд для измерения угла 0,0001°, 0,0002°, 0,0005°,
0,001°, 0,002°, 0,005°, 0,01°.
УЦИ, рассчитанные на работу с преобразователями перемещений в типовом исполнении, имеют максимально допустимую частоту входного сигнала, равную f
max
= 0,6 МГц, что соответствует частоте смены
7.2. Датчики положения и перемещения
К оглавлению фаз входного сигнала 2,4 МГц. Исходя из этого можно рассчитать максимально допустимую линейную скорость измерительной системы при использовании линейного преобразователя = 4 f
max
d
инд
(7.4)
Для углового преобразователя максимально возможную угловую рабочую скорость измерительной системы рассчитывают по формуле max max
10 Устройство цифровой индикации ЛИР, предназначенное для использования в системах, станках, мехатронных устройствах, где имеется необходимость визуального контроля потрем направлениям с использованием трех измерительных преобразователей, изображено на рис. 7.16. УЦИ ЛИР может работать с линейными и угловыми преобразователями перемещений и индицировать значение линейного перемещения в миллиметрах и долях миллиметра или угол поворота в градусной мере, а также в различных комбинациях.
Для соединения концов валов преобразователей движения и датчиков информации, а также компенсации несоосности этих валов в ММ применяют муфты. В ММ с преобразователями угловых перемещений ЛИР используют муфты ЛИР, ЛИР, ЛИР, ЛИР, ЛИР-807.
Конструктивное исполнение и геометрические параметры муфт ЛИР, ЛИР, ЛИР, ЛИР и ЛИР приведены на риса технические характеристики — в табл. Вращающиеся трансформаторы (ВТ) представляют собой электрические индукционные машины переменного тока, выходное напряжение которых зависит от угла поворота ротора. Характер этой зависимости определяется конструкцией и схемой включения обмоток ВТ.
Вращающиеся трансформаторы (см. рис. 7.22) имеют по две одинаковые взаимно перпендикулярные первичные обмотки (возбуждения и квадратурную) и вторичные (синусную и косинусную). Существуют синусно-косинусные вращающиеся трансформаторы (СКВТ) с компенсационными обмотками обратной связи, которые предназначены для компенсации основных и дополнительных погрешностей.
Основные погрешности возникают в нормальных условиях и обусловлены принципом работы ВТ, конструктивными и технологиче-
7. Информационные устройства мехатронных модулей
К оглавлению >>
скими причинами. Дополнительные погрешности возникают при изменении температуры окружающей среды, амплитуды и частоты питающего напряжения.
Рис. 7.16. Устройство цифровой индикации ЛИР-531
Рис. 7.17. Муфта ЛИР 7.2. Датчики положения и перемещения
К оглавлению Рис. 7.18. Муфта ЛИР-801
Рис. 7.19. Муфта ЛИР-803
Рис. 7.20. Муфта ЛИР-805
Рис. 7.21. Муфта ЛИР 7. Информационные устройства мехатронных модулей
К оглавлению Рис. 7.22. Приборы для измерения угла поворота:
а — вращающийся трансформатор МВТ-2;
б — вращающийся трансформатор ВТ-20-Д29;
в — вращающийся трансформатор БСКТ-220—1;
г — вращающийся трансформатор СКТ-6465;
д — вращающийся трансформатор СКТД-6465;
е — фазовращатель БИФ-019; ж — датчик угла 50ДС-32—1;
и — датчик угла ДУ-34—1 7.2. Датчики положения и перемещения
К оглавлению Таблица Технические характеристики муфт ЛИР
Наименование характеристики
Типы муфт
ЛИР-800 ЛИР ЛИР ЛИР ЛИР-807
Ошибка передачи вращения, (при радиальном смещении осей, мм и угловом наклоне осей, град
±30
≤0,1
≤0,09
±10
≤0,1
≤0,09
±2
≤0,05
≤0,09
±0,5
≤0,05
≤0,03
±1
≤0,05
≤0,09
Жесткость на кручение, Нм/рад
50 150 4000 6000 Допустимый момент вращения, Нм 0,1 0,5 1,0 Допустимое радиальное смещение осей, мм
≤0,2
≤0,2
≤0,3
≤0,3
≤0,3
Допустимый наклон осей, град
≤0,5
≤1,0
≤0,5
≤1,0
≤0,2
Допустимое осевое смещение, мм
≤0,2
≤0,2
≤0,2
≤0,1
≤0,5
Момент инерции, кг·м
2 1,9 · 10
–7 3,0 · 10
–6 2,0 · 10
–4 2,0 · 10
–4 1,7 · Максимальная скорость вращения, об/мин 10000 16000 3000 1000 Масса муфты (небо- лее, кг 0,027 0,22 0,25 Посадочные диаметры Аи В, мм и 4 3…10 10 и В зависимости от расположения обмоток возбуждения ВТ могут быть с питанием со стороны статора или ротора и с напряжением возбуждения постоянной или переменной амплитуды.
По характеру токосъема ВТ могут быть контактными и бесконтактными. Главным техническим показателем ВТ является точность выполнения им функциональных преобразований.
В ММ применяют двухполюсные и многополюсные вращающиеся трансформаторы, работающие в режимах синусно-косинусном, линейном, фазовращателя, дистанционной передачи угла. Информационные устройства мехатронных модулей
К оглавлению На основе синусно-косинусных ВТ в качестве датчиков углового положения используют фазовращатели (рисе, которые обеспечивают линейное изменение фазы выходного напряжения как функции угла поворота ротора. Как следует из принципа действия ВТ, за один оборот ротора сего выходной обмотки снимается один период напряжения, что не всегда обеспечивает требуемую дискретность. Для ее обеспечения необходимо определенная редукция. Эту редукцию обеспечивают электрическим делением фазы на стоили двести и включением ВТ через повышающую механическую передачу (мультипликатор. Однако применение вцепи обратной связи механического преобразователя движения, имеющего собственную кинематическую погрешность, снижает ее точность и уменьшает надежность.
В этой связи интерес представляют многополюсные вращающиеся трансформаторы, которые имеют большое число пар Р полюсов. В зависимости от конструктивных особенностей их подразделяют на редуктосины и индуктосины.
При работе редуктосина (рис. 7.23) в режиме фазовращателя фаза его выходного сигнала зависит от угла поворота ротора. За один период изменения напряжения питания магнитное поле повернется на угол Ранена, как у ВТ. Следовательно, при повороте ротора на угол Р фаза выходного сигнала повернется на угол Рис. 7.23. Типоряд редуктосинов ВТ
Использование редуктосинов с большим числом пар Р полюсов позволяет во многих случаях применять их без повышающего механического преобразователя.
Редуктосин имеет встраиваемую конструкцию, обычно его устанавливают навалу, напрямую соединенным с валом двигателя. Датчики положения и перемещения
К оглавлению Геометрические параметры и технические характеристики некоторых редуктосинов приведены соответственно в табл. 7.7, Таблица Геометрические параметры редуктосинов, мм
Тип редуктосина
D
1
D
2
D
3
l
1
l
2
l
3
ВТ 40 10 21,6 40 8,5 2,2 ВТ 60 20 39,4 60 9,5 0,7 ВТ 80 35 54,2 80 10 1,2 ВТ 120 66 84 120 12 0,7 Угловая погрешность некоторых редуктосинов, работающих в режиме фазовращателя, достигает 1′.
Индуктосины — многополюсные ВТ с печатными обмотками, выполнеными на неферромагнитном сердечнике.
Для контроля высокоточных угловых и линейных перемещений в ММ применяют круговые и линейные индуктосины.
Круговые индуктосины представляют собой электрическую микромашину плоской конструкции с двумя изолированными дисками, на которых расположены печатные обмотки. Один из дисков соединен с валом исполнительного механизма (ротора второй неподвижен статор. Обмотки выполняют однослойными и многослойными. Чаще всего применяют индуктосины с многополюсной однофазной обмоткой на статоре и двухфазной секционной обмоткой на роторе.
В режиме фазовращателя питание обмоток индуктосина осуществляют переменным напряжением с частотой 10……100 кГц, сдвинутым по фазе на 90
о
Погрешность преобразования кругового индуктосина не превышает Линейный индуктосин по принципу действия аналогичен круговому. Он состоит из длинной линейки, установленной на неподвижной части ММ и имеющей однофазную многополюсную обмотку, и короткой головки считывания (сканирующей головки, устанавливаемой на подвижном элементе модуля. Обмотка короткой линейки двухфазная, со сдвигом фазы на о. Один полюс обмотки
7. Информационные устройства мехатронных модулей
К оглавлению составляет обычно 2 мм, длина головки 100 мм, а длина линейки
250 мм. Для перемещений более 250 мм линейки стыкуют по торцам, образуя наборную шкалу.
Погрешность линейного индуктосина составляет 0,001…0,002 мм.
Индуктосины изготовляют в открытом исполнении и встраивают прямым монтажом в конструкцию мехатронного модуля.
Технические характеристики вращающихся трансформаторов типов МВТ, ВТ-20-Д29, БСКТ-220—1, СКТ-6465, СКТД-6465, фазовращателя БИФ-019, датчиков угла 50ДС-32—1 и ДУ-34—1 приведены в табл. Таблица Технические характеристики вращающихся трансформаторов
Тип датчика
Наименование характеристики
Номи- нальное напряжение, В
Частота напряжения возбуждения, Гц
Погреш- ность отображения, Частота вращения вала, об/мин
Момент статического трения, Н·м
Гарантий- ная наработка, ч
Мас- са, кг
МВТ-2
(СКВТ)
30 28 400
±0,02
±0,04
±0,06
±0,1 60 0,0015 2000 0,35
ВТ20-Д29
(СКВТ)
27 12 400
±0,05
±0,1
±0,2 5
120 0,001 2000 0,065
БСКТ-220—1
(СКВТ)
36 400
±0,2
±0,35
±0,5 125 0,0004 3000 0,07
СКТ-6465
(СКВТ)
36 400
±1′
±2′
—
—
2200 0,18
СКТД-6465
(СКТВ)
36 400
±2′
—
—
2200 0,3
БИФ-019
(фазовраща- тель)
15 150 · 10 3
±30′
150 0,0005 5000
—
50ДС-32—1 датчик угла Рабочий угол поворота ротора о 0,17
ДУ-34—1
(датчик угла 1000 Рабочий угол поворота ротора о Ре ду кт осины ВТ4013,2 2000 10′
5000
—
2000 ВТ 2000 5′; 10′
5000
—
2000 ВТ 2000 3′; 5′; 10′
5000
—
2000 ВТ 2000 5′; 10′
2000
—
2000 0,5 7.2. Датчики положения и перемещения
К оглавлению Крепление вращающихся трансформаторов — фланцевое с упорным буртиком. Режим работы продолжительный. Датчики скорости
Датчики скорости предназначены для получения в ММ сигнала обратной связи по скорости, которая является корректирующей обратной связью, обеспечивающей устойчивость работы ММ. Поэтому к датчикам скорости не предъявляют таких жестких требований по линейности и точности, как к датчикам положения. Они должны иметь хорошую чувствительность, особенно при малых скоростях.
Для получения сигнала по скорости в мехатронном модуле могут быть использованы импульсные датчики, рассмотренные выше. В этом случае ММ должен дополнительно содержать преобразователь частоты импульсов в скоростной сигнал. Точность получения скоростного сигнала таким способом зависит от числа импульсов наоборот вала. Таким образом, использование в силовом модуле импульсного датчика позволяет выделить два сигнала по положению и по скорости, что упрощает конструкцию ММ.
Для получения сигнала только по скорости используют специальные датчики скорости — тахогенераторы и фотоимпульсные датчики скорости.

1 ... 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Тахогенераторы представляют собой электрические микромашины, выходное напряжение которых пропорционально угловой скорости вращения ротора. В зависимости от принципа действия тахогенераторы делят натри группы тахогенераторы постоянного тока, асинхронные и синхронные. Тип тахогенератора выбирают в зависимости от требований точности, линейности скоростной характеристики, диапазона изменения частоты вращения двигателя, условий эксплуатации, надежности, габаритных размеров, массы.
В ММ с коллекторными двигателями постоянного тока, как правило, применяют коллекторные тахогенераторы постоянного тока. В модулях с бесконтактными асинхронными и синхронными двигателями, применяемыми во взрыво- и пожароопасных средах, используют бесконтактные асинхронные и синхронные тахогенераторы.
В качестве тахогенераторов постоянного тока (ТГП) применяют двухполюсные микромашины постоянного тока с электромагнитными магнитоэлектрическим (от постоянных магнитов) возбуждением. Информационные устройства мехатронных модулей
К оглавлению Коллекторные генераторы постоянного тока ТГП-1 и ТГП-1А с зубцовым ротором изображены на рис. 7.24, встраиваемый тахогене- ратор ТП-80—20—02 — на рис. 7.25. Их технические характеристики приведены в Асинхронные тахогенераторы (ТГА) представляют собой двухфазную электрическую микромашину с полым немагнитным ротором. На статоре расположены две обмотки возбуждения и генераторная.
Асинхронный однофазный тахогенератор ТГ-5А с полым немагнитным ротором и термокомпенсатором температурной погрешности выходного напряжения представлен на рис. 7.26, его технические характеристики приведены в Рис. 7.24. Тахогенератор ТГП-1 (ТГП-1А)
Рис. 7.25. Тахогенератор ТП-80-20-02
Рис. 7.26. Тахогенератор ТГ-5А
7.3. Датчики скорости
К оглавлению Синхронные тахогенераторы (ТГ) представляют собой информационную электрическую микромашину с возбуждением от постоянных магнитов, расположенных на роторе. Амплитуда и частота выходного сигнала являются функциями частоты вращения ротора.
Оинхронные двухполюсные трехфазные тахогенераторы СГ-024 и СГ-025 показаны на риса их технические характеристики даны в Электрический сигнал тахогенератора находится в прямой зависимости от частоты вращения вала. Поэтому его устанавливают на быстроходном валу ММ либо непосредственно навалу двигателя, либо соединяют с ним при помощи кинематического преобразователя движения. При согласовании частот вращения валов тахогенерато- ра и двигателя необходимо наиболее полно использовать рабочий диапазон частот вращения тахогенератора, не превышая при этом его наибольшей частоты вращения. Соединение валов двигателя и тахогенератора должно быть безлюфтовым, так как люфт приводит к искажению скоростного сигнала.
Рис. 7.27. Тахогенератор СГ-024 (СГ-025)
Как правило, все тахогенераторы представляют собой электрические микромашины, выполненные в виде законченных конструктивных узлов, но также могут иметь встраиваемое исполнение. Встраиваемый тахогенератор устанавливают непосредственно навалу, а его корпус скрепляют с корпусом двигателя. Кроме того, двигатели некоторых серий имеют в своем составе встроенный тахоге- нератор, например, двигатели серий ДПМ, ДП, ДПУ, ПЯ.
Фотоимпульсный датчик скорости представляет собой устройство, состоящее из источника излучения (светодиода, фотоприемника фотодиода) и подвижного элемента — диска или линейки — с равномерно распределенными на них отверстиями или прорезями. Диск или линейку крепят на неподвижном элементе ММ. Информационные устройства мехатронных модулей
К оглавлению В фотоимпульсном датчике угловой скорости (рис. 7.28) световой поток от источника излучения 1, проходя через отверстия или прорези в диске 2, попадает на чувствительную поверхность фотоприемника, генерируя в нем электрические импульсы с частотой
,
a
f
t
=
Гц, где а — число импульсов t — время перемещения подвижного элемента диска (при линейном перемещении — линейки, с.
Угловую скорость диска, а соответственно и вала на котором он закреплен, определяют в виде ,f
f
N
π
ω = α =
рад/с, где α — значение одного импульса, рад N — число отверстий или прорезей вдоль окружности диска.
Рис. 7.28. Фотоимпульсный датчик угловой скорости
В фотоимпульсном датчике линейной скорости, содержащем линейку с равномерно распределенными на ней отверстиями или прорезями, частоту генерируемых в фотоприемнике электрических импульсов определяют по приведенной выше формуле.
Линейную скорость линейки, а соответственно и поступательно перемещающегося элемента ММ, с которым она скреплена, определяют в виде. Датчики скорости
К оглавлению >>
,
Lf
v где В — значение одного импульсам длина линейки, м.
Рассмотренные фотоимпульсные датчики скорости можно использовать и для определения перемещений подвижного звена.
При вращательном (формула 7.9) и поступательном (формула 7.10) движении звена перемещение можно определить так a
N
π
ϕ =
, рад
(7.9)
La
S
N
=
, м.
(7.10)
7.4. Реле давления и манометры
Реле давления автоматически контролирует величину давления жидкости в гидросистеме гидроприводного ММ, подавая электрический сигнал при повышении или понижении давления по сравнению с величиной, на которую настроено реле.
Типичным случаем применения реле давления является подключение его к напорной линии перед гидродвигателем модуля. Реле регулируют на давление, на 0,3…0,5 МПа меньше максимально допустимого. При наличии перегрузки гидродвигателя реле включает сигнальную лампу на пульте управления. Возможна подача электрического сигнала от реле в цепь управления гидрораспределителя, что позволит оперативно реагировать на перегрузку остановкой или реверсированием гидродвигателя.
Основные элементы реле золотник (как, например, в реле ПГ62—
11) или мембрана (в реле ГМ, на которые непосредственно воздействует рабочая жидкость пружина, затяжкой или ослаблением которой задают контролируемое давление микропереключатель, под воздействием золотника или мембраны подающий электрический сигнал.
Основные параметры реле давления ПГ62—11 и ГМ приведены в табл. 7.9 [7].
7. Информационные устройства мехатронных модулей
К оглавлению Таблица Основные параметры реле давления ПГ62—11 и Г62—21М
Параметр
ПГ62—
11
БПГ-62—
11
ВПГ-62—
11
ГПГ-62—
11
Г62—
21М
Контролируемое давление, МПа 0,8…10 1…20 5…32 Нечувствительность, МПа 1,0 1,5 Утечка, дм
3
/мин, не более 0,02 Масса, кг В качестве чувствительного элемента в большинстве типов манометров датчиков давления жидкости в гидроприводных ММ) используется тонкостенная изогнутая трубка (так называемая трубка Бурдона. Под действием давления подаваемой в нее жидкости трубка распрямляется, передвигая связанное с ней входное звено преобразователя перемещения в пропорциональный электрический сигнал, проградуированный в единицах давления.
Манометры имеют следующие классы точности 0,4; 0,6; 1; 1,5;
2,5; 4. Подклассом точности понимают отношение наибольшей допустимой ошибки измерения к верхнему пределу измерения манометра, выраженное в процентах. Например, для манометра класса точности
2,5 с верхним пределом измерений 40 МПа наибольшая допустимая ошибка при измерении по верхнему пределу равна 1 МПа.
В табл. 7.10 приведены параметры стандартных манометров на давления от 2,5 МПа до 100 МПа.
Таблица Манометры на давления 2,5…100 МПа
Диаметр корпуса, мм
Класс точности
Верхний предел измерений, МПа 4
6 10 16 25 40 60 100 60 1,5; 2,5; 4
+
—
100 1; 1,5; 2,5
+
—
160 0,6; 1; 1,5
+
250 0,4
+
—
7.4. Реле давления и манометры
К оглавлению >>
7.5. Динамометры
Динамометры используются в ММ в качестве датчиков нагрузки. В настоящее время выпускается широкая гамма приборов на различные виды нагружения (на сжатие, на растяжение, универсальные, с различными способами присоединения к звену ММ и индикации нагрузки.
Чувствительным элементом динамометра является тензометр, регистрирующий деформацию воспринимающей измеряемую нагрузку специальной детали.
В зависимости от назначения, места расположения ММ и структуры мехатронной системы может быть подобран датчик с беспроводной передачей информации, такой, как, например, динамометр
Tracfel Dinafor LLX с радиоканалом и PS-232 интерфейсом (Компания Грузовая Оснастка, г. Москва).
Ряд электронных динамометров сжатия ДОС-3-И включает в себя приборы с наибольшими пределами измеряемой нагрузки от 0,1 кН до
2000 кН, причем дискретность отсчетного устройства для динамометра ДОС-3—01И (1) на 0,1 кН равна 0,02 На для динамометра ДОС-
3—2000И (6) на 2000 кН — 500 Н («Вессервис», г. С-Петербург).
Такова же ширина ряда динамометров сжатия АЦДС-И (Мегатонн, г. С-Петербург). Интересно, что цена деления динамометра
АЦДС-01И-1 на 0,1 кН равна 0,005 Н. Ниже приведены технические характеристики динамометра АЦДС-2000/3И-1.
Технические характеристики динамометра АЦДС-2000/3И-1 1. Верхний предел измерения, кН — 2000.
2. Цена деления, Н — 100.
3. Время отсчета, с — 0,5.
4. Относительная суммарная погрешность (для прибора первого класса) — 0,24 %.
5. Безопасная перегрузка — 150 %.
6. Максимально допустимая перегрузка — 200 %.
7. Размеры, мм:
длина — ширина — 120.
7. Информационные устройства мехатронных модулей
К оглавлению Методика проектирования мехатронных модулей. Общие положения
В основу методики проектирования ММ положен принцип синергетической интеграции. Задача конструктора при синергетической интеграции состоит в том, чтобы непросто связать отдельные части в систему с помощью типовых соединений и преобразователей, но сделать конструктивные связи в мехатронном модуле взаимопроникающими и неразрывными [1]. Большинство успешных решений в ме- хатронике базируется скорее на инженерном опыте и интуиции, чем на научной методологии. Добиться качественно новых характеристик позволяет современная концепция встроенного проектирования, которая предполагает конструктивную интеграцию элементов модуля в едином корпусе.
Принятый подход к проектированию ММ предполагает совместный анализ функциональной, структурной и конструктивной моделей устройства. Целью проектирования ММ является преобразование исходных требований в конструкторскую реализацию и соответствующую документацию, по которой может быть изготовлен модуль, удовлетворяющий сформулированным показателям качества. Ниже рассматриваются в основном технические показатели, но при выборе структуры и конструкции ММ следует также учитывать экономии- ческие и эксплуатационные оценки качества.
Алгоритм проектирования ММ представлен на рис. Данный алгоритм предусматривает три основных этапа проектирования последовательно выполняемые функциональный, структурный и конструктивный анализ и синтез ММ. Применяя процедуры
8

К оглавлению >>
функционально-структурного и структурно-конструктивного анализа, разработчик оценивает принимаемые решения, стремясь добиться высокого уровня синергетической интеграции элементов. Для использования методов автоматизированного проектирования формируют взаимосвязанные функциональную (модель, структурную (модель) и конструктивную (модель) модели ММ.
Рис. 8.1. Алгоритм проектирования мехатронного модуля
Конструирование ММ включает три основных этапа выбор вариантов структурных решений модуля по его заданной функции и их функционально-структурный анализ (входной информацией для этого этапа проектирования является модель, а на выходе формируется модель ММ. Методика проектирования мехатронных модулей
К оглавлению >>
— структурно-конструктивный анализ конструкторских решений и построение С-модели ММ конструкторская реализация выбранного варианта модуля с разработкой конструкторской документации.
Таким образом, задача проектирования ММ заключается в нахождении наилучшего соответствия между заданной функцией икон- структивным исполнением.
Ключевой методологической идеей данного подхода является приоритет функции модуля над его структурной организацией и конструктивным решением. В ММ заданные функциональные преобразования могут быть реализованы несколькими наборами структурных блоков, а эти блоки, в свою очередь, могут иметь различное конструкторское исполнение. Таким образом, при проектировании модуля его структура и конструктивное решение являются подчиненными по отношению к заданной функции. Функция и структура мехатронного модуля
Известны два основных подхода к построению моделей сложных технических систем. Первый заключается в функциональном определении рассматриваемой системы через ее поведение по отношению к внешним объектами внешней среде. Второй подход основан на структурном описании состава системы и связей между ее элементами. Исследование и оптимизация взаимосвязи между функцией и структурой системы лежит в основе функционально-структурного подхода, который соответствует первым двум этапам проектирования ММ (рис. На первом этапе проводят функциональный анализ ММ, результатом которого является построение функциональной модели.
Основная функциональная задача ММ заключается в преобразовании информации о программе движения в целенаправленное управляемое движение выходного звена.
Программа движения может быть задана управляющим компьютером как набор команд высокого уровня или, в случае дистанционного управления, человеком-оператором с помощью человеко-машинного интерфейса. Управляемое движение осуществляется механической подсистемой ММ, и его конечное звено взаимодействует с объектами внешней среды. Внешние воздействия должны эффективно
8.2. Функция и структура мехатронного модуля
К оглавлению отражаться ММ в процессе движения. Информационная обратная связь необходима для оценки текущего состояния ММ как объекта управления и внешней среды в режиме реального времени.
Обозначенная основная функция не является единственной. Некоторые дополнительные функции — реконфигурация системы, обмен сигналами и информацией с другим технологическим оборудованием, самодиагностика — также должны быть реализованы для эффективной и надежной работы ММ. Но именно выполнение функционального движения является основной мехатронной функцией, так как механическая составляющая взаимодействует с объектами работ и таким образом определяет поведение модуля во внешней среде.
В общем случае функциональная модель мехатронного модуля может быть определена как информационно-механический преоб-
разователь.
Для физической реализации мехатронного информационно-ме- ханического преобразования необходим внешний энергетический источник. Пусть ММ имеет электрический привод. Тогда, очевидно, требуется источнок электроэнергии. Ввод соответствующих электроэнергетических преобразований дает модель ММ (рис. Рис. 8.2. Функциональная модель мехатронного модуля
Полученная модель в общем случае содержит семь базовых функциональных преобразователей, связанных энергетическими и информационными потоками.
Следует отметить, что электрическая энергия является только промежуточной энергетической формой между входной информацией и выходным механическим движением. Следовательно, элек-
8. Методика проектирования мехатронных модулей
К оглавлению >>
трическая подсистема отнюдь не является единственно возможной для выполнения мехатронной функции. Безусловно, и другие виды энергетических процессов (в частности, гидроэнергетические) могут быть использованы для промежуточных преобразований и должны рассматриваться как альтернативные варианты на этапе концептуального проектирования. Выбор разработчиком ММ физической природы промежуточного преобразователя определяется возможностями технической реализации, исходными требованиями и особенностями его применения. В современной инженерной практике гидравлические, пневматические, химические и другие виды энергетических преобразователей применяются достаточно широко.
Итак, в любом ММ необходимо реализовать семь функциональных преобразований (рис. 8.2). Три из них называются моноэнер-
гетическими информационный, электрический и механический преобразователи, где входные и выходные переменные имеют одну и туже физическую природу. Остальные четыре являются дуальны-
ми(двойственными), так как в них входные и выходные переменные принадлежат различным физическим видам. К этой группе относят информационно-электрический и электромеханический преобразователи, расположенные в прямой цепи функциональной модели, и параллельные электро-информационный и механико-информаци- онный преобразователи вцепи обратной связи.
Структурная модель ММ должна отражать состав его элементов и связи между ними. В теории автоматического управления и электромеханике принято структурные модели графически представлять в виде блок-схем. Звенья обычно обозначают в виде прямоугольника с указанием входной и выходной переменных, а уравнения или характеристики записывают внутри него.
В качестве исходной структуры ММ рассмотрим традиционный электропривод с компьютерным управлением (модель, см. рис.
8.3). Для дальнейшего анализа в представленной структурной схеме выделим управляющую и электромеханическую подсистемы. При конструировании ММ особый интерес представляет исполнительная часть, входящая в состав электромеханической подсистемы.
S-модель электропривода (рис. 8.3) включает в себя следующие основные элементы механическое устройство, которое реализует заданное управляемое движение и взаимодействует с внешними объектами (в модулях в качестве таких устройств применяют редукторы, вариаторы,
8.2. Функция и структура мехатронного модуля
К оглавлению либо непосредственно используют рабочий орган, например, в ММ типа «мотор-шпиндель»);
Рис. 8.3. Структурная модель электропривода с компьютерным управлением управляемый электродвигатель (переменного или постоянного тока, который является электромеханическим элементом привода силовой преобразователь, обычно состоящий из усилителя мощности, широтно-импульсного модулятора (ШИМ) и трехфазного инвертора (для асинхронных двигателей цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП, реализующий функцию информационно-электрического преобразования устройство обратной связи, которое используют для контроля текущих напряжений и токов в силовом преобразователе, а также управляющих функций (например, для организации контура регулирования момента, развиваемого приводом датчики обратной связи по положению и скорости движения выходного звена механического устройства, выполняющие функции механико-информационного преобразования компьютерное устройство управления движением, функциональной задачей которого является информационное преобразование обработка цифровых сигналов, цифровое регулирование, расчет управляющих воздействий, обмен данными с периферийными устройствами интерфейсные устройства, обозначенные на блок-схеме как I1-I8.
8. Методика проектирования мехатронных модулей
К оглавлению В зависимости от физической природы входных и выходных переменных интерфейсные блоки могут быть как механическими преобразователями движения, таки содержать электронные аппаратно- программные компоненты. Примерами механических интерфейсов являются передачи и трансмиссии, связывающие выходное механическое устройство с двигателем (интерфейс I4) и датчиками обратной связи (интерфейсы I7, Интерфейсные электронные устройства расположены на входах и выходах устройства компьютерного управления (УКУ) и предназначены для его сопряжения со следующими структурными элементами цифро-аналоговым преобразователем (встроенный интерфейс) и далее с силовым преобразователем модуля (интерфейс I2);
— датчиками обратной связи (интерфейс I7); в случае применения сенсоров с аналоговым выходным сигналом соответствующие интерфейсы строятся на основе аналого-цифровых преобразователей АЦП устройствами обратной связи для контроля уровня электрических токов и напряжений в силовом преобразователе (для традиционного привода интерфейс I6 также использует стандартный АЦП. Синергетическая интеграция в мехатронных модулях
Сравнивая функциональную модель ММ (рис. 8.2) и структурную модель традиционного электропривода (рис. 8.3), можно сделать вывод о том, что суммарное количество основных и интерфейсных блоков в структуре электропривода значительно превышает число необходимых функциональных преобразователей. Другими словами, можно говорить о структурной избыточности традиционного электропривода. Наличие избыточных блоков приводит к снижению надежности и точности технической системы, ухудшению ее массога- баритных и стоимостных показателей. Поэтому целесообразно стремиться к сокращению количества сепаратных структурных элементов как основных, таки интерфейсных блоков) в системе. В идеальном для пользователя варианте модуль по рис. 8.2, приняв на информационный вход программу движения, должен выполнить целенаправленное управляемое движение с заданными показателями качества. При этом все проблемы интеграции в модуле механических, электронных и управляющих устройств должны быть решены разработчиком
8.3. Синергетическая интеграцияв мехатронных модулях
К оглавлению для всех стадий жизненного цикла, начиная со стадии проектирования системы и заканчивая ее эксплуатацией у конечного потре- бителя.
Синергетическая интеграция элементов при проектировании ММ основана на трех базовых принципах реализация заданных функциональных преобразований минимально возможным числом структурных и конструктивных блоков путем объединения двух и более элементов в единые многофункциональные модули выбор интерфейсов в качестве локальных точек интеграции и исключение избыточных структурных блоков и интерфейсов как сепаратных элементов перераспределение функциональной нагрузки в ММ от аппаратных блоков к интеллектуальным (электронными компьютерным) компонентам.
Практическая реализация принципов синергетической интеграции при проектировании позволяет обеспечить основные преимущества ММ по сравнению с традиционными машинами и добиться качественно новых показателей, в первую очередь по компактности конструкции, скорости и точности движений. Снятие с аппаратной железной) части системы функциональной нагрузки и ее перенос на управляющую и электронную подсистемы придает ММ свойство гибкости, делает его способным к легкому приспособлению для решения новых технологических задач. Следует заметить, что интеграция предполагает не только аппаратное объединение элементов, но и организацию интегрированных информационных процессов в ИММ.
Синергетическую интеграцию в мехатронике осуществляют при проектировании двумя основными способами — функционально- структурной интеграцией и структурно-конструктивной интеграцией, которые объединяют в общий алгоритм проектирования ММ.
Задачей этапа

функционально-структурной интеграции (ФС- интеграции) является поиск мехатронных структур, реализующих заданные функциональные преобразования с помощью минимального количества структурных блоков. ФС-интеграция направлена на выбор проектных решений, которые обеспечивают исключение некоторых основных блоков, а значит, и смежных сними интерфейсов из структуры системы.
Примеры мехатронных проектных решений, основанные на способе ФС-интеграции элементов, приведены в табл. 8.1. Представленные
8. Методика проектирования мехатронных модулей
К оглавлению решения основаны на совместном анализе модели ММ (рис. 8.2) и S-моделитрадиционного электропривода (рис. Таблица 8.1
ФС-интеграция элементов в мехатронном модуле
Мехатронное решение
Функциональное преобразование
Исключаемые сепаратные элементы
Основные блоки
Интер- фейсы
Фотоимпульсный датчик обратной связи
Механико-информа- ционное
Один датчик обратной связи, Вентильный высо- комоментный двигатель и механико-информа- ционное
Механическое устройство, сепаратные датчики обратной связи, I7, Интеллектуальный силовой преобразователь Информационно- электрическое
Избыточное устройство обратной связи Управляющие контроллеры на базе блоков FPGA
Электро-информаци- онное
Цифро-аналоговый преобразователь Первые два мехатронных решения относятся к электромеханической подсистеме модуля, следующие варианты интеграции можно реализовать в его управляющей подсистеме. При конструировании ММ наибольшее внимание уделяют решениям, направленным на упрощение механической части модулей и связанных с ней блоков и интерфейсов, которые реализуют электромеханическое и механико- информационное функциональные преобразования.
Первый вариант (см. табл. 8.1) предусматривает использование в обратной связи вместо двух отдельных датчиков положения и скорости только одного элемента — фотоимпульсного датчика (см. гл. 7), который позволяет получать информацию и об угле поворота вала, и о его угловой скорости. Датчик выдает выходной сигнал в кодовой форме, что позволяет вводить информацию в УКУ без дополнительного аналого-цифрового преобразования, которое было необходимо для традиционных датчиков с аналоговым выходным сигналом (та- хогенераторов, потенциометров и т. п.).
Интеллектуализацию фотоимпульсного датчика обеспечивают встроенными микропроцессорами, которые выполняют следующие
8.3. Синергетическая интеграцияв мехатронных модулях
К оглавлению основные функции кодирование информации датчика, обнаружение ошибок измерения, масштабирование сигнала и передача текущего кода в контроллер движения по стандартному протоколу. Современная тенденция в создании фотоимпульсных датчиков заключается в объединении в едином сенсорном модуле конструктивных элементов (валов, подшипников, кодировочных дисков, фотоэлементов и микропроцессора.
Таким образом, использование фотоимпульсного датчика позволяет исключить из структуры традиционного привода один датчик обратной связи сего интерфейсом (I7), а также АЦП на входе УКУ интерфейс Применение высокомоментного двигателя [1] (второе решение в табл. 8.1) позволяет заменить исполнительную пару двигатель + преобразователь движения на один приводной элемент — двигатель. Этот способ ФС-интеграции означает исключение механического устройства и избыточного интерфейса I4 из структуры привода.
Ниже перечислены основные преимущества ММ с высокомомент- ными двигателями снижение материалоемкости, компактность и модульность конструкции повышение точностных характеристик привода благодаря отсутствию зазоров, кинематических погрешностей, упругих деформации звеньев и т. д исключение трения в механической трансмиссии, что позволяет избежать нелинейных динамических эффектов, особенно на ползучих скоростях.
Для определения положения полюсов на роторе в конструкцию вентильного высокомоменетного двигателя встраивают датчик положения. В исполнительных приводах информацию с этого датчика могут использовать и как сигнал обратной связи. Следовательно, применение вентильных двигателей со встроенными фотоимпульс- ными датчиками позволяет упростить не только механическую часть модуля, но и цепь обратной связи, так как разработчику не требуется вводить в конструкцию модуля сепаратные датчики положения и скорости.
Два примера применения способа ФС-интеграции к элементам управляющей подсистемы модуля приведены в табл. В состав ММ могут входить интеллектуальные силовые преобразователи (ИСП. Их строят на базе полупроводниковых приборов ново. Методика проектирования мехатронных модулей
К оглавлению го поколения. Типичными представителями этих приборов являются силовые полевые транзисторы (MOSFET), биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT), запираемые тиристоры с полевым управлением (MCT). Новое поколение приборов отличается высоким быстродействием (для транзисторов MOSFET — кГц, высокими значениями коммутируемых токов и напряжений (для IGBT предельная сила коммутируемого тока — до 1200 А, предельное коммутируемое напряжение — до 3500 В. Особенность ИСП состоит в том, что они содержат встроенные блоки микроэлектроники, предназначенные для выполнения интеллектуальных функций — управление движением, защита в аварийных режимах и диагностика неисправностей. Использование ИСП в составе ММ позволяет существенно снизить массогабаритные показатели силовых преобразователей, повысить их надежность при эксплуатации, улучшить технико-экономические показатели.
Использование контроллеров движения с блоками FPGA [22] позволяет исключить цифро-аналоговое преобразование сигналов при компьютерном управлении двигателем. На выходе блоков FPGA сразу формируется широтно-модулированный сигнал, который имеет цифровое представление. При этом они обладают уникальным сочетанием очень высокой производительности (скорость вычислений соизмерима с аппаратными компонентами) с возможностью программирования как обычных микропроцессорных устройств.
Обобщая рассмотренные примеры, интересно обратить внимание на то, что точками для ФС-интеграции являются структурные блоки, реализующие функциональные преобразования только дуального типа (см. третий столбец табл. 8.1). К этой группе относят инфор- мационно-электрический и электромеханический преобразователи, расположенные в прямой цепи модели ММ (рис. 8.2), и электро- информационный и механико-информационный преобразователи вцепи обратной связи.
Структурно-конструктивная интеграция (СК-интеграция) основана на анализе модели ММ, которая сформирована на этапе ФС- интеграции. Заданная структура модуля может быть реализована различными конструктивными решениями. СК-интеграция нацеливает разработчика на выбор проектных решений, которые обеспечивают исключение интерфейсов как сепаратных блоков путем встраивания их в отдельный корпус. При автоматизированном проектировании принятые решения представляют в виде С-модели (рис. 8.1).
8.3. Синергетическая интеграцияв мехатронных модулях
К оглавлению Методическим ключом при поиске вариантов СК-интеграции является рассмотрение интерфейсных блоков I1-I8 в качестве локальных точек, где потенциально возможна СК-интеграция. Можно рекомендовать при проектировании опираться сразу на несколько точек интеграции.
Примеры ММ, основанные на способе СК-интеграции элементов, приведены в табл. 8.2. Представленные решения основаны на анализе структурных моделей мехатронных модулей, разработанных на предыдущем этапе, и традиционного электропривода (см. рис. Таблица 8.2
СК-интеграция элементов в мехатронном модуле
Мехатронные модули
Функциональные преобразования
Встраиваемые элементы
Основные блоки Интерфейсы Модуль движения
Электромеханическое и механическое
Двигатель, механическое устройство I4Мехатронный модуль движения
Электромеханическое, механическое и механико-информаци- онное
Двигатель, механическое устройство, датчик обратной связи, I7, Интеллектуальный мехатронный модуль
Информационное, информа- ционно-электрическое,
электрическое,
электромеханическое
Управляющий контроллер, силовой преобразователь, двигатель, I2,
I3, I5, Интеграция элементов в ММ является ведущей тенденцией при создании современных машин и систем, так как позволяет добиться качественно нового уровня по основным техническим показателям скорости и точности движения, компактности конструкции и способности машины к быстрой реконфигурации. Практическое воплощение этой тенденции в машинах сегодняшнего дня зависит от эффективности взаимодействия конструктора, который выдвигает новые интеграционные идеи, и технолога, реализующего предложенные проектные решения в автоматизированных технологических процессах. Методика проектирования мехатронных модулей
К оглавлению >>
8.4. Основы методики конструирования мехатронных модулей. Техническое задание
При получении технического задания (ТЗ) на конструирование нового ММ конструктор ищет в задании возможно более полную и строгую формулировку той конечной цели, которая передним ставится. Если создаваемый ММ является частью более общей мехатронной системы, то конечная цель, которая ставится перед конструктором, должна быть сформулирована на основе знания места и роли модуля в системе. В этом случае целевое назначение ММ определяется целевым назначением мехатронной системы.
Необходимость критического подхода к формулировке цели является одной из особенностей стоящих перед конструктором задач Прежде всего конструктор должен тщательно изучить принципиальную схему модуля в том случае, если она приведена в ТЗ. Степень приближения принципиальной схемы к реальной конструкции может быть самой различной.
Принципиальная схема анализируется, оценивается и корректируется сточки зрения возможностей ее конструктивной реализации. Следует стремиться усовершенствовать схему в направлении интеграции, те. объединения частей и уплотнения их функциональной нагрузки. Очень часто множество независимых от конструктора проблем как научного, таки технического характера ограничивают такие стремления. Чем совершеннее схема, тем меньше возможностей у конструктора улучшить ее в указанном направлении.
При изучении предложенной принципиальной схемы конструктор должен проанализировать ее сточки зрения надежности. Оценка надежности принципиальной схемы может производится по ряду факторов оценка возможностей резервирования, использование тех или иных готовых элементов и стандартизированных деталей, обеспечение безопасности обслуживающего персонала и т. д. Схема может быть проанализирована по критериям цены реализации отдельных ее элементов, технологичности, минимизации габаритов и массы и др.
Технические требования, приведенные в ТЗ, можно назвать исходными техническими требованиями. В наиболее общем случае перечень исходных технических требований охватывает широкий
8.4. Основы методики конструированиямехатронных модулей
К оглавлению круг вопросов. В нем приводятся входные и выходные характеристики ММ и основные параметры принципиальной схемы. Затем дается описание тех наиболее характерных внешних воздействий, которые могут иметь место при эксплуатации, а также вызванные этими воздействиями допустимые отклонения от нормальных режимов работы. Наконец, перечисляются меры, обеспечивающие удобство работы оператора, обслуживающего персонала, потребителя. Эти требования составляют лишь часть того материала, который должен учитываться конструктором при последующей реализации задания. Поэтому до начала собственно конструирования ММ конструктор должен дополнить исходные требования ТЗ новыми требованиями, выявленными им на основе самостоятельного анализа взаимовоз- действий модуля с окружением, а также исходя из соображений производственного, технологического и экономического характера. Дополненный перечень технических требований должен давать конструктору всестороннее и достаточно четкое представление о процессе функционирования готового ММ в реальных условиях.
Изучение технологических возможностей реализации ТЗ заключается в оценке возможности выполнения задания, а также реализации тех дополнительных требований, накопление и формирование которых происходит уже на данном этапе. Конструктор решает вопрос сравнительной сложности изготовления применительно не только ко всему модулю в целом, но и к отдельным узлами даже деталям. Рассматриваются возможности производственной базы, технологии изготовления деталей, сборки, регулировки, настройки и т. д. Конструктор должен четко представить себе прохождение ММ через заводские цеха. Анализ взаимосвязей мехатронного модуля с внешним окружением
Под внешним окружением надо понимать всю ту материальную среду, которая, находясь вне ММ, оказывает на него какие-либо воздействия или испытывает воздействия сего стороны.
Входными воздействиями называют такие воздействия на модуль, которые необходимы для его функционирования, те. для формирования таких выходных воздействий параметров, ради которых и создается ММ. Все остальные взаимосвязи мехатронного модуля с внешним окружением в большинстве случаев необязатель-
8. Методика проектирования мехатронных модулей
К оглавлению >>
ны и нежелательны. Не всегда бывает очевидным, какие воздействия принять за входные, какие за выходные, не всегда входы и выходы могут считаться однонаправленными, не всегда их легко отделить от остальных воздействий, не вводя те или иные условности.
Широта охвата картины взаимодействий ММ с внешним окружением зависит от располагаемой информации и потраченного на работу времени. Поэтому часть существенных для конструктора взаимосвязей иногда может остаться необнаруженной или недостаточно раскрытой ввиду ограниченности возможности получения информации и времени.
Недостаточная полнота раскрытия взаимосвязей может повлиять прежде всего на надежность будущего модуля. Не упустить из виду ни одного существенного воздействия — главное в рассмотрении взаимосвязей окружения с ММ, если к последнему предъявляются высокие требования по надежности. Анализ взаимосвязей должен вестись направленно и избирательно. Конструктор должен уметь отбросить излишние подробности, ненужные связи и концентрировать свое внимание на существенных. Разработка технических требований
В конструкторских задачах путь от анализа взаимосвязей до четко сформулированных технических требований к ММ, необходимых конструктору, может быть более сложным, чем рассмотренный выше. Этот путь может проходить через такие стадии создания ММ, как научно-исследовательская разработка, моделирование, промежуточное макетирование, а также может сопровождаться расчетными и экспериментальными работами, далеко не всегда выполняемыми при участии конструктора. В перечне технических требований даются уже не сами связи, а технические характеристики ММ и параметры, отражающие условия его эксплуатации.
Технические требования можно разделить на четыре группы.
Первая группа требования, содержащие ограничения геометрического и конструктивного характера. Пример формулировки предельное отклонение межосевого расстояния ± 0,5 мм.
Вторая группа требования, выраженные при помощи технических или физических понятий, записанные в виде чисел с размерностями. Пример формулировки сила сопротивления на выходном звене — не более 100 Н. Основы методики конструированиямехатронных модулей
К оглавлению Третья группа требования, выраженные словесно, не включающие в себя ни понятий, определенных количественно, ни геометрических ограничений в конструкции. Пример формулировки устройство должно быть быстросъемным.
Четвертая группа требования, сформулированные при помощи сложных понятий или математических зависимостей. Пример формулировки для данного конструируемого устройства распределение атмосферного давления в рабочем диапазоне высот следует принимать согласно МСА (международной стандартной атмосферы).
Первая группа требований значительно пополняется в результате выявления ограничений, связанных с местом установки конструируемого ММ.
Вторая группа требований является в значительной степени результатом количественного отображения взаимосвязей ММ с внешним окружением и особенностей принципиальной схемы. Конструктивная реализация требований, выраженных при помощи четких технических понятий, определенных количественно (таких, например, как передаточное отношение, может быть осуществлена различным образом. Преимущества такой формы написания требований очень велики, так как она не несет в себе неопределенности и служит средством объективной проверки правильности конструкции. Все сказанное относительно второй группы требований можно отнести к четвертой группе.
Следует особо остановиться на третьей группе требований. Словесная форма написания технических требований в большинстве случаев свидетельствует о незаконченности процесса формализации реальной физической картины. Иногда она порождена отсутствием информации о количественной стороне тех или иных взаимосвязей или незнанием сущности каких-либо процессов в системе модуль — окружение. Нередко словесная формулировка посредством весьма общих понятий объединяет множество нераскрытых связей. Пример такой формулировки «Мехатронный модуль должен быть удобным в эксплуатации, при монтаже и демонтаже.»
Конструктор, уточняющий и дополняющий ТЗ для себя, должен расшифровать такой пункт, рассмотрев наиболее существенные взаимосвязи между ММ и обслуживающим персоналом. Но это не значит, что следует стремиться к наиболее полной формализации всех без исключения технических требований. Степень необходимой формализации определяется, с одной стороны, трудностями
8. Методика проектирования мехатронных модулей
К оглавлению ее осуществления, с другой — требованиями последующих этапов конструирования.
Процесс реализации требований в конструкции сопровождается обратными взаимодействиями на технические требования. Для осуществления рационального процесса выполнения требований конструктор должен иметь возможность в допустимых пределах варьировать заданными параметрами. Важно поэтому в требованиях отражать не только номинальные, но и предельные значения закладываемых величин.
Требования к ММ не могут быть сформулированы, если общее направление конструирования не выбрано. Вопрос Что делать неотделим при конструировании от вопроса Как делать Законченный перечень технических требований всегда отражает степень ясности представлений конструктора о выбранном направлении работы. Предварительное конструирование основных частей мехатронного модуля
Стремление конструктора к улучшению компоновки ММ посредством объединения отдельных частей, несущих разные функции, сдерживается рядом факторов и является почти всегда нелегкой задачей. В результате анализа принципиальной схемы и изучения технических требований выделяют несколько крупных частей, выполняющих различные функции, и приступают к собственно конструированию каждой части будущего изделия. Каждая составная часть должна удовлетворять определенной группе требований перечня. При этом конструктору наряду с имеющимися техническими требованиями необходимо учесть и дополнительные, не входящие в первоначальный перечень, но отражающие связи рассматриваемой части с другими частями ММ.
Если конструктор сумел для каждой составной части отобрать несколько наиболее удачных эскизов конструктивных подвариантов, то, сочетая различные подварианты различных частей, он получает возможность оценить возникающие варианты компоновки всего модуля по некоторым заранее выбранным критериями отобрать наиболее оптимальные варианты, приблизившись тем самым к решению задачи. Такова примерная схема перехода от технических требований к первоначальным эскизным решениям компоновки ММ в целом. Основы методики конструированиямехатронных модулей
К оглавлению Найденные подварианты каждой из частей на самых первых порах поиска не сопоставляют друг с другом и не слишком тщательно проверяют на соответствие техническим требованиям. Конструктор сознательно оттягивает стадию сравнения подвариантов и отбора наилучших, так как отдать предпочтение какому-либо из подвариантов означает в какой-то степени уже лишить себя свободы дальнейшего поиска, а вместе стем и возможности отыскать иные, лучшие решения.
В процессе поиска первоначальных подвариантов создание самостоятельных комбинаций из общеизвестных и присущих только данной конструкции деталей сочетается с заимствованием не только готовых узлов, но и с нахождением области их поиска.
Область ближайшего поиска вариантов — это те или иные источники информации, хранящие и систематизирующие накопленный опыт конструирования сходных устройств. Здесь и чертежно-техническая документация, и проектные материалы, и результаты испытаний, и научно- технические отчеты, и специализированная техническая литература.
Область дальнего поиска вариантов безгранична и неопределенна. Оригинальные конструктивные решения могут быть найдены и вокруг нас, в мире привычных вещей, ив заводских цехах, ив мире живой природы.
Процесс предварительного конструирования характеризуется, как правило, своей незавершенностью, причем степень этой незавершенности может быть самой различной для отдельных частей разных ММ.
Рассматриваемый этап предварительного конструирования знаменует начало непрерывной, непрекращающейся до окончания конструирования работы по обеспечению надежности ММ. Выбрав надежность в качестве важнейшего критерия рациональности создаваемой конструкции, нужно оценить поэтому критерию каждый из этапов. Переход от принципиальной схемы к первым конструктивным эскизам основных частей означает переход от идеализированных элементов к реальным деталям. Наибольшие трудности такого перехода связаны с недостаточно глубоким анализом изменений в кинематике и динамике, возникающих при конструктивной реализации схемы, построенной из идеализированных элементов. Нераспознанные, неправильно рассчитанные или не принятые во внимание силы инерции, трения, упругости в отдельных звеньях кинематической цепи, а также кинематическая неопределенность составляют характерный класс причин, обусловливающих недостаточную надежность будущего ММ. Методика проектирования мехатронных модулей
К оглавлению При изучении семейств подвариантов раскрываются их качества, так или иначе оцениваемые сточки зрения надежности и, наоборот, подход к анализу семейств с позиций надежности помогает находить новые и лучшие подварианты конструкции частей модуля. Разработка вариантов эскизной компоновки мехатронного модуля
Поиск вариантов компоновки как основных частей, таки ММ в целом сопровождается

1 ... 10 11 12 13 14 15 16 17 18

эскизированием. Эскиз состоит из небольшого числа линий, изображающих лишенную подробностей конструктивную схему и лишь иногда — те ее части, которые поясняют и развивают основную конструктивную идею. Несовершенство эскизирования искупается быстротой вычерчивания. Отобранные варианты нуждаются в проверке посредством масштабного вычерчивания, которое также не должно быть подробным.
При компоновке необходимо видеть на создаваемом чертеже не только то, что там изображено, но также и то, что будет нанесено на этот чертеж впоследствии.
Полнота информации о месте установки ММ является чрезвычайно важным условием успешного решения задачи компоновки. Если конструктору не ставят никаких ограничений, касающихся места установки модуля, то он (конструктор) чувствует себя свободнее и может искать более оптимальные решения. Дело обстоит значительно сложнее, если данные о месте установки безусловно важны, но конструктор не располагает ими. Подобная ситуация может возникнуть при создании ММ для еще не спроектированной мехатронной системы.
Недостаточность информации о месте установки ММ требует способности представлять его обобщенно, а конструкции придавать качества, обеспечивающие возможность установки модуля на любом объекте. Иногда удается придать подобную приспособляемость ММ к разным мехатронным системам за счет небольшого количества переходных деталей, выполняемых каждый раз по-новому.
Основа предварительной эскизной компоновки ММ может быть самой различной удачно найденный физический принцип, рациональное технологическое решение или даже способ удешевления устройства. Процесс подгонки частей друг к другу начинается с поисков удачного сочетания каких-либо двух частей (в большинстве
8.4. Основы методики конструированиямехатронных модулей
К оглавлению случаев это двигатель и преобразователь движения. Некоторые варианты отбрасываются сразу. Сочетание выбранных вариантов двух частей, взятое за основу, выдерживает первое испытание, если удается на этой основе удачно подогнать друг к другу все остальные части модуля (тормозные устройства, датчики положения и т. д. Перебирать сочетания подвариантов без какого-либо плана и метода нерационально. На первых порах перебор обычно носит беспорядочный характер и лишь постепенно приобретает направленность. Нередко по мере прорисовки ММ становится все труднее и труднее реализацовать в конструкции последующие требования. В этих случаях следует своевременно остановиться, чтобы предпринять поиски другой основы его компоновки.
По мере просмотра вариантов, по мере того как безмасштабные прикидки уточняются масштабными прорисовками, конструктору обычно удается отыскать закономерности, которые в состоянии играть роль первоначальных критериев оценки вариантов компоновки. К таким критериям могут быть отнесены такие факторы, как простота сочленений основных частей, совмещение функций и т. п. То, что не удавалось конструктору при первом знакомстве со схемой, может увенчаться успехом на настоящем этапе в процессе перебора вариантов эскизированием и масштабными прикидками.
Смысл понятия цена конструктивной реализации параметров заключается в том, что различные варианты выполнения технического требования осуществляются посредством неодинаковых затрат массы и располагаемого пространства, различной степенью усложнения отдельных деталей и всего ММ в целом, ценой появления больших или меньших технологических трудностей. Поэтому понятие цены конструктивной реализации параметров принимает вполне определенный смысли может приобрести чрезвычайную практическую важность. Так, например, иногда удается выразить отдельные параметры технических требований в единицах массы создаваемого модуля, и конструктор получает выгодную для него возможность количественной оценки наиболее существенных параметров.
В плотно компонуемых ММ почти любые локальные изменения массогабаритных параметров отдельных деталей распространяются на все устройство в целом. В этих условиях от степени полноты реализации одного какого-либо требования могут зависеть, и существенно, габариты и масса всего ММ.
Знание цены конструктивной реализации основных технических параметров позволяет конструктору входе компоновки осуществлять
8. Методика проектирования мехатронных модулей
К оглавлению рациональное их перераспределение. Данный критерий является одним из основных движущих факторов обратного воздействия на технические требования со стороны формирующейся конструкции. Чертеж эскизной компоновки
Эскизная компоновка выражает лишь основную конструктивную идею ММ, чертеж эскизной компоновки раскрывает эту идею более полно. В эскизной компоновке реализована лишь предварительно отобранная часть технических требований без подробного рассмотрения возможностей будущей реализации остальных требований. Чертеж эскизной компоновки учитывает гораздо большее количество требований, и именно поэтому основная идея в нем если и неизменна по сравнению с идеей эскизной компоновки, то во всяком случае, увязана со всеми этими требованиями. Эскизная компоновка может сочетать в себе первую масштабную компоновку с безмасштабными набросками. Чертеж эскизной компоновки, как правило, выполнен целиком в масштабе. Но, несмотря на большую полноту и масштабность, это еще далеко не чертеж окончательной компоновки.
Важное обстоятельство, отличающее разработку чертежа эскизной компоновки от создания первоначального эскиза, — необходимость определенной последовательности в прочерчивании отдельных узлов. В первую очередь наносят на чертеж контуры узлов с наибольшими габаритами (двигатель, преобразователи движения, расположенные в наиболее стесненных зонах и не дающие конструктору возможностей для варьирования их конфигурацией, ориентацией и местоположением. Удачное размещение этих узлов на чертеже дает конструктору уверенность в том, что остальные узлы (датчики положения, тормоза и т. п, которые будут нанесены в дальнейшем на чертеже окончательной компоновки, существенно не ухудшат созданную компоновку. Каждый наносимый на чертеже узел накладывает на последующие узлы конкретные ограничения, поэтому от очередности вычерчивания зависит не только рациональность процесса создания компоновки, но и форма, в которую она выливается.
На данном этапе конструктор должен убедиться в том, что выбранный им вариант чертежа эскизной компоновки близок к оптимальному. Конструкция может заключать в себе достаточно элементов для удовлетворения требованиям, ноне все элементы могут быть для этой цели необходимыми. Для выполнения условия необходимого
8.4. Основы методики конструированиямехатронных модулей
К оглавлению и достаточного следует проверить конструкцию на избыточность, те. попытаться найти и устранить все то, что является лишним. Все лишнее, не являющееся необходимым в конструкции, можно представить себе в виде запасов и подразделить на две группы запасы по параметрам технических требований на ММ и запасы по параметрам самой конструкции, несвязанные с техническими требованиями непосредственно, в первую очередь излишние запасы прочности и жесткости.
Запасы по любому параметру технических требований, реализованные в конструкции, свидетельствуют об отклонении создаваемого конструктивного варианта от иного, более рационального. По мере введения масштаба, по мере детализации чертежа эскизной компоновки и перехода к чертежу окончательной компоновки уничтожение запасов первой группы становится все более действенным средством улучшения компоновки и конструкции.
Пустоты в конструкции, свидетельствующие о нерациональности компоновки, можно рассматривать в качестве запасов по располагаемому пространству. Наличие таких запасов говорит о недоиспользовании критерия минимизации габаритов.
Пустоты внутри ММ можно исключить перекомпоновкой частей. Этим достигается уменьшение габаритов. Иногда выгодно, сохранив габариты модуля, использовать пустоты для конструктивных комбинаций, более полно удовлетворяющих каким-либо другим требованиям, например, точности, виброустойчивости, удобству работы оператора и т. п.
Запасы по параметрам геометрического характера (например, по угловыми линейным перемещениям движущихся частей) легко обнаружить по чертежу, чего нельзя сказать о запасах по таким параметрам, как, например, мощность на выходе или точность отработки угла поворота. При поиске скрытых запасов конструктор не должен забывать и о принципиальной схеме, так как при переходе от нее к конструкции особенно легко допустить избыточность.
Следствием снижения запасов по жесткости или прочности (запасы по параметрам самой конструкции) отдельных частей ММ является снижение их масс. В реальной конструкции, где все взаимосвязано, уменьшение габаритов и масс отдельных частей вызывает далеко идущие последствия. В частности, снижение массы, сопровождаемое снижением жесткостных характеристик каких-либо деталей, может в тоже время сопровождаться улучшением других жесткостных характеристик, существенных для нормального функционирования
8. Методика проектирования мехатронных модулей
К оглавлению модуля в целом. При этом может быть получено значительное повышение надежности.
С величиной различного рода запасов связан выбор типоразмеров готовых изделий, входящих в конструкцию ММ. Так, например, масса и размеры двигателя определяются развиваемой им мощностью. Уменьшение потребной мощности за счет снижения каких-либо запасов в модуле позволяет перейти к соседнему по шкале типоразмеров меньшему — двигателю. Но такой скачкообразный сточки зрения массы и габаритов переход почти всегда открывает новые возможности для лучших вариантов компоновки. Нередко случается, что компоновка приобретает совершенно иной вид, становится более рациональной. Дальнейшее конструирование ведется на новом уровне рациональности компоновки, при котором уплотнение функциональной нагрузки частей, возможности их подгонки и частичной интеграции, а также выгоды от снижения запасов обеих групп реализованы в максимальной степени.
Уменьшение запасов второй группы является нелегкой задачей, требующей тщательных расчетов и знания технологических возможностей сегодняшнего дня. 4. 7. Компактность конструкции
Наиболее очевидная возможность уплотнения конструкции ММ — сближение его частей, те. уменьшение расстояния между ними. Такой путь связан с рядом трудностей, возникающих по мере уменьшения зазоров. Даже определение величин зазоров между сближаемыми частями при сложной их конфигурации является трудоемкой работой. Неизмеримо большие трудности возникают в производстве при изготовлении деталей с жесткими допусками и их сборке. Не следует забывать, что чрезмерное уменьшение зазоров может по ряду причин понизить надежность конструкции (например, из-за температурных деформаций).
Чем труднее протекает процесс сближения частей, тем чаще конструктор возвращается к рассмотрению ТЗ, пытаясь переосмыслить требования, послужившие причиной подобных затруднений. Это особенно относится к тем случаям, когда какое-либо узкое место препятствует значительному сжатию всей конструкции. Стремление расширить такое узкое место способствует усилению и углублению обратных воздействий на исходные требования. Основы методики конструированиямехатронных модулей
К оглавлению Иногда становится возможным осуществлять такие изменения в технических требованиях, которые ведут к существенному улучшению компоновки, не сказываясь сколько-нибудь отрицательно на целевых функциях и эксплуатационных характеристиках модуля.
Методика отбора требований, наиболее важных для компоновки, предполагает необходимость той или иной корректировки первоначально скомпонованного ММ, те. возврат от текущего этапа, на котором реализуется очередное требование, к предыдущему. Такова суть так называемого шагового процесса с возвратом. Выбор каждого шага производится с таким расчетом, чтобы чертежная работа, вызванная корректировкой результатов, свелась к минимуму.
Представление о компоновке ММ как о шаговом процессе с возвратом основывается, с одной стороны, на нестрогой постановке задач, допускающей варьирование исходными данными входе решения, с другой стороны, на ограниченности возможностей человека в отношении оптимальной конструктивной реализации множества взаимосвязанных переменных. Чертеж окончательной компоновки
Своеобразие этапа в его двойственности с одной стороны, чистовым вычерчиванием чертежа окончательной компоновки (чертежа общего вида или сборочного чертежа ММ) подводится итог проделанной ранее длительной работы с другой стороны, это непросто вычерчивание, это конструирование, притом начинающееся с самого начала, с самой первой линии и заканчивающееся созданием чертежа, практически полностью обеспечивающего этап деталировки.
Приступая к чистовому выполнению чертежа окончательной компоновки, конструктор тем самым решается на отказ от дальнейших поисков, от сравнения и отбора вариантов. В тоже время вся методика вычерчивания чертежа должна оставлять конструктору максимальную свободу варьирования на протяжении всего хода работы.
На первых порах элементы конструирования можно исключить из графической работы над чертежом окончательной компоновки.
Перенос на лист без больших изменений чертежа эскизной компоновки дает своеобразный костяк — основу чертежа будущей конструкции модуля. Костяк чертежа строится в нескольких проекциях. Если чертеж эскизной компоновки оказывается непригодным для такого построения, то это является свидетельством его недоработан-
8. Методика проектирования мехатронных модулей
К оглавлению >>
ности. Очередность нанесения на чертеже окончательной компоновки элементов костяка в основном совпадает с очередностью нанесения тех же элементов на чертеже эскизной компоновки. Неудачный выбор последовательности вычерчивания элементов костяка окончательной компоновки может создать значительные трудности при подробной конструктивной реализации того или иного узла.
Сложность, многодетальность, действие критериев минимизации массогабаритных параметров, критериев надежности требуют строгой последовательности чистового вычерчивания чертежа окончательной компоновки.
После вычерчивания костяка чертежа конструктор получает возможность сосредоточить усилия на конкретной разработке отдельных узлов и деталей. При их конструкторской проработке не только проверяется правильность допущений, принятых на предыдущих стадиях, но до некоторой степени исправляются и ошибки компоновки.
Детализацию узлов и деталей необходимо вести от средней части к периферии, чтобы избежать рыхлости или чрезмерной сжатости в радиальных направлениях. В первую очередь следует наносить на лист элементы, однозначно определившиеся по форме и расположению, чтобы воспользоваться вносимыми ими ограничениями, а также не откладывать проработку узлов и деталей с невыявленными габаритами, чтобы иметь возможность своевременно скомпенсировать увеличение их габаритов за счет уплотнения соседних.
Уменьшение числа деталей в ММ часто достигается за счет усложнения характера движения звеньев. Простейшим примером может служить планетарный редуктор. Ценой усложнения характера движения сателлита удается уменьшить число зубчатых пар (по сравнению с обычным зубчатым редуктором).
Следует отметить, что вопросы, касающиеся способов изготовления деталей, удобства сборки изделия, регулировки и юстировки, взаимозаменяемости, унификации, использования оснастки и инструмента, назначения допусков, выбора материалов, покрытий, термообработки, чистоты обработки поверхностей, способов смазки и т. п. требуют решения именно в процессе вычерчивания набора деталей на чертеже окончательной компоновки.
К числу вопросов, решение которых практически полностью относится к этапу окончательной компоновки, относится обеспечение технологичности сборки как одного из слагаемых общего критерия технологичности модуля. Основы методики конструированиямехатронных модулей
К оглавлению Из множества рекомендаций, касающихся сборки и разборки ММ, одна имеет общий характер следует стремиться по возможности располагать детали таким образом, чтобы при разборке модуля каждая последующая деталь могла быть демонтирована через пространство, освобождающееся при удалении предыдущей детали.
По мере уточнения конфигурации деталей возрастают возможности оценки надежности их функционирования расчетным путем. Наличие прорисованного набора деталей и узлов позволяет по-но- вому проанализировать взаимосвязи с окружением не всего ММ в целом, а каждого узла, каждой детали в отдельности.
При отработке набора деталей на чертеже окончательной компоновки следует тщательно проверить, всюду ли, где возможно, применены нормализованные или типовые элементы.
Оптимальной сточки зрения обеспечения надежности является такая конструкция, в которой применены типовые, хорошо освоенные в производстве блоки, модули, узлы, детали. Сложность процесса детализации вызывает постоянное опасение преждевременности проработки того или иного узла или детали. Поэтому симметричные узлы и детали бывает выгодно вычерчивать лишь с одной стороны от оси симметрии, так как в процессе детализации может возникнуть несколько различных вариантов их конструкции. Той же постепенностью, осторожностью в нанесении новых линий характеризуется методика вычерчивания на чертеже окончательной компоновки крепежных деталей (болтов, винтов, гаек, шайб, штифтов и т. п. Пока форма свинчиваемых деталей окончательно не определилась, крепежные детали представляют на чертеже лишь их осевыми линиями. Затем производится работа по объединению крепежных деталей с целью сокращения их типоразмеров, и после этого каждую крепежную деталь вычерчивают по стандартам.
Процесс обводки деталей, а также их штриховки должен быть направленным. Последовательность обводки чертежа окончательной компоновки в основном совпадает с последовательностью его вычерчивания. Исходя из стремления оставить возможность к максимальной свободе варьирования и своевременной корректировке чертежа не следует прибегать к штриховке до окончания обводки.
Процесс создания чертежа окончательной компоновки — это не только дальнейшее развитие, но и проверка компоновочного решения. Уверенность в рациональности принятой компоновки возникает по завершении реализации большинства заданных требований
8. Методика проектирования мехатронных модулей
К оглавлению в конструкции. Именно в этот момент заканчивается формирование конструкции, в которой отражена и принципиальная схема, и требования технического задания, и взаимосвязи модуля с окружением, и критерии рациональности. 4. 9. Типы и стадии разработки конструкторской документации
Конструкторский документ (КД) в зависимости от его назначения отдельно или в совокупности с другими документами определяет состав и устройство изделия и содержит необходимые данные для его разработки, изготовления, контроля, приемки, поставки, эксплуатации и ремонта.
В зависимости от содержания КД подразделяют на два типа графические КД — документы, содержащие графическое изображение изделия и (или) его составных частей, устройства и принципа работы, внутренних и внешних связей его функциональных частей текстовые КД — документы, содержащие в основном текст сплошной или разбитый на графы в виде иллюстраций могут содержать также и графический материал.
В зависимости от стадии разработки КД подразделяют на проектные (техническое предложение, эскизный проект, технический проект) и рабочие (графические чертежи деталей, сборочные чертежи текстовые спецификации на сборочные единицы, ведомости покупных изделий).
Номенклатура КД, выпускаемых на конкретный объект, полностью указана в [1]. Выборка КД, наиболее часто разрабатываемых при проектировании ММ, приведена в табл. 8.3. Стадии разработки
КД даны в табл. Техническое предложение — совокупность конструкторских документов, которые должны содержать технические и технико-экономи- ческие обоснования целесообразности разработки документации на изделие на основании ТЗ и различных вариантов возможных решений изделия, сравнительной оценки решений с учетом конструкторских и эксплуатационных особенностей разрабатываемого и существующих изделий и патентные исследования.
Техническое предложение разрабатывают с целью выявления дополнительных или уточненных требований к изделию (технических характеристик, показателей качества и др, которые не могли быть
8.4. Основы методики конструированиямехатронных модулей
К оглавлению указаны в ТЗ, и это целесообразно делать на основе предварительной конструкторской проработки и анализа различных вариантов изделия.
Таблица Номенклатура документов для стадий проектирования мехатронных модулей
Шифр документа Вид документа
Те хни че ск ое предложение Проект
Рабочая документация на эскизный технический детали сборные единицы комплексы комплекты Чертеж детали 0
+
—
— —
СБ
Сборочный чертеж — —
+
— —
ВО
Чертеж общего вида 0
+ —
—
— —
ТЧ
Теоретический чертеж 0
0 0
0 Схемы 0
0 —
0 Спецификация — —
+
+ +
ВС
Ведомость спецификаций — —
0 0
0
ВП
Ведомость покупных изделий 0
0
ЭП
Ведомость эскизного проекта —
ТП
Ведомость технического проекта + —
—
— —
ПЗ
Пояснительная записка+ —
—
— —
ТБ
Таблицы
0 0
0 0
0 0
0
РР
Расчеты
0 0
0 0
0 0
0
ПФ
Патентный формуляр 0
0 0
0 0 —
И
Инструкция
—
— — 0 0
0 Примечание «+» — документ обязательный «0» — документ составляют в зависимости от характера, назначения или условий производства изделия «—» — документ не составляют. Методика проектирования мехатронных модулей
К оглавлению Таблица Стадии разработки конструкторской документации
Стадии разработки
Литера документа
Дополнительные указания
Для серийного и массового производства
Разработка технического предложения
П
Литера проставляется при разработке документов
Разработка эскизного проекта
Э
Разработка технического проекта
Т
—
Разработка документации для изготовления опытного образца (опытной партии)
—
Корректировка результатов по результатам изготовления и предварительных испытаний опытного образца (опытной партии)
О
Литера присваивается после окончания корректировки документации поре- зультатам повторного (при необходимости) изготовления и приемочных испытаний опытного образца (опытной партии)
О
1
Корректировка документации опытного образца по результатам изготовления и испытаний установочной серии изделий
А
Литера присваивается после окончания корректировки и отработки (оснащения) технологического процесса
Для единичного производства
Разработка эскизного проекта
Э
Литера присваивается при разработке документов
Разработка технического проекта
Т
Разработка документации для изготовления изделия
Е
Корректировка документации поре- зультатам изготовления и испытания изделия
Е
1
Литера присваивается после окончания корректировки Примечание допускается не присваивать литеру конструкторским документам, выполненным в виде эскизов. Литерой полного комплекта КД изделия следует считать низшую из литер, указанных в документах, входящих в комплект. Литера полного комплекта документов изделия должна быть указана в основной надписи его специ- фикации.
Техническое предложение является первым этапом компоновки изделия, в результате которого выявляют относительное расположение деталей и габариты изделия после рассмотрения и утверждения служит основанием для разработки эскизного (технического) проекта. Основы методики конструированиямехатронных модулей
К оглавлению Эскизный проект — это совокупность конструкторских документов, содержащих принципиальные конструктивные решения, дающие общее представление обустройстве и принципе работы изделия, а также данные, определяющие назначение, основные параметры и габаритные размеры разрабатываемого изделия.
Эскизный проект разрабатывают с целью установления принципиальных (конструктивных, схемных и др) решений.
Чертеж изделия на стадии эскизного проекта представляет собой дальнейшую разработку первого этапа компоновки и должен включать проекции, а также дополнительные виды, разрезы и сечения.
После рассмотрения и утверждения эскизный проект служит основанием для разработки технического проекта или рабочей конструкторской документации.
Технический проект — совокупность конструкторских документов, которые должны содержать окончательные технические решения, дающие представление обустройстве разрабатываемого изделия, и исходные данные для дальнейшей разработки КД.
При необходимости технический проект может предусматривать разработку вариантов отдельных составных частей изделия. Выбор оптимального варианта в этих случаях осуществляется на основании испытаний опытных образцов изделия.
Технический проект, содержащий чертеж общего вида, ведомость технического проекта, пояснительную записку, дает полное и окончательное представление о конструкции, взаимодействии составных частей, эксплуатационно-технических характеристиках изделия и поясняет принцип его работы.
На чертеже общего вида должны быть:
а) изображены виды, разрезы и сечения изделия, нанесены надписи и текстовая часть, необходимые для понимания конструктивного устройства изделия, взаимодействия его составных частей и принцип работы;
б) указаны наименование (если возможно, то и обозначение) составных частей изделия, для которых объясняется принцип работы, приводятся технические характеристики, указывается материал, количество тех составных частей изделия, с помощью которых описывается принцип его работы, поясняются изображения общего вида и состав изделия;
в) приведены необходимые размеры и, если требуется, схема например, кинематическая) изделия, техническая характеристика и технические требования. Методика проектирования мехатронных модулей
К оглавлению Схема — графический конструкторский документ, на котором показаны в виде условных изображений или обозначений составные части изделия и связи между ними.
В зависимости от видов элементов и связей, входящих в состав изделия, схемы подразделяют наследующие виды, обозначаемые буквами электрические — Э гидравлические — Г пневматические П газовые (кроме пневматических) — Х кинематические — К вакуумные — В оптические — Л энергетические — Р деления — Е комбинированные — СВ зависимости от основного назначения схемы подразделяют наследующие типы, обозначаемые цифрами структурные — 1; функциональные принципиальные — 3; соединений — 4; подключения общие — 6; расположения — 7; объединенные — Наименование и код схемы определяется ее видом и типом, например, схема кинематическая принципиальная — К, схема гидропневматическая функциональная — С, схема электрическая принципиальная и соединений — Э0.
Пояснительную записку составляют при разработке технического предложения, эскизного и технического проектов. В ней следует приводить характеристики выбранных технических средств и нестандартного оборудования. Результаты расчетов предпочтительно представлять в табличной форме.
В общем случае пояснительная записка к техническому проекту должна состоять из следующих разделов содержание, введение, характеристика изделия, основные решения, технико-экономическое обоснование и сметная стоимость капитальных затрат, материально- технические средства, обеспечение энергоресурсами и выполнение требований, связанных с автоматизацией и механизацией, научно-ис- следовательские, опытно-конструкторские и экспериментальные работы, указания по подготовке и реализации проекта, приложения.
К рабочей документации проекта относят графические документы чертежи деталей и сборочные чертежи) и текстовые (спецификации на сборочные единицы, могут быть выполнены габаритный, монтажный и другие чертежи, ведомости спецификаций, ссылочных документов. Основы методики конструированиямехатронных модулей
К оглавлению >>
Заключение
Переход от традиционных механизмов и агрегатов к мехатронным модулями системам является качественным скачком. Его реализация невозможна без изучения разработчиком последних достижений механики, электроники, компьютерной техники и умения оперировать современными методами расчета и конструирования.
В тоже время динамичное расширение сферы влияния меха- троники сопровождается появлением оригинальных технических решений и уточненных, а зачастую и принципиально новых расчетных формул. Для их понимания и использования в его работе конструктору нужна достаточно прочная база знаний, формированию которой и служит это учебное пособие
К оглавлению Библиографический список. Егоров ОД, Подураев Ю. В Мехатронные модули. Расчет икон- струирование: Учеб. пособие. — М МГТУ «СТАНКИН», 2004.
2. Таугер В. М Гидропривод мехатронных модулей Учеб. пособие Екатеринбург УрГУПС, 2007.
3. Номенклатурный каталог Редукторы и мотор-редукторы. —
СПб.: Изд-во НТЦ Редуктор, 2002.
4. Каталог продукции Мотор-редукторы. Редукторы. — М Приводная техника, 2002.
5. Востриков АС, Боченков Б. М Опыт разработки мехатронных систем в НГТУ // Мехатроника, 2000. — № 5.
6. Казмиренко В. Ф Электрогидравлические мехатронные модули движения. — М Радио и связь, 2001.
7. Свешников. В. А, Усов А. А Станочные гидроприводы Справ. — М Машиностроение, 1982.
8. Таугер В. М Основы конструирования мехатронных модулей и систем Учеб. пособие. — Екатеринбург УрГУПС, 2004.
9. Бродовский В. Н, Баранов МВ, Илюхин Ю. В Мехатронный приводной модуль поступательного перемещения для технологических машин // Мехатроника. Машиностроение, 2000. — № 4.
10. Ющенко АС, Подураев Ю. В Адаптивные робототехнологиче- ские комплексы для механической обработки и сборки. — М МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1999.
11. Таугер В. М Конструирование преобразователей движения ме- хатронных модулей Учеб. пособие. — Екатеринбург УрГУПС, 2006.
12. Крайнев А. Ф Детали машин Слов.-справ. — М Машиностроение. Проектирование механических передач Учеб. справ. пособие для втузов С. А. Чернавский, ГА. Снесарев, Б. С. Козинцов и др. — М Машиностроение, 1984.

К оглавлению >>
14. Таугер В. М, Ахлюстина Н. В. Расчет и курсовое проектирование деталей машин. — Екатеринбург УрГУПС, 2006.
15. Дунаев ПФ, Леликов ОП Детали машин. Курсовое проектирование М Машиностроение, 2004.
16. ГОСТ 9562—81. Основные нормы взаимозаменяемости. Резьба трапецеидальная однозаходная. Допуски. Взамен ГОСТ 9562—60; введ. 01.01.82. — М Изд-во стандартов, 1982.
17. Егоров ОД. Точность манипуляционных механизмов роботов М Изд-во МПИ, 1989.
18. Гидравлика, гидравлические машины и гидравлические приводы Т. М. Башта, С. С. Руднев, Б. Б. Некрасов и др. — М Машиностроение. ГОСТ 2.781—96. Обозначения условные графические. Аппараты гидравлические и пневматические, устройства управления и приборы контрольно-измерительные. — М Изд-во стандартов, 1997.
20. ГОСТ 20799—88. Масла индустриальные. Технические условия М Изд-во стандартов, 1989.
21. ТУ 38.101413—97. Масла индустриальные серии ИГП. — М,
1997.
22. Подураев Ю. В, Логинов А. В Анализ и проектирование меха- тронных систем на основе критерия функционально-структурной интеграции. Ч. 2. Проектирование систем компьютерного управления для манипуляционного робота РИМА-560. Мехатроника, автоматизация, управление, 2003. — № Библиографический список
К оглавлению >>
Приложение
Таблица П.1
Обозначния условные в гидравлических схемах
Насос нерегулируемый с постоянным направлением потока
Насос нерегулируемый с переменным направлением потока
Насосы регулируемые
Гидромотор нерегулируемый с постоянным направлением вращения
Гидромотор нерегулируемый реверсивный Гидромоторы регулируемые
Гидродвигатель поворотный (мо- ментный гидроцилиндр)
Гидропередача (гидротрансмис- сия) объемная нерегулируемая не- реверсивная
К оглавлению Продолжение табл. П.1
Гидропередача (гидротрансмиссия) объемная с регулируемым насосом реверсивная
Насосная установка регулируемая с электродвигателем одностороннего действия
Гидроцилиндр одностороннего действия с возвратом штока пружиной
Гидроцилиндр плунжерный
Гидроцилиндр двойного действия с односторонним штоком
Гидроцилиндр двойного действия с двухсторонним штоком
Дроссель регулируемый
Клапан обратный
Клапан предохранительный регулируемый
Регулятор потока
Клапан дифференциальный (p
1
– p
2
= Клапан редукционный (p
1
= var; p
2
= Приложение
К оглавлению Окончание табл. П.1
Делитель потока
Гидрораспределитель двухпозиционный с управлением от двух электромагнитов
Гидрораспределитель двухпозиционный с управлением от электромагнита и пружинным возвратом
Гидрораспределитель двухпозиционный с управлением от кулачка
Гидрораспределитель трехпозиционный с управлением от электромагнитов
Гидрораспределитель трехпозиционный с электрогидравлическим управлением
Маслобак со сливным трубопроводом ниже уровня масла
Гидроаккумулятор (без указания принципа действия)
Аккумулятор пневмогидравлический
Линии:
а — основная;
б — управления;
в — дренажная
Перекрещивание линий (без соединения)
Соединение линий
Рукав высокого давления
Приложение

Учебное издание
Виталий Михайлович Таугер
Конструирование мехатронных модулей
Учебное пособие для студентов специальности 220401 — «Мехатроника»
Редактор СВ. Пилюгина
Компьютерная верстка А. В. Трубин
Подписано в печать 00.00.2009. Формат Печать офсетная. Бумага офсетная. Усл. печ. л. Тираж 100 экз.
Издательство УрГУПС
620034, Екатеринбург, ул. Колмогорова, Тел. 245-43-90. E-mail: Akoltyshev@rio.usurt.ru

1 ... 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Смотрите также файлы

Учебнометодический комплекс по дисциплине Управление жизненным циклом информационных систем.doc

Мінездеме Ахметова Гульмира Канатовна жайлы.docx

Практическая работа 26 Вычисление объёмов и площадей поверхностей цилиндра, конуса и шара.docx

Конспект лекций введение.doc

Финансовые инновации и рынок инновационных финансовых продуктов.docx

Файл: Учебное пособие для студентов специальности 220401 Мехатроника Екатеринбург 2009 удк 621. 865. 88 Т46 Таугер в м.pdf

Смотрите также файлы

Информация

Списки файлов

Дополнительно