15η Ενότητα: Περιστροφική κίνηση σύστημα περιστροφικής κίνησης δομή και χαρακτηριστικά σημαντικές σχέσεις Χαμηλοθώρης ISL I nt el l i gent Syst ems Lab ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ 1
Σύστημα περιστροφικής κίνησης Τρία στοιχεία κινητήρας (1) μετάδοση φορτίο (2) Βασικά 2ω,Τ μεγέθη Tροπή T [Nm] ω γωνιακή ταχύτητα [rad/s] J ροπή αδρανείας [kgm2] P ισχύς [W] 1 ω,τ 2
Χαρακτηριστικά του φορτίου (1/2) J2 Ροπή αδρανείας Τ(ω) "χαρακτηριστική φορτίου" β συντελεστής τριβής 2ω,Τ Τ ω 3
Χαρακτηριστικά του φορτίου (2/2) συνήθεις υποθέσεις εργασίας (σε μια περιοχή λειτουργίας) σταθερή ροπή φορτίου β=0 σταθερή κλίση β=cnst (στατική?) 2 ω,τ Τ ω 4
Χαρακτηριστικά της μετάδοσης Ν=ω1/ω2 σχέση μετάδοσης η [%] βαθμός απόδοσης s [%] μηχανική ολίσθηση =0 εάν η=100% T1ω1=Τ2ω2 Τ2=Ν Τ1 όρια λειτουργίας συνθήκες συντήρηση 5
Χαρακτηριστικά του κινητήρα (1/2) ηλεκτροκινητήρας συνεχούς ρεύματος (μ.μ.) με ή χωρίς ψήκτρες (brushless) Τ=kmI V=kmω+RI +... km V,I 1 ω,τ ηλεκτρομηχανική σταθερά...+ L di/dt και άλλα (συνήθως αγνοούνται) όχι για βηματικό κινητήρα 6
Χαρακτηριστικά του κινητήρα (2/2) km σταθερά [Nm/A]=[Vs/rad] R (L) τυμπάνου J ροπή αδρανείας (ως φορτίο) β τριβή (ως φορτίο) V,I όρια λειτούργίας 1 ω,τ Τ ω 7
Αναγωγές μηχανικών μεγεθών διατήρηση στροφών (χωρίς ολίσθηση) διατήρηση ενέργειας διατήρηση ροπής Κινούμενη Μάζα ροπή F.R περιστροφική ισχύς Τ.ω αποθηκευμένη κινητική ενέργεια J.ω2 ηλεκτρική ισχύς V.I 8
16η Ενότητα: Οδοντωτοί τροχοί (γρανάζια) τύποι και χαρακτηριστικά βασικές σχέσεις παράδειγμα ηλεκτρομειωτήρα R/C servo Χαμηλοθώρης ISL I nt el l i gent Syst ems Lab ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ 9
Οδοντωτοί τροχοί (γρανάζια) μεταφέρουν ροπή μέσω οδόντων κυκλική κίνηση χωρίς ολίσθηση nα: αριθμός οδόντων με τζόγο (backlash) με τριβή 10
Βασική γεωμετρία των οδ. τροχών ευθείς (παράλληλοι άξονες) διάμετρος επαφής (DA,DB) A B S=Βήμα =πdb/nb =πda/na 1 A S B 2 DΦ 11
Απλή μετάδοση με ζεύγος οδ. τροχών σχέση μετάδοσης N=ω1/ω2=nB/nA=DB/DA A ω2=νω1 B ω : ταχύτητα περιστροφής n : αριθμός οδόντων D : διάμετρος επαφής (pitch) 1 A B 2 DΦ 12
Μετάδοση της στρεπτικής ροπής 1 Τ2ω2=Τ1ω1-Απώλειες Τ2=ηmΝΤ1 A B A B 2 Τ : στρεπτική ροπή N : σχέση μετάδοσης (μειωτήρας Ν>1) ηm : μηχανικός βαθμός απόδοσης (<1) F R 13
Σύνθετη ροπή αδρανείας J2ω22=JBω22+JAω12 J1ω1 =JΑω +JΒω 2 2 1 1 2 2 A B A B 2 J2= JB+JAΝ2 J1= JΑ+JΒ/Ν2 J : ροπή αδρανείας N : σχέση μετάδοσης (μειωτήρας Ν>1) ω : γωνιακή ταχύτητα 14
Σύστημα οδοντωτών τροχών συνήθως μειωτήρας (Ν>1) π.χ. "κιβώτιο" ταχυτήτων μετατοπίζει τη χαρακτηριστική φορτίου υψηλότερες ροπές απώλεια ισχύος Τ ω 15
Μετάδοση μέσω κιβωτίου 2 συνολικές σύνθετες σχέσεις: D C B ω1/ω2=(ωa/ωb)(ωb/ωc)(ωc/ωd) A N=(DB/DA)(DD/DC) 1 J A+ J1= A D B C 2 (JB+Jc)(DA/DB)2+ JD/N2 16
Παράδειγμα: ηλεκτρομειωτήρας (R/C servo) μηχανικές διαστάσεις χαρακτηριστικά... ισχύς ροπή ταχύτητα αξιοπιστία συνθήκες λειτουργίας απόδοση συντήρηση 38 17
Κατασκευή του μειωτήρα στάδια υποβιβασμού στροφών ροπή αδρανείας σχέση μετάδοσης κατασκευή οδοντωτών τροχών - δυνάμεις 18
17η Ενότητα: Ηλεκτρομηχανική κίνηση φορείου κατασκευαστική διαμόρφωση δυνάμεις και ροπές αδράνεια Χαμηλοθώρης ISL I nt el l i gent Syst ems Lab ΜΗΧΑΤΡΟΝΙΚΗ 19
Παράδειγμα κίνησης τροχών με ηλεκτρομειωτήρα Προσαρμογή του τροχού στον άξονα εξόδου (φορτίο) δύο τροχοί κινούμενοι από ανεξάρτητους ηλεκτρομειωτήρες = δυνατότητα διεύθυνσης 20
Φορείο με δύο ανεξάρτητους κινητήριους τροχούς (platform) Τυπικές εφαρμογές: βάση για εκπαίδευση σε Μηχατρονική ομαδική συμπεριφορά μηχανών βάση δοκιμών με παιχνίδι... 21
Το Μήχατρον Φ110 mm 0,250 Kg 2X5 Watt 2X3 "tank drive" ομφάλιος 22
Δυνάμεις "φορτίου" (1/3) Κατακόρυφη στατική ισορροπία (κατανομή του βάρους) L1 ισορροπία δυνάμεων L3 1 W=2F1+F3 ισορροπία ροπών 3 2F1L1=F3L3 2 23
Δυνάμεις "φορτίου" (2/3) Η ροπή του ηλεκτρομειωτήρα αντισταθμίζει, μεταξύ άλλων, τη δύναμη "τριβής κύλισης". F=Ffr= μfw = εφ(θ)fw Τx=F.R Ftot Tx ροπή στον άξονα τροχού Fw κατακόρυφη δύναμη Ffr περιφερειακή δύναμη R ακτίνα τροχού Ffr μ συντελεστής τριβής Fw R θ 24
Δυνάμεις "φορτίου" (3/3) Επιπρόσθετα, ο κινητήρας αντιμετωπίζει την τριβή στο εσωτερικό του μειωτήρα... Τ1=α ω1+tx/n Τ T1 ροπή στον άξονα κινητήρα Τ1 α N σχέση μετάδοσης ω1 γωνιακή ταχύτητα κινητήρα α συντελεστής τριβής μειωτήρα (κιβωτίου) ω 25
Σύνθετη ροπή αδρανείας Συνολική ροπή αδρανείας: άθροισμα των επιμέρους J μετά από αναγωγή στον άξονα του κινητήρα... Στοιχείο του συστήματος κίνησης "Τοπική" ροπή αδρανείας Αναγωγή στον κινητήρα πλύμνη του κινητήριου τροχού mr2/2 1/N2 οδοντωτοί τροχοί μειωτήρα και αξονίσκοι miri2/2 1/Ni2 αδράνεια (μάζα) του σώματος του φορείου ΜφR2/2 1/Ν2 26