Элмехшпор
.pdf
1. Электропривод. Определение, основные элементы и наз-ние.
Электропривод — это электромеханическая система (совокупность электромашин, аппаратов и систем управления ими) для приведения в движение исполнительных механизмов рабочих машин и управления этим движением в целях осуществления технологического процесса.
Основные элементы: |
|
|
|
|
Регулятор (Р) предназн. для |
управления |
процессами, |
протекающими |
в |
электроприводе. |
|
|
|
|
Электрический преобразователь (ЭП) предназн. для преобразования эл. энергии сети в регулируемое напряжение постоянного или переменного тока.
Электромеханический преобразователь (ЭМП) — двигатель, предназначен для преобразования электрической энергии в механическую.
Механический преобразователь (МП) может изменять скорость вращения двигателя, а также характер движения (с поступательного на вращательное или с вращательного на поступательное).
Упр — управляющее воздействие.
ИО — исполнительный орган.
Функциональные части:
1.Силовая часть или электропривод с разомкнутой системой регулирования.
2.Механическая часть.
3.Система управления электропривода.
2.Основные законы электромеханического преобразования энергии.
Закон электромагнитной индукции Фарадея — явление возникновения электрического тока в замкнутом контуре при изменении магнитного потока, проходящего через него.
Правило левой руки для двигателей.
Правило правой руки для генераторов.
Законы преобразования:
1. Эл/мех преобразование энергии не может осуществляться с КПД=100% (тепловые потери пропорциональны i2R)
2. Эл/мех преобразователи обратимы – работают и двигателями и генераторами.
3. Электромеханич. преобразование энергии осуществляется в полях, неподвижных друг относительно друга.
3. Механические передачи. Классификация и основные характеристики. Примеры механических передач.
Механическая передача — механизм, служащий для передачи и преобразования механической энергии, как правило с изменением характера движения (изменения направления, сил, моментов и скоростей).
Классификация:
1.По взаимному расположению ведущей и ведомой осей – передачи параллельны, пересекаются или скрещиваются
2.По способу контакта – с непосредств-м контактом и с гибкой связью
3.По способу передачи движения – передача трения и зацепления
Цилиндрические зубчатые передачи - надёжны и имеют высокий ресурс экспл-ции. Бывают прямозубыми (легко изготавливать, но создают вибрацию и быстрее изнашиваются), косозубыми (хорошая плавность работы, низкий уровень шума и долговечность. Осевые силы, из-за которых приходится делать более жёсткую конструкцию корпуса редуктора) и шевронными (сдвоенные косозубые шестерни, имеют больший угол зубьев, чем косозубые. Высокая плавность работы, но дорогие)
Конические зубчатые передачи в имеют пересекающиеся оси входных и выходных валов. Изменяют направление кинетической передачи.
Червячные - высокое передаточное отношение, низкое КПД. Червяки бывают однозаходные и многозаходные.
цепные; зубчатыми ремнями; винтовые
фрикционные;ремённые.
4. Ременная передача
Ремённая передача — это передача мех. энергии при помощи гибкого элемента (ремня) за счёт сил трения или сил зацепления (зубчатые ремни). Состоит из ведущего и ведомого шкивов и ремня (одного или нескольких).
Недостатки (в сравн. с цепной передачей):
1.большие размеры;
2.малая несущая способность;
3.скольжение (не относ-ся к зубч-м ремням);
4.малый срок службы.
Достоинства (в сравнении с цепной передачей):
1.плавность работы;
2.бесшумность;
3.компенсация перегрузок (за счет проскальзывания);
4.компенсация неточности установки шкивов редуктора;
5.сглаживание пульсаций как от двигателя (особенно ДВС), так и от нагрузки;
6.отсутствие необходимости в смазке;
7.низкая стоимость;
8.лёгкий монтаж;
9.возможность работы на высоких окружных скоростях;
10.при поломке не повреждаются прочие элементы конструкции.
Зубчатые ремни включают в себя достоинства как ремённых передач, так и цепных передач.
5. Фрикционная передача. Вариаторы |
|
|
Фрикционная передача — кинематическая пара, |
использующаяся для передачи механической энергии |
|
силы трения. Трение между элементами |
может быть |
сухое, граничное, жидкостное. Жидкостное трение |
наиболее предпочтительно, так как |
значительно |
увеличивает долговечность фрикционной передачи. |
Вариатор - механическая передача, способная плав-но менять передаточное отношение в некотором диапазоне регулирования. Изменение передаточного отношения производится вручную или автоматически.
Слева – клиноременный, справа – конусный вариаторы
6. Зубчатая передача
Зубчатая передача — это механизм, в состав которого входят зубчатые колёса. Назначение - передача вращат-го движения между валами, которые могут иметь параллельные, пересекающиеся и скрещивающиеся оси; преобразование вращ-го движения в поступательное и наоборот.
Зубчатое колесо с меньшим числом зубьев (ведущее) называется шестернёй, второе колесо с большим числом зубьев (ведомое) - колесом.
Классификация:
По типу зубьев (прямозубые; косозубые; шевронные)
По форме начальных поверхностей (цилиндрические; конические)
Цилиндрическая передача
Реечная передача — применяется для преобразования вращательного движения в поступательное и наоборот.
Винтовые, червячные и гипоидные передачи относятся к зубчато-винтовым передачам. Элементы этих передач скользят относительно друг друга.
7. Червячная передача |
|
|
|
|
|
|||
Червячная передача (зубчато-винтовая |
передача) |
— |
механическая |
передача, |
||||
осуществляющаяся |
|
зацеплением червяка и |
сопряжённого с ним червячного колеса. По числу |
|||||
заходов |
резьбы |
червяки |
бывают |
однозаходные и многозаходные |
|
|||
Передача |
предназначена |
для |
существенного |
увеличения крутящего |
момента и |
|||
уменьшения угловой скорости. Ведущим звеном является червяк. Без смазки и вибрации обладает эффектом самоторможения и является необратимой: если приложить момент к ведомому звену передача работать не будет.
Достоинства: плавность работы, бесшумность, большое передаточное отношение, самоторможение, повышенная кинематическая точность
Недостатки: сравнительно низкий КПД, большие потери на трение (тепловыделение), повышенный износ и склонность к заеданию, повышенные требования к точности сборки, необходимость регулировки, необходимость специальных мер по интенсификации теплоотвода
8. Планетарные и дифференциальные передачи
Планетарная |
передача |
|
состоящая из |
нескольких |
планетарных |
центральной, |
солнечной |
шестерни. |
помощью водила. Кольцевая шестерня зацепление с планетарными шестернями.
(дифференциальная передача) — механическая система, зубчатых колёс (шестерён), вращающихся вокруг Обычно планетарные шестерни фиксируются вместе с (эпицикл): внешнее зубчатое колесо, имеющее внутреннее
Наиболее широкое применение принцип |
нашёл в автомобильных дифференциалах, кроме того |
используется в суммирующих звеньях |
кинематических схем металлорежущих станков, также в |
редукторах привода воздушных винтов турбовинтовых двигателей (ТВД) в авиации. В современных устройствах могут использоваться каскады из нескольких планетарных передач для получения большого диапазона передаточных чисел. На этом принципе работают многие автоматические коробки передач.
9. Механические передачи между валами с пересекающимися и скрещивающимися геометрическими осями
Применяются для изменения направления |
передачи вращ. момента |
Коническая фрикционная
Коническая зубчатая
Лобовая
Червячная
Цилиндро-коническая
10. Механизмы, преобразующие движение
Реечная передача – передаточное число равно отношению чисел зубьев.
Винт-гайка: 4 варианта
а) винт ведущий, гайка закреплена и не может вращаться
б) ведущий винт, но он не движется поступательно.
в) ведущая гайка, которая вращается но не движ-ся поступательно
г) ведущий элемент-гайка, которая вращается и движ. поступательно
Механизмы, преобразующе вращательное движение в приближённое к прямолин-му движение: мех. Чебышева, Хойкена, Липкина
— Посселье
11. Винтовые механизмы
Винтовая передача — механическая передача, преобразующая вращающее движение в осевое или наоборот. В общем случае она состоит из винта и гайки.
Винтовые передачи делятся на: передачи скольжения; передачи качения: (шарико винтовые передачи качения (ШВП); ролико винтовые передачи качения).
Винтовые передачи качения имеют возвратный канал.
Используется в приводах исполнительных органов металлорежущих станков, кузнечно-прессового оборудования, в других машинах и механизмах. Винтовая передача также находит применение в детских игрушках для запуска юлы и летающего винта.
12. Математическое описание механической части электропривода
Общее описание можно составить на основе уравнения Лагранжа или Гамильтона:
d |
|
L |
|
L |
|
|
Q , |
i 1, 2, ..., n |
|
|
|
|
|
|
|
||||
dt |
|
q |
|
|
q |
|
q |
i |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
i |
|
i |
|
i |
|
|
||
L W |
W |
|
Лаг ранжиат |
||||||
|
|
К |
|
|
П |
|
|
|
|
Это уравнение предст. собой обобщ. систему материальных точек с n степенями свободы.
координата, qi |
- обобщ. скорость. |
|
|
q |
i |
|
- обобщ.
|
1 |
n |
|
|
|
|
i qi |
2 |
диссинативная ф я |
Реиса |
|
2 |
|
||||
|
i 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
15. Нагрузки электрического привода. Приведение нагрузок к валу двигателя.
ОР-область регулирования. МП-механическая передача. Е-А-переход эл.энергии в механическую работу.
Нагрузки эл. Привода делятся на: статические и динамические. Статические действуют постоянно, динамические-при движении.
Различают силы и моменты, действующие на объект: активные и реактивные.
Активные Fhat направление, независящее от направления движения(Fтяжести, Fветра). Реактивные. F и M, dev возникают при движении, направлены всегда противоположно движению(Fтрения).
1)М(момент силы) характеризует вращательное действие. 
. Различают М относительно оси и точки. 
2)I-момент инерции[кг*м2]-это мера инертности тела при вращательном движении.
Основные типы мех. нагрузки:
1) Мв(вентиляторный М) Мв=М0+mΏh .Противоположно направлению движения.
2)Гравитационные силы. Они всегда есть.
3)Активные внешние силы, действующие на О.(ветер,волны и тд.)
4)Технологические нагрузки,возникающие при обрабо тке материалов(сила резания, сверления и тд).
5)Силы трения. Возникают по 2м причинам: 1.зацепление поверхности шероховатостями; 2.силы межнолекулярного взаимодействия.
F0-Fтр покоя(предметы «прирастают» друг к другу);
I-зона полужидкостного трения,когда смазка помогает(Fтр уменьшается за счет добавления смазки)
II-зона вязкого трения (сама смазка начинает тормозить, гидро-динамическое сопротивление)
kT= |
|
{ |
при | |
| |
} |
|
|
при |
| |
| |
|||
|
||||||
|
|
|
|
|||
Fтр. Зависит от смазки, температуры, от состояния поверхности и множества других факторов и hat случайных характеристик.
Приведение нагрузок.
Для упрощения анализа, мех. подсистему привода приводят к упрощенной структуре:
Дв и звено приведения, к dev приложены мех.нагрузки, действие приложены мех.нагрузки, действие dev эквивалентно действию реальных нагрузок системы. Обычное звено приведения-это вых. Вал Дв, т.е. мех.передача в целом исключается.
Приведение М инерции осуществляется из условия равенства Ек:
пр |
|
н н |
пр н н н
пр
пр
н н
н
н
16. Люфт в механической передаче. Приведение люфта к ведущей и ведомой осям.
Люфт=мертвый ход. Все мех.передачи изготавливают так, что между колесами есть небольшой боковой зазор.
Боковой зазор с зацеплениями-называют величину линейного перемещения профиля зуба одного колеса по линии зацепления при неподвижном др. колесе.
Люфт зацепления-< свободного поворота одного колеса в пределах бокового зазора при неподвижном др. колеса.
с ;
ϳ=2*10-3
Приведение люфтов.
ϳ5∑-это люфт, приведенный к выходному валу.
ϳ5∑= |
|
+ |
|
+ |
|
+ ϳ5 |
|
|
|
j1∑=j1+i1j2+i1i2j3+i1i2i3j4
i=( i1i2i3)*i4=i0*i4
передаточное число редуктора.
ϳ5∑= |
|
+ |
|
|
|
ϳ |
ϳ |
|
|
|
j1∑=j1+i1j2+i1i2j3+i1i2i3j4≈ i1i2i3j4≈ i0*j4
В многоступенчатой передаче основное влияние на люфт оказывает последняя кинематическая пара.
Для ϳ5∑: Передаточное число последней кинемат. Пары должно быть большим, а точность ее изготовления должна быть наилучшей.
Люфты в мех.передаче приводят к появлению ударов, могут вызывать поломки; в системах с ОС возникают автоколебания, поэтому в системах снижается точность.
Люфт стремятся уменьшить или уменьшить его влияния. Два направления по снижению влияния:
1)Конструктивное, связанное с мероприятиями по улучшению качества мех. передачи(прав.проектирование, выбор прав. колес).
2)Схемотехническое. Это спец. Корректирующие устройства, плавный разгон, мягкое торможение.
17. Трение в механических передачах и его влияние на работу механизмов.
Механической передачей называется механизм, служащий для преобразования скорости движения и момента двигателя при передаче его рабочему органу машины. Различают передачи, осуществляемые силами трения,— ременные, фрикционные.
Передачи, работа которых основана на использовании сил трения, возникающих между рабочими поверхностями двух прижатых друг к другу тел вращения,
называют фрикционными передачами.
Для нормальной работы передачи необходимо, чтобы сила трения Fтр была больше окружной силы Ft, определяющей заданный вращающий момент: Ft < Fтр.
(2.42)
Сила трения: Fтр = Fn f, где Fn – сила прижатия катков;f – коэффициент трения.
Нарушение условия (2.42) приводит к буксованию и быстрому износу катков.
Область применения.
Фрикционные передачи с постоянным передаточным отношением применяют сравнительно редко. Их область ограничивается преимущественно
кинематическими цепями приборов, от которых требуется плавность движения, бесшумность работы, безударное включение на ходу и т.п.
Фрикционные вариаторы применяют достаточно широко для обеспечения бесступенчатого регулирования скорости в станкостроении, текстильных, бумагоделательных и других машинах и приборах. В авиастроении фрикционные передачи не применяются. Диапазон передаваемых мощностей обычно находится в пределах до 10 кВт, так как при больших мощностях трудно обеспечить необходимое усилие прижатия катков.
Ременные передачи.
Ременная передача состоит из двух шкивов, закрепленных на валах, и охватывающего их ремня. Ремень надет на шкивы с определенным натяжением, обеспечивающим трение между ремнем и шкивами, достаточное для передачи мощности от ведущего шкива к ведомому.
Сравнивая ременную передачу с зубчатой можно отметить следующие преимущества:
-возможность передачи движения на значительное расстояние (до 15 м и более);
-плавность и бесшумность работы, обусловленные эластичностью ремня и позволяющие работать при высоких скоростях;
-способность выдерживать перегрузки (до трех сотен процентов) благодаря увеличению скольжения ремня;
-невысокая стоимость;
-простота обслуживания и ремонта.
Основными недостатками ременной передачи являются:
-непостоянство передаточного отношения из-за скольжения ремня на шкивах;
-значительные габаритные размеры при больших мощностях (для одинаковых условий диаметры шкивов примерно в 5 раз больше диаметров зубчатых колес);
-большое давление на шкивы в результате натяжения ремня;
-низкая долговечность ремней (от 1000 до 5000 ч).
Ременные передачи применяют преимущественно в тех случаях, когда по условиям конструкции валы расположены на значительных расстояниях. Мощность современных передач не превышает 50 кВт.
В многоступенчатых приводах ременную передачу применяют обычно в качестве быстроходной ступени, устанавливая ведущий шкив на валу двигателя. В таком случае габариты и масса передачи будут наименьшими.
Критерии работоспособности и расчета.
Опыт эксплуатации передач в различных машинах и механизмах показал, что работоспособность передач ограничивается преимущественно тяговой способностью, определяемой силой трения между ремнем и шкивом, долговечностью ремня, которая в условиях нормальной эксплуатации ограничивается разрушением ремня от усталости.
18. Трансформаторы. Принцип действия, типы, характеристики
Трансформаторы — это устройства для преобразования переменного тока и напряжения. Трансформаторы — это преобразовательные устройства не имеющее подвижных частей. Трансформаторы не имеет значительных потерь мощности. Современные трансформаторы имеют высокий КПД — свыше 99 %. Трансформатор состоит из нескольких проволочных обмоток, находящихся на магнитопроводе (сердечнике) из ферромагнитного сплава.
Принцип действия трансформатора основан на явлении электромагнитной индукции. На первичную обмотку трансформатора, подаётся напряжение от внешнего источника переменного тока. Протекающий по первичной обмотке переменный ток создаёт переменный магнитный поток в сердечнике трансформатора. В результате электромагнитной индукции, переменный магнитный поток в сердечнике трансформатора создаёт в обмотках ЭДС индукции, в том числе и в первичной обмотке. НДС индукции пропорциональна первой производной магнитного потока.
Трансформаторы различают: