8.8: Передаточное отношение в системах электромоторов постоянного тока

Используя в качестве базы уроки, изученные в рамках работы над Блоком 7, необходимо применить механическое преимущество в системах электромоторов постоянного тока. Электромоторы постоянного тока имеют ограничения рабочих характеристик, а также пороги по нагрузке. Иногда для получения требуемого решения задачи требуется определенная скорость, достичь которой помогает приводная система электромотора, позволяющая повышать или понижать его скорость.

Первым этапом в решении данной задачи является расчет предполагаемой рабочей нагрузки на электромотор. Расчет выполняется на основе характеристик электромотора, проектных условий, формул и уроков Блока 7. Далее, необходимо взять выходные требования и входные ограничения и рассчитать необходимое передаточное отношение.

Для конфигурации руки, представленной выше, необходимо принять во внимание, что система снабжена только одним 2-проводным электромотором VEC 393, и этот электромотор не может единовременно потребить свыше 2,5 ампер тока. Какое передаточное отношение нужно применить, чтобы поднять объект массой 30 ньютонов, не превысив установленного потребления?

Прежде всего необходимо рассчитать крутящий момент, приложенный рукой:

Крутящий момент = Сила х Расстояние = 30 Н х 0,5 м = 15 Н-м

Следующим этапом выполняется расчет крутящей нагрузки, которая спровоцирует превышение электромотором установленного потребления в размере 2,5 ампер:

Крутящая нагрузка = (Заданный ток электромотора - Свободный ток) х Предельный перегрузочный момент / (Ток заторможенного электромотора - Свободный ток)

Крутящая нагрузка = (2,5 ампера - 0,37 ампера) х 1,67 Н-м / (4,8 ампера - 0,37 ампера)

Крутящая нагрузка = (2,13 ампера) х 1,67 Н-м / (4,43 ампера)

Крутящая нагрузка = 0,803 Н-м

Таким образом, если крутящая нагрузка на выходе коробки передач составляет 15 Н-м, а предельная нагрузка на электромотор составляет 0,803 Н-м, каким должно быть передаточное число ?

Выходной момент = Входной момент х Передаточное число

Переорганизация:

Передаточное число = Выходной момент / Входной момент

Передаточное число = 15 Н-м / 0,803 Н-м = 18,68

Исходя из этого примера, требуемое передаточное число 18,68. Тем не менее, как обсуждалось выше, не всегда получается достичь определенного передаточного отношения исключительно с помощью шестерен. Допустим, у проектировщика есть шестерни с 12-ю, 36-ю, 60-ю и 84-мя зубьями. Необходимо рассчитать сложное передаточное число, которое бы давало требуемое суммарное передаточное отношение (для примера выше).

Существует несколько возможных решений. Наиболее важно получить сложное передаточное отношение, дающее число, превышающее 18,68. Только в этом случае поставленная цель может быть достигнута.

Условия: проектировщики должны попытаться получить требуемое передаточное число, используя минимальное количество ступеней, при этом передаточное число должно быть максимально приближено к значению 18,68, но не меньше.

Подсказка: чтобы получить число, приближенное к значению 18,68, можно изучить список вариантов редукции, представленных выше в данном Блоке, и выбрать наиболее подходящий.

Подойдет ли вариант 12:60, затем 12:60?

60 / 12 = 5
60 / 12 = 5
5 x 5 = 25

Значение 25 больше значения 18,68, поэтому оно приемлемо. Тем не менее, значение 25 существенно превышает желаемое значение, поэтому рука будет двигаться медленнее, чем требуется для выполнения поставленной задачи. Существуют ли другие варианты, более приближенные к значению 18,68?

Подойдет ли вариант 12:36, затем 12:84, в качестве простого двухступенчатого редуктора?

36 / 12 = 3
84 / 12 = 7
3 x 7 = 21

Значение 21 больше значения 18,68, поэтому второй вариант приемлем и более приближен к желаемому значению, чем первый.