ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 432
Скачиваний: 15
3 8 8 ГЛ . 9. Н Е Л И Н Е Й Н Ы Е Э Л Е М Е Н Т Ы А В ТО М А ТИ ЧЕСК И Х СИСТЕМ
учесть время разгона выходного вала, то можно считать дви гатель с фрикционной муфтой последовательным соединением идеального запаздывающего звена и звена с релейной характери стикой, изображенной на рис. 9.9.3.
Порошковые фрикционные муфты бывают двух типов: диско вые и цилиндрические. Конструкция дисковой муфты изображена
£2
Рис. 9.9.3. Рис. 9.9.4.
на рис. 9.9.4. В пространстве между ведущим 1 и ведомым 2 дис ками находится ферромагнитная масса, которая может иметь жидкую или твердую основу.
Ферромагнитная масса на жидкой основе представляет собой смесь порошка железа с маслом. Ферромагнитная масса на твер дой основе представляет собой смесь порошков железа и графита или
талька.
При отсутствии тока в обмотке 3 на ведомый диск передается только малый момент, обуслов ленный трением в ферро магнитной массе. Если в обмотке муфты течет ток, то между дисками возни кает магнитное поле и свойства ферромагнитной
массы резко изменяются. Частицы железа, располагаясь по сило вым линиям поля (пунктирная линия на рис. 9.9.4), образуют цепочки. Смесь как бы загустевает, связывая в единое целое массу и диски. В результате возникает значительный момент трения, определяемый напряженностью магнитного поля.
Конструкция цилиндрической порошковой муфты изображена на рис. 9.9.5. Стальной цилиндр 1 связан с ведущим валом, а тон
§ 9.9. Э Л Е К Т РО Д В И ГА ТЕ Л И С Ф РИ К Ц И О Н Н Ы М И МУФТАМИ |
389 |
костенный стакан 2 — с ведомым. С ведущей частью жестко свя заны торцевые крышки 3 из немагнитного материала и магнитопровод 4, в котором уложена управляющая обмотка 5. Питание на обмотку подается через контактные кольца 6. Ферромагнитная масса заполняет объем между цилиндром 1, стаканом 2 и магнитопроводом 4. За счет такой конструкции удается увеличить рабо чую поверхность фрикционной муфты вдвое.
Схема включения порошковых муфт может быть релейной (рис. 9.9.1) или линейной (рис. 9.9.6). Возможность использо вания линейной схемы основана на пропорциональной зависимо сти момента трения муфты от управляющего тока. Если токи в об
мотках электромагнитов |
муфт г’і |
||
и |
і2 равны, то |
моменты |
трения |
муфт одинаковы, |
противоположны |
||
по |
знаку и выходной вал не вра |
||
щается. Когда токи іі и г2 не равны, возникает момент пропорциональ ный разности токов М = к (іі—і2).
Порошковые муфты более эко номичны и малогабаритны по сравнению с электромагнитными. Так, например, при одинаковом токе управления порошковые муф ты обеспечивают момент трения в полтора раза больший, чем элек
тромагнитные. |
Рис. 9.9.6. |
Основными |
преимуществами |
электродвигателей |
с фрикцион |
ными муфтами являются малая инерционность и малая потребляе мая мощность сигнала управления. Повышение быстродействия достигается, во-первых, тем, что управление осуществляется дис ками муфт, моменты инерции которых значительно меньше, чем моменты инерции роторов двигателей. Во-вторых, двигатель непре рывно вращается, имея большую кинетическую энергию, вслед ствие чего присоединение к валу двигателя неподвижного выход ного вала муфты не оказывает существенного влияния на режим его работы. Небольшие массы подвижных частей муфт не требуют большой мощности управляющего сигнала. Поэтому быстродей ствие передачи с фрикционными муфтами в десятки и сотни раз больше, чем передачи с реверсивным двигателем.
Для сравнения приведем следующие цифры. Электродвига тель ДИД-0,5, широко применяемый в маломощных следящих системах, имеет электромеханическую постоянную времени 0,1 с. Если использовать этот двигатель с электромагнитными фрикцион ными муфтами, то запаздывание исполнительного устройства может быть доведено до 0,005 с.
390 ГЛ . 9. Н Е Л И Н Е Й Н Ы Е Э Л Е М Е Н Т Ы А ВТО М А ТИ ЧЕСК И Х СИСТЕМ
§9.10. Электродвигатели с редукторами
Вследящих системах электродвигатели обычно имеют редук тор с зубчатой передачей. В системе электродвигатель — редук тор наблюдаются нелинейные явления. Из них наиболее харак терны: насыщение в магнитной системе двигателя, нелинейное трение и люфт в механической передаче.
Вдвигателях постоянного тока зависимость между током управления и магнитным потоком линейна только в небольшом диа пазоне, за пределами которого, вследствие явления насыщения стальной части магнитопровода, характеристика носит ярко выра женный нелинейный характер. С увеличением тока управления, или, что то же, управляющего напряжения и, в случае двигателя
суправлением через обмотку якоря магнитный поток, а следова тельно, и вращающий момент линейно возрастает. Затем насту пает насыщение магнитопровода и характеристика принимает вид ограничителя. Учитывая это, уравнение движения выходного вала двигателя постоянного тока с управлением через обмотку якоря
(3.13.7) необходимо записать в виде
TQ + й = ер (и) — ксМс, |
(9.10.1) |
где ф (и) — нелинейная функция управляющего напряжения (ограничитель). В установившемся режиме при больших значе ниях управляющего напряжения угловая скорость £2 постоянна и не зависит от управляющего напряжения. Таким образом, насы щение магнитопровода приводит к ограничению угловой скоро сти вращения выходного вала двигателя. Трение в механической передаче создает момент сопротивления Мс:
м с = Мі + М г, |
(9.10.2) |
где М 1 = М 0sgn й — момент сухого трения, М 2 = к $ г — мо мент вязкого трения, который при малых скоростях имеет линей ный характер (г = 1), а при больших — квадратичный (г = 2).
Сухое трение не зависит от величины скорости и определяется лишь ее знаком. Важной особенностью сухого трения является то, что при равенстве нулю скорости момент трения может при нимать любое значение в пределах — М 0 ^ Мі М 0, причем в каждый данный момент времени момент трения равен сумме всех других моментов, включая момент сил инерции. Поэтому, если скорость стала равной нулю и сумма других моментов ока жется по абсолютной величине меньше М 0, то система остано вится. Застой будет продолжаться до тех пор, пока сумма момен тов не превысит величину М 0, после чего снова начнется движе ние системы. Если в процессе движения системы при й = 0 всегда оказывается, что сумма всех моментов больше момента трения, то застоев не будет.
§ 9.10. Э Л Е К Т РО Д В И ГА ТЕ Л И С РЕД У К Т О РА М И |
391 |
Исследование работы электродвигателя с редуктором в общем случае с улетом силы сухого трения чрезвычайно затруднено. Значительного упрощения можно достигнуть, если считать двига тель безынерционным. Полагая в (9.10.1) Т = 0, учитывая только сухое трение Мс — М і = М 0sgn £2 и рассматривая линейную часть характеристики момента управления ср (и) = ки, получим
£2 + jkf§sgn£2 = &u |
при |
£ 2^0, |
| |
Г9 Ю 3) |
— М о ^ к и ^ іМ о |
при |
£2 = 0, |
J |
|
где М* = ксМ 0. Отсюда определяется угловая скорость £2 как нелинейная функция управляющего напряжения и:
ки — М% при |
и>Мо//с, |
|
|
0 |
при |
\и\^.М о/к, |
(9.10.4) |
{ки-\-Мо |
при |
u ^ - M t / k - |
|
Из этой формулы следует, что сухое трение приводит к возникно вению зоны нечувствительности. Совместное действие двух фак торов: насыщения в магнитной системе двигателя и сухого трения
в механической передаче (без учета инерционности двигателя) — приводит к нелинейной зависимости £2 = £2 (и), изображенной на рис. 9.10.1.
Рассмотрим теперь влияние люфта. При наличии люфта, т. е. зазора в механической передаче, перемещение ведущего звена не вызывает перемещения ведомого звена до тех пор, пока не будет выбран зазор. Связь между входной и выходной переменными со ответствует прямой AB на рис. 9.10.2, где через 2d обозначена величина зазора, отнесенная к ведущему звену, а через у = tg а — передаточное отношение. При перемене знака производной входной величины ведомое звено как бы отключается от ведущего, пока последнее не выберет зазор; при этом зависимость между входной и выходной переменными теперь описывается прямой CD на рис. 9.10.2.
