Konstrukční zásady návrhu polohových servopohonů

Podobné dokumenty
Tuhost mechanických částí. Předepnuté a nepředepnuté spojení. Celková tuhosti kinematické vazby motor-šroub-suport.

Dimenzování pohonů. Parametry a vztahy používané při návrhu servopohonů.

Regulační pohony. Radomír MENDŘICKÝ. Regulační pohony

Dynamické chyby interpolace. Chyby při lineární a kruhové interpolaci.

Odměřovací systémy. Odměřování přímé a nepřímé, přírůstkové a absolutní.

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/ HŘÍDELE A ČEPY

Hlavní parametry mající zásadní vliv na přesnost řízení a kvalitu pohonu

Tiskové chyby vyhrazeny. Obrázky mají informativní charakter.

Zásady regulace - proudová, rychlostní, polohová smyčka

Mechanika. Použité pojmy a zákony mohou být použity na jakékoliv mechanické stroje.

Základní parametry a vlastnosti profilu vačky

ServoFit planetové převodovky PHQ/ PHQA. Quattro pohony s největším výkonem v nejmenším provedení

úvod do teorie mechanismů, klasifikace mechanismů vazby, typy mechanismů,

Výukové texty. pro předmět. Automatické řízení výrobní techniky (KKS/ARVT) na téma

Rotační pohyb kinematika a dynamika

KLÍČOVÁ SLOVA Posuvový mechanismus, mechanické předepnutí, master-slave, tuhostní analýza

OKRUHY K MATURITNÍ ZKOUŠCE - STROJNICTVÍ

Lineární jednotky MTV s pohonem kuličkovým šroubem

Zvyšování kvality výuky technických oborů

INOVACE A DOKONALOST CNC PORTÁLOVÁ OBRÁBĚCÍ CENTRA FV FV5.

Strojní součásti ČÁSTI STROJŮ R

Části a mechanismy strojů 1 KKS/CMS1

SEZNAM TÉMAT K ÚSTNÍ PROFILOVÉ ZKOUŠCE ZE STROJNICTVÍ

OMEZOVAČE KROUTICÍHO MOMENTU

Czech Raildays 2010 MODIFIKACE OZUBENÍ

Části a mechanismy strojů 1 KKS/CMS1

Lineární jednotky MTJ ECO s pohonem ozubeným řemenem

PŘEVODY S OZUBENÝMI KOLY

(lze je rozpojit i za běhu) přenáší pohyb prostřednictvím kapaliny. rozpojovat hřídele za běhu

Dynamické chyby interpolace. Chyby způsobené pasivními odpory. Princip jejich kompenzace.

Mechanika - síla. Zápisy do sešitu

Obchodní akademie, Hotelová škola a Střední odborná škola, Turnov, Zborovská 519, příspěvková organizace,

i Lineární moduly MRJ se dodávají pouze s dlouhými vozíky. Lineární modul MRJ s pohonem ozubeným řemenem 03 > Lineární jednotky serie MRJ

úvod do teorie mechanismů, klasifikace mechanismů vazby, typy mechanismů,

Ing. Oldřich Šámal. Technická mechanika. kinematika

ELEKTRICKÉ STROJE - POHONY

Momentové motory. (vestavné provedení) TGQ Momentové (přímé) motory

Návrh a konstrukce pohonu posuvu vřeteníku stroje WHtec 100

Části a mechanismy strojů 1 KKS/CMS1

Univerzální CNC soustruhy řady SU

1 Úvod do konstruování 3 2 Statistické zpracování dat 37 3 Volba materiálu 75 4 Analýza zatížení a napětí Analýza deformací 185

DIPLOMOVÁ PRÁCE OPTIMALIZACE MECHANICKÝCH

Bezpečnostní kluzné a rozběhové lamelové spojky

Otočný stůl nové koncepce pro multifunkční obráběcí centrum

CENTRUM ROZVOJE STROJÍRENSKÉHO VÝZKUMU VA KOVÉ P EVODOVKY VISION UNLIMITED

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/

Stavebnicové obráběcí stroje, výrobní linky, CNC obráběcí stroje

Kontrolní otázky pro průběžné studium a pro přípravu ke zkoušce ze statiky. Základní pojmy

MECHANICKÉ PŘEVODOVKY S KONSTANTNÍM PŘEVODOVÝM POMĚREM

ROVINNÉ BRUSKY. Řada AHR

Osnova přednášky. Univerzita Jana Evangelisty Purkyně Základy automatizace Robotika

1 ÚVOD 14 2 KDEZAČÍT SE SPOLEHLIVOSTÍASYNCHRONNÍCH ELEKTROMOTORŮ 16 3 BEZDEMONTÁŽNÍ TECHNICKÁDIAGNOSTIKA 17

Mechanické pohony. Doc. Ing. Antonín Havelka, CSc.

Rotující soustavy, měření kritických otáček, typické projevy dynamiky rotorů.

Pohonné systémy OS. 1.Technické principy 2.Hlavní pohonný systém

HLC série. horizontální soustruhy

Lineární jednotky MTJZ s pohonem ozubeným řemenem

Pevnostní výpočty náprav pro běžný a hnací podvozek vozu M 27.0

Anotace materiálu zpracovaného v rámci projektu ESF Investice do rozvoje vzdělání

Zvyšování kvality výuky technických oborů

Tiskové chyby vyhrazeny. Obrázky mají informativní charakter.

Rovnice rovnováhy: ++ =0 x : =0 y : =0 =0,83

Název zpracovaného celku: Řízení automobilu. 2.natočit kola tak,aby každé z nich opisovalo daný poloměr zatáčení-nejsou natočena stejně

STROJNICKÉ TABULKY II. POHONY

Úvod STROJE STR A ZAŘÍZENÍ OJE ČÁSTI A MECHANISMY STROJŮ STR

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/ Odměřovací zařízení

strol. s.ucasl. Joseph E. Shigley The Iowa State University of Science and Technology Richard G. Budynas Institute of Technology

CNC soustružnická centra se šikmým ložem

STROJNÍ SOUČÁSTI. Podle účelu a použití se strojní součásti rozdělují na:

ZÁKLADNÍ INFORMACE. NC nebo konvenční horizontální soustruh série HL s délkou až mm, točným průměrem nad ložem až 3500 mm.

VERTIKÁLNÍ SOUSTRUHY SÉRIE VLC

Mechanismy - úvod. Aplikovaná mechanika, 8. přednáška

OPAKOVACÍ OKRUHY STROJÍRENSTVÍ OBOR: PODNIKÁNÍ V EU

Maturitní témata ze stavby a provozu strojů školní rok 2015/2016 obor M/01 Strojírenství

CNC SOUSTRUŽNICKÁ CENTRA FTC

PŘEVODOVÉ ÚSTROJÍ. přenáší výkon od motoru na hnací kola a podle potřeby mění otáčky s kroutícím momentem

NOVINKA. Kuličková pouzdra EXC / EXCE. Kuličková pouzdra EXC. Kuličková pouzdra EXCE

Vypracovat přehled způsobů řízení paralelních kinematických struktur s nadbytečnými pohony

Lineární pohon s ozubeným řemenem

TŘENÍ A PASIVNÍ ODPORY

Valivé ložisko klíč k vyšší účinnosti

11. Hydraulické pohony

Výpočtová dokumentace pro montážní přípravek oběžného kola Peltonovy turbíny

Přednáška č.8 Hřídele, osy, pera, klíny

Krokové motory EMMS-ST

Základy stavby výrobních strojů Tvářecí stroje I KLIKOVÉ MECHANISMY MECHANICKÝCH LISŮ

Různé druhy spojů a spojovací součásti (rozebíratelné spoje)

Střední průmyslová škola a Vyšší odborná škola technická Brno, Sokolská 1

Návod pro montáž lineární osy a nosné desky

Využití sendvičové struktury pro stojanové těleso obráběcího stroje

CNC VERTIKÁLNÍ OBRÁBĚCÍ CENTRA. Řada FB

3. Mechanická převodná ústrojí

BIOMECHANIKA DYNAMIKA NEWTONOVY POHYBOVÉ ZÁKONY, VNITŘNÍ A VNĚJŠÍ SÍLY ČASOVÝ A DRÁHOVÝ ÚČINEK SÍLY

Mechanika zemin a zakládání staveb, 2 ročník bakalářského studia. Zemní tlaky

Technické lyceum - výběrové předměty

14.16 Zvláštní typy převodů a převodovek

VERTIKÁLNÍ OBRÁBECÍ CENTRA

MKP Jméno vyučujícího : Ing.Květoslav Král

Témata profilové maturitní zkoušky z předmětu Stavba a provoz strojů

Obr. 9.1 Kontakt pohyblivé části s povrchem. Tomuto meznímu stavu za klidu odpovídá maximální síla, která se nezývá adhezní síla,. , = (9.

Transkript:

Konstrukční zásady návrhu polohových servopohonů Radomír Mendřický Elektrické pohony a servomechanismy 2.6.2015

Obsah prezentace Kinematika polohových servopohonů Zásady pro návrh polohových servopohonů minimální vůle (ztráta pohybu vlivem konečné tuhosti a pasivních odporů) maximální tuhost malé pasivní odpory přiměřený moment setrvačnosti Převody a spojky Optimální převod 2.6.2015 2

Co je třeba uvažovat při návrhu osy obráběcího stroje Kinematickou konfiguraci Požadavky na rychlosti a zrychlení Zatížení a hmoty Nabídku komponent Kontrolní výpočty komponent Požadavky na přesnost, spolehlivost a životnost Cenu, náklady na provoz Zdroj:DMG 2.6.2015 3

Kinematika polohových servopohonů Pohony posuvů Kinematické uspořádání mechanické části závisí na určení pohonu. Z hlediska dosažitelných parametrů je nejlepší přímé spojení motoru se šroubem. Pro spojení motoru a šroubu se užívají speciální spojky (tuhé v krutu a poddajné v ohybu), které vyrovnávají menší nesouososti mezi motorem a šroubem. Velmi často je používán převod ozubenými řemeny, jehož hlavní výhodou je tichý chod v porovnání s převodem ozubenými koly a malé nároky na přesnost polohy motoru vůči šroubu. Kvalitní, správně předepnutý ozubený řemen tvoří dostatečně tuhý převod vyhovující většině CNC strojů. 2.6.2015 4

Nejčastěji používané kinematické konfigurace Motor spojka - (převod) - jednostranně nebo oboustranně axiálně uložený kuličkový šroub matice (rotační) 2.6.2015 5

Další kinematické konfigurace Ozubené hřebeny Lineární motory Hydrostatický šroub 2 motory na jeden šroub Podepírání šroubů 2.6.2015 6

Zásady pro návrh polohových servopohonů Konstruktér návrhem mechanické části stroje rozhodujícím způsobem ovlivňuje výslednou kvalitu servopohonů Při návrhu mechanické části pohonů posuvů jde především o dodržení následujících čtyř požadavků: Minimální vůle Maximální tuhost Malé pasivní odpory Přiměřený moment setrvačnosti 2.6.2015 7

Zásady pro návrh polohových servopohonů 1) Minimální vůle v kinematickém řetězci mezi motorem a koncovým členem mechanismu (např. suportem) a minimální vůle v kinematickém řetězci mezi motorem a odměřovacím prvkem. Celková hysterese v polohové smyčce pohonu (vůle a ztráta pohybu vlivem pasivních odporů a konečné tuhosti) menší než 20 (max. 40) inkrementů odměřování - zpravidla 0,01 mm, (resp. 0,02 mm). x celk = x vůle + x ztráta x celk < 0,01 0,02 mm 2.6.2015 8

Zásady pro návrh polohových servopohonů A) Vůle v mechanismu posuvu Řada mechanických zařízení - typicky ozubené převody - musí mít určitou provozní vůli, bez které nemůže fungovat. Vůle je možné zmenšit, nebo vymezit, ale znamená to výraznou komplikaci mechaniky. Ideálně konstrukce taková, aby vymezování vůlí nevyžadovala. Mechanické vůle přepočítáváme na pohyb koncového členu mechanismu. Vůli mezi maticí a posuvovým šroubem vymezujeme vždy (lépe předepnout), protože tato vůle se na pohybu suportu projeví přímo. Nutnost vymezení vůle» použití kuličkových posuvových šroubů. m m m z x vůle 2.6.2015 9

Zásady pro návrh polohových servopohonů B) Ztráta pohybu vlivem konečné tuhosti a pasivních odporů Velikost síly F působící na suport je dána velikostí pružných deformací v soustavě šroub - matice, tedy funkcí F1(d) pro nepředepnuté spojení resp. funkcí F2(d) pro ideálně předepnuté spojení. Suport se pohne až tehdy, když síla F bude větší než třecí síla F T. v m m k m z F = k x v x ztráta F T x ztráta = 2 F T k m m m z F T 2.6.2015 10

Zásady pro návrh polohových servopohonů 2) Maximální tuhost celého mechanismu pohonu včetně prvků odměřování. Vlastní frekvence mechanických částí pohonu (např. suport na pružině uložení šroubu) musí vyhovovat následujícím podmínkám: PRO NEPŘÍMÉ POHONY (např. s kuličkovým šroubem) f 0 50 Hz (min. 30 Hz) PRO PŘÍMÉ POHONY (např. s lineárním motorem) f 0 1500 Hz (min. 800 Hz) f 0 = 1 2π k m Hz 2.6.2015 11

Zásady pro návrh polohových servopohonů 3) Malé pasivní odpory Pasivní (třecí) odpory vznikají ve všech mechanických částech pohonu a to i tam, kde jsou pohyblivé části uloženy valivě. Zvláště u předepnutých valivých elementů nelze pasivní odpory zanedbat. U kluzných uložení ve většině případů nejde o čisté Coulombovské tření, ale o závislost třecí síly (momentu) na rychlosti. Jak je známo, části, které tvoří kluznou dvojici, za klidu do sebe "zapadnou" svými mikronerovnostmi a následkem toho je tření za klidu větší než za pohybu, kdy se kluzná dvojice dotýká jen vrcholky mikronerovností a začíná se tvořit mazací film. Při dalším zvětšování rychlosti pasivní odpory vlivem hydraulických odporů mírně rostou, což však činnosti servopohonů nijak nevadí. 2.6.2015 12

Zásady pro návrh polohových servopohonů 3) Malé pasivní odpory Poměr tření za klidu a za pohybu co nejmenší, ideálně menší nebo rovný jedné (max. 1,2). Celkové pasivní odpory redukované na hřídel motoru menší než 20 % (max. 40 %) trvalého točivého momentu motoru. F Ts F S F T F v F Ts F C 1 (1,2) F C v M T 0,2 0,4 M trv M T = F T h sr 2π 2.6.2015 13

Zásady pro návrh polohových servopohonů Přiměřený moment setrvačnosti mechanické části pohonu vzhledem k motoru. Celkový moment setrvačnosti zátěže (bez momentu setrvačnosti motoru) redukovaný na hřídel motoru menší než 120 % (max. 300 %) momentu setrvačnosti motoru. J Zred = J sr K 2 + m K 2 h sr 2π 2 J Zred J Zred J M 2 3 J M 2.6.2015 14

Zásady pro návrh polohových servopohonů Pořadí, v jakém jsou požadavky na mechaniku uvedeny, odpovídá míře jejich účinku na výsledné vlastnosti servopohonu. První tři požadavky jsou do jisté míry protichůdné, protože zmenšování vůlí a zvětšování tuhosti má zpravidla za následek zvětšení pasivních odporů. Zvětšení tuhosti také často vede ke zvětšení momentů setrvačnosti. Dodržení mezí parametrů uvedených u jednotlivých požadavků by mělo stačit i k realizaci velmi přesného pohonu. Překročením doporučených mezních hodnot parametrů zhoršujeme vlastnosti pohonu. Překročení některé mezní hodnoty uvedené v závorce může mít za následek vážné nedostatky ve funkci pohonu popřípadě zcela nefungující pohon. 2.6.2015 15

Převody a spojky Nejlepší převod je žádný převod ideální je přímé spojení motoru s kuličkovým šroubem (konstrukční jednoduchost, dobré vlastnosti pro polohové servomechanismy, nižší cena mechanických dílů) Někdy je pro lepší konstrukční řešení vhodné převod použít (lepší využití maximální rychlosti pohonu, motor s převodem dopomala je rozměrově menší a levnější) 2.6.2015 16

Převody a spojky Je-li nutný převod větší než dovoluje pár ozubených kol (zhruba 1:4), lze použít speciální převodovky určené pro polohové servomechanismy. Cykloidní převodovka Např.: Planetové (pro převod 1:3 až 1:12) Cykloidní (pro převod 1:10 až 1:70) Harmonické (pro převod 1:50 až 1:300). Harmonická převodovka 2.6.2015 17

Optimální převod Při návrhu servomechanismu často zjistíme nedostatečné zrychlení při rozběhu a zastavení z toho důvodu, že s daným momentem setrvačnosti motor větší zrychlení nevyvine. Je proto vhodné provést optimalizaci převodu tak, aby s danými momenty setrvačnosti pohon dosáhl co největší zrychlení. ω m, ε m J m M m M z K = ω z ω m Mechanismus tvoří motor (Jm), který pohání zátěž (Jz) přes převod: K = ω z ω m v J z ω z, ε z Celkový moment setrvačnosti redukovaný na hřídel motoru: J m celk = J m + J z K 2 2.6.2015 18

Optimální převod ε m = M m J m celk = M m J m + J z K 2 ω m, ε m J m M m K = ω z ω m ε z = ε m K = M m K J m + J z K 2 v M z J z Při jakém převodu K dosáhneme max. zrychlení na zátěži? ω z, ε z ε z K = M m 1 J m + J z K 2 K 0 + 2J z K J m + J z K 2 2 = M m J m J z K 2 J m + J z K 2 2 = 0 J m J z K 2 = 0 J m = J z K 2 Pozn.: Odpovídá přiměřenému momentu setrvačnosti! K opt = J m J z 2.6.2015 19

Optimální převod Při převodu K opt platí, že moment setrvačnosti motoru je roven momentu setrvačnosti zátěže redukovanému na hřídel motoru J m = J zred. Závislost dosažitelného zrychlení na odchylce od optimálního převodu. 2.6.2015 20

Literatura [1] Skalla, J.: Návrh a dimenzování polohových servomechanismů obráběcích strojů. Habilitační práce, TU Liberec 1995. [2] Souček, P.: Servomechanismy ve výrobních strojích, ČVUT Praha, 2004 2.6.2015 21