3.2 Предварительный выбор двигателя мм

При выборе электродвигателя и преобразователя для ММ необходимо учитывать дополнительные требования места эксплуатации:

- подаваемое на мехатронную систему напряжение и тип тока – для стационарных станков – переменный ток 220-360 В, для мобильных устройств с аккумуляторами - постоянный ток (например для автомобильных систем –12 В) и т.д.;

- требования к массе и габаритным размерам (например при модернизации станка ММ должен соответствовать по размерам нише от старого ММ) и т.д.;

- требования к правилам эксплуатации ММ – количество запусков ММ в час, сутки (чем чаще запускается ММ, тем больше его износ, нагрев, больше шансов его поломки), требования к периоду непрерывной работы (способен ли ММ надежно работать в течение требуемого периода без останова) и т.д.;

- требования к надежности, точности и быстродействию ММ (чем меньше механических передач в системе, чем качественнее узлы и их соединения, тем она надежнее). В системах с высокими требованиями к надежности необходимо стремиться к минимизации передаточных звеньев (например, выбрать линейный двигатель для линейных перемещений электрода в электроэрозионной машине, избавившись от дополнительного преобразования вращения вала двигателя в линейное перемещение с помощью передачи винт-гайка , но здесь есть очень низкое ограничение по мощности таких двигателей).

Все эти требования определяются на первой стадии проектирования не только ММ, но и всей мехатронной системы.

Исходя из этих требований подбирается конкретный двигатель.

Рисунок 3 - Алгоритм проектирования ММ

(Выделены элементы алгоритма для данной ргр)

В задании на РГР основные требования уже определены.

Таблица 1 - Исходные данные для выбора двигателя ММ

Момент нагрузки Мн	Н·М
Частота вращения выходного вала	об/мин
Угловое ускорение вращения выходного вала Ен	рад/с2
Момент инерции нагрузки Jн	кг·м2
Температура эксплуатации	°С
Срок службы не менее	час
Критерий выбора двигателя	Быстродействие Минимальная масса Габаритные размеры Максимальная надежность Минимальные погрешности, точность позиционирования инструмента Критичные климатические условия (повышенная влажность, пыльность и т.д.) и т.д.
Режим работы	Кратковременный Долговременный
(выбрать по сфере применения) Род подаваемого на ММ тока	Переменный Постоянный

Существует несколько принципиально различных видов электрических двигателей (рисунок 4).По роду тока их разделяют на двигатели постоянного и переменного тока.

Двигатели постоянного тока могут иметь различный способ возбуждения: независимое, смешанное или последовательное. Свойства двигателей независимого, смешанного или последовательного возбуждения различны.

Двигатели с независимым возбуждением, или, как их иногда называют, шунтовые, при изменении нагрузки на валу в широких пределах мало изменяют свою скорость вращения. Поэтому их применяют в тех случаях, когда важно, чтобы рабочая скорость механизма оставалась примерно постоянной как при работе вхолостую, так и при любой рабочей загрузке.

Двигатели с последовательным возбуждением характеризуются тем, что скорость их вращения в большой степени определяется нагрузкой на валу.

Рисунок 4 – Классификация электрических машин (электродвигателей)

При небольших нагрузках скорость вращения двигателя велика, а при возрастании нагрузки она в значительной степени понижается. Эксплуатация таких двигателей без нагрузки запрещена, так как при этом скорость вращения может возрасти до такой величины, при которой возможно механическое повреждение двигателя. Двигатели с последовательным возбуждением могут выдерживать значительные перегрузки.

Характеристики двигателей смешанного возбуждения имеют среднее значение между характеристиками двигателей с независимым и последовательным возбуждением.

Среди двигателей переменного тока также можно выделить несколько видов. К ним относятся асинхронные и синхронные двигатели переменного тока.

Наиболее распространенными на промышленных предприятиях являются асинхронные двигатели трехфазного тока с короткозамкнутым ротором. Эти двигатели при всей своей простоте обладают рядом специфических особенностей, прежде всего в отношении условий пуска, реверса и торможения.

Асинхронные двигатели с фазным ротором также находят широкое применение. Зажимы роторной обмотки в таких двигателях выведены на кольца, что дает возможность изменять условия пуска, реверса и торможения, вводя в цепь ротора добавочные пусковые и тормозные сопротивления. Скорость вращения асинхронных двигателей в нормальном режиме работы мало зависит от нагрузки на валу. В этом отношении они аналогичны двигателям постоянного тока с независимым возбуждением. Однако возможности асинхронных двигателей в отношении регулирования скорости весьма ограничены. Поэтому асинхронные двигатели с короткозамкнутым ротором в нормальном исполнении, как правило, находят применение в электроприводах механизмов, не требующих регулирования скорости.

Синхронные двигатели используются в нереверсивных нерегулируемых электроприводах, работающих длительно, без частых пусков и остановок. Как правило, они выпускаются на мощности выше 50 кВт.

Таблица 2 – Методика выбора типа электродвигателя

	Критерий	Источник	Тип двигателя
	Требуется ли очень точное позиционирование?	[13, стр. 7]	сервопривод;
	если точности 0,09 град. будет достаточно	[13, стр. 7]	шаговый двигатель;
	Требуется ли плавное движение, особенно на маленьких скоростях?	[13, стр. 7]	да - сервопривод; нет - шаговый двигатель;
	Критична ли цена устройства?	[13, стр. 7]	да - шаговый двигатель; нет - сервопривод.
	Какое напряжение питания предпочтительно? Сеть постоянного тока	[стр. 12]	двигатель постоянного тока (шунтовый, последовательного, смешанного возбуждения)
	Питание от источника переменного тока	[стр. 13] [6, стр. 7] [8,стр.116, 227] [1, стр. 6]	асинхронный (одно, двух, трехфазный), синхронный двигатель переменного тока,двигатель постоянного тока с преобразователем от переменного (для п.10)
	Есть ли требования к ресурсу устройства, его долговечности? Если достаточен ресурс до 20000 часов	[1, стр. 6]	коллекторный двигатель с редуктором;
	Требуется ресурс более 20000 часов, взрывоопасная среда, недопустимы радиопомехи	[1, стр. 6]	бесколлекторный двигатель;
	Предполагается использовать электродвигатель для простого вращения, например для витрины, рекламных конструкций, вентиляторов, для перемешивания	[1, стр. 5] [8,стр.227] [6,стр. 7,20]	синхронный двигатель, мотор-редуктор с коллекторным двигателем; двигатели с последовательным возбуждением
	То же самое, но есть требования к надежности и ресурсу, предпо-чтительно питание от сети 12 В	[1, стр. 5] [8,стр.116] [6, стр. 7,20]	асинхронный двигатель;
	Требуется ли регулирование скорости	[стр. 13] [8,стр.116] [6, стр. 20]	асинхронный двигатель с фазным ротором, сервопривод;
	Предусмотрены значительные перегрузки, не предусматривается эксплуатация без нагрузки	[стр. 13]	двигатели с последовательным возбуждением;
	Важно, чтобы рабочая скорость механизма оставалась примерно постоянной как при работе вхолостую, так и при любой рабочей загрузке	[стр. 12]	шунтовый двигатель;
	Нужен привод для реализации работы двигателя по заданной программе: переместить в определенную позицию, выполнить реверс, приостановить работу на заданное время, продолжить работу с измененной скоростью. Такие алгоритмы используются, например, в намоточном оборудовании, в протяжке лент, проволоки, фольги и подобных устройствах, в сварочных автоматах	[1, стр. 5] [6, стр. 20] [8,стр.116]	Асинхронный двигатель с фазным ротором, двигатель постоянного тока, линейный двигатель (для малых мощностей – например электроэрозийный, ювелирный станок);
	Требуются малые габариты, высокий КПД	[1, стр. 6]	двигатель постоянного тока
	Устройство предъявляет повышенные требования к точности, плавности и требует сложных алгоритмов работы, имеет небольшую мощность	[13, стр. 7]	сервопривод, линейный двигатель;
	Требуется очень высокое быстродействие	[13, стр. 7]	сервопривод, линейный двигатель;

Предварительный выбор электродвигателя осуществляется, исходя из вычисленной необходимой мощности двигателя N_двиг [1,стр.6-8 ]:

, (1)

где ξ - коэффициент запаса, выбирается согласно заданному режиму работы и типу двигателя [1, стр. 10],

M_н – момент нагрузки (задан в технических требованиях по вариантам),

n_н – частота вращения выходного вала редуктора (задана),

η – КПД.

Поскольку по условию РГР в качестве выходного преобразователя используется зубчатый редуктор, то принимаем η = 0,8 [1, стр.9,28].

П о вычисленному значению мощности двигателя, заданному в техническом задании, параметрам двигателя (скорости вращения выходного вала, условия эксплуатации и т.д.) из справочника по двигателям выбираем подходящий двигатель с максимально близкими техническими характеристиками мощности к вычисленной. В интернет-источнике [6] справа на сайте есть возможность быстрого поиска наименований двигателей, удовлетворяющих вашим критериям поиска.

В РГР необходимо включить мотивацию выбора двигателя и таблицу характеристик выбранного двигателя.

Таблица 3 - Паспортные данные двигателя

Напряжение питания
Частота питающего напряжения
Род тока
Номинальная мощность	Nдвиг
Номинальные момент	Mн
Пусковой момент	Mп
Частота вращения выходного вала	nдвиг
Момент инерции ротора	Jр
Температура окружающей среды
Диаметр выходного вала	Øвала
Реверс (да, нет)
Масса*
Габаритные размеры*
Безотказность*
Быстродействие*
Точность*

* Внести в зависимости от критериев, указанных в задании.