POLITECHNIKA ŚLĄSKA
Wydz. MECHANICZNO - TECHNOLOGICZNY
Kier. AUTOMATYKA I ROBOTYKA
SPRAWOZDANIE
SERWONAPĘDY MASZYN I URZĄDZEŃ
Temat: Komputerowo wspomagany dobór serwonapędu.
Michał Majzner
Piotr Niedośpioł
Kierunek: Automatyka i Robotyka
Specjalność: AB3
Semestr:8
Rok akademicki: 2007/2008
Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia było zapoznać się ze sposobem doboru elementów serwonapędu oraz programem „SERWO_IBM” wspomagającym ten dobór.
Wstęp teoretyczny
Serwomechanizm jest urządzeniem ustalającym położenie obiektu odpowiednio do dowolnie zmieniającego się sygnału zadanego. Działanie serwomechanizmu zależy od różnicy między rzeczywistym a żądanym położeniem obiektu. Działanie to polega na zmniejszaniu tej różnicy do zera i uzgodnieniu w ten sposób rzeczywistego położenia na wyjściu z położeniem żądanym.
Rys.1: Schemat serwomechanizmu.
Serwomechanizm napędu posuwu obrabiarki składa się z:
silnik serwomechanizmowy prądu stałego,
zasilacz,
przekładnia mechaniczna (silnik-śruba pociągowa),
śruba pociągowa SP,
napędzany zespół roboczy.
Strefa nieczułości jest to kąt obrotu wałka silnika, po przekroczeniu, którego zespół napędzany, czyli sanie rozpocznie ruch posuwowy. Warunkiem rozpoczęcia ruchu jest pokonanie oporów spoczynkowych. Strefa nieczułości może być opisana i dobierana przez uwzględnienie:
sił tarcia występujące w łańcuchu kinematycznym napędu obrabiarki,
luzów w mechanizmach łączących silnik z zespołem roboczym,
Program SERVO_IBM pozwala na dobranie kolejno następujących elementów:
śruby pociągowej,
łożysk,
silnika,
przekładni pasowej,
zasilacza,
weryfikację poprawności wyboru śruby pociągowej i silnika.
Część praktyczna
Zadanie 1:
Dla wybranej wartości zastępczej współczynnika tarcia dokonać całościowego doboru elementów posuwu.
PODSTAWOWE WIELKOŚCI KONFIGURUJĄCE UKLAD NAPĘDOWY
masa przesuwana (stół + elem.obr.) m = 400.000 [kg]
długość śruby kulkowej l = 1.500 [m]
skok śr. kulkowej (5,6,8,10,12,16,20) = 5.000 [mm]
ilość obiegów kulek w nakrętce śr. n = 5 [-]
częstość rezonansowa fr = 100.000 [Hz]
kat nachylenia prowadnic do pionu º = 90.000 [º]
zastępczy wspl. tarcia µa = 0.100 [-]
zastępczy wspl. tarcia µb = 0.100 [-]
przełożenie przekładni paskowej ipz = 1.000 [-]
dopuszczalna strefa nieczułości Sn = 5.000 [um]
sposób podparcia śruby kulkowej = dwustronny
usytuowanie śruby kulkowej = pozioma\podl.
posuw szybki pszy = 8000.000 [mm/min]
maksymalny posuw roboczy prob = 600.000 [mm/min]
składowa główna siły skrawania Fv = 8000.000 [N]
składowa odporowa siły skrawania Fr = 1000.000 [N]
składowa posuwowa siły skrawania Fa = 4500.000 [N]
trwałość napędu Lh = 20000.000 [godz]
sposób chłodzenia silnika = nie chłodzony
średnia siła napięcia prowadnic Pp = 100.000 [N]
wspl. wzmocnienia prędkościowego kv = 16.600 [1/s]
max przyspieszenie członu rob.amax = 3.000 [m/s^2]
ROZKŁAD ZMIENNOŚCI OBCIAŻENIA
max. siła [%] |
max. obroty śruby [%] |
czas pracy[%] |
100.0 |
50.0 |
100.0 |
0.0 |
0.0 |
0.0 |
0.0 |
0.0 |
0.0 |
0.0 |
0.0 |
0.0 |
0.0 |
0.0 |
0.0 |
PARAMETRY ŚRUBY
Typ : VNAI,II40x5
Firma : FOP.Avia-Warszawa
d1 = 40.00 [mm]
h = 5.00 [mm]
dk = 3.17 [mm]
d3 = 58.00 [mm]
d4 = 90.00 [mm]
d5 = 74.00 [mm]
d6 = 10.50 [mm]
l1 = 56.00 [mm]
l2 = 116.00 [mm]
l3 = 43.00 [mm]
Cs = 67500.000 [N]
Cd = 30000.000 [N]
Is = 1610.000 [kg*m^2]
Kk = 2600000000.000 [N/m]
Ks = 236000000.000 [N/m]
PARAMETRY ŁOŻYSKA
Typ : ZARF3080TN..LTN
Firma : INA
d = 30.00 [mm]
Dd = 80.00 [mm]
H = 50.00 [mm]
H1 = 33.00 [mm]
C = 18.00 [mm]
D1 = 52.00 [mm]
B = 10.00 [mm]
Cd = 36000.0004 [N]
Cs = 91000.000 [N]
n = 5500.000 [obr/min]
ns = 1375.000 [obr/min]
M = 32.000 [Nm]
Mt = 0.800 [Nm]
Kl = 2200.000 [N/um]
PARAMETRY DOBRANEJ PRZEKŁADNI PASOWEJ
Firma : UNIROYAL
Typ przekładni : H
Typ paska : 600H100
Typ kola 1 : 44H100
Typ kola 2 : 44H100
Odległość osi : 483 [mm]
Kod szerokości : 100
Przełożenie : 1.000 [-]
Obciążenie przenoszone : 0.58 [kW]
Współczynnik bezpieczeństwa : 6.39 [-]
kolo : 1
Typ : 44H100
Typ budowy: 6AF
z = 44 [-]
s = 177.87 [mm]
sp = 184.00 [mm]
W = 33 [mm]
L = 40 [mm]
H = 80.00 [mm]
d = 45 [mm]
m = 3.400 [kg]
kolo : 2
Typ : 44H100
Typ budowy: 6AF
z = 44 [-]
s = 177.87 [mm]
sp = 184.00 [mm]
W = 33 [mm]
L = 40 [mm]
H = 80.00 [mm]
d = 45 [mm]
m = 3.400 [kg]
Pasek zębaty
Typ : 600 H
Kod szerokości: 100
Długość : 1524.00 [mm]
Liczba zębów : 120 [-]
PARAMETRY SILNIKA
Typ : K-7712
Firma : PORTER
Mz = 13.800 [N*m]
Mzz = 30.000 [N*m]
Mzs = 118.000 [N*m]
Cm = 12.200 [m*s]
Ce = 4.600 [m*s]
Cmo = 0.650 [N*m/A]
Uz = 133.000 [V]
n = 2000.000 [obr/min]
Is = 0.02190 [kg*m^2]
M = 27.000 [kg]
Cp = 8.370 [V/(obr/min)]
PARAMETRY ZASILACZA
Typ : SPA1330
Firma : I.M.D-USA
Uwy = 160.000 [V]
Id = 30.000 [A]
Ic = 230.000 [A]
Uwe = 10.000 [V]
tmin = 0.000 [st_loc.C]
tmax = 55.000 [st_loc.C]
Uz = 440.000 [V]
WIELKOŚCI WYZNACZONE PODCZAS OBLICZEŃ UKŁADU NAPEDOWEGO
zal. min. sztywność całkowita Kcmin = 100000000.000 [N/m]
obliczona sztywność całkowita Kcobl = 309100000.000 [N/m]
opory ruchu jałowego Top = 412.400 [N]
max mom.opor.zred.na wał silnika Mop = 7.225 [Nm]
obliczona strefa nieczułości Snobl = 2.669 [um]
obliczona częstość rezonansowa frobl = 139.900 [Hz]
obliczona żywotonśc łożysk Lhobl = 28630.000 [godz]
sposób smarowania łożysk - olej
obl. max prędkosc obrót. silnika nmax = 1600.000 [obr/min]
zredukowany moment bezwładności é = 0.03431 [kg*m^2]
obl. moment szczytowy silnika Ms = 116.500 [Nm]
obl. nośność statyczna śruby Cso = 10310.000 [N]
obl. nośność dynamiczna śruby Cdo = 1177.000 [N]
obl. trwałość śruby Lho = 58860.000 [godz]
wspl. zmienności obc. dyn. śruby Wd1 = 1.000
wspl. dyn. twardości mat. śruby Wd2 = 1.000
wspl. zmienności obc. stat.śruby Ws1 = 1.000
wspl. stat. twardości mat. śruby Ws2 = 1.000
współczynnik Eulera (dla śruby) We1 = 40000.000
wspl. Eulera predk.obrot. śruby Wn = 270000000.000
siła krytyczna Eulera (dla śruby) Fe = 163500.000 [N]
krytyczna prędkość obrót. śruby nkr = 2209.000 [obr/min]
przyjęta klasa dokładności śruby kl = 3
obliczona zmiana skoku śruby delta = 0.2576 [um]
obliczone przysp. członu rob. aomax = 2.736 [m/s^2]
Zadanie 2:
Wpływ wartości zastępczych współczynników tarcia na kryterium strefy nieczułości.
PODSTAWOWE WIELKOŚCI KONFIGURUJACE UKŁAD NAPĘDOWY
masa przesuwana (stol+elem.obr.) m = 600.000 [kg]
długość śruby kulkowej l = 1.800 [m]
skok sr. kulkowej (5,6,8,10,12,16,20) = 10.000 [mm]
ilość obiegów kulek w nakrętce śr. n = 5 [-]
częstość rezonansowa fr = 100.000 [Hz]
kat nachylenia prowadnic do pionu º = 0.000 [ º]
zastępczy wspl. tarcia µa = ZMIENNE (0.005-0.170) [-]
zastępczy wspl. tarcia µb = ZMIENNE (0.005-0.170) [-]
przełożenie przekładni paskowej ipz = 0.600 [-]
dopuszczalna strefa nieczułości Sn = 5.000 [um]
sposób podparcia śruby kulkowej = dwustronny
usytuowanie śruby kulkowej = pionowa\poprz
posuw szybki pszy = 8000.000 [mm/min]
maksymalny posuw roboczy prob = 600.000 [mm/min]
składowa główna siły skrawania Fv = 8000.000 [N]
składowa odporowa siły skrawania Fr = 1000.000 [N]
składowa posuwowa siły skrawania Fa = 4500.000 [N]
trwałość napędu Lh = 20000.000 [godz]
sposób chłodzenia silnika - nie chłodzony
średnia siła napięcia prowadnic Pp = 1.00.000 [N]
wspl. wzmocnienia prędkościowego kv = 16.600 [1/s]
max przyspieszenie członu rob. amax = 3.500 [m/s^2]
Materiał współpracujący ze sobą |
Zastępczy współczynnik tarcia |
Obliczona strefa nieczułości |
prowadnice toczne |
0,005 |
0,0 |
stal - żeliwo |
0,060 |
0,1 |
stal - stal |
0,090 |
0,2 |
stal - turcite |
0,100 |
0,2 |
stal - brąz |
0,120 |
0,2 |
żeliwo - żeliwo |
0,160 |
0,3 |
żeliwo - brąz |
0,170 |
0,3 |
Wnioski
Zapoznaliśmy się z programem SERWO_IBM, który wspomaga dobór właściwego serwomechanizmu. Oprogramowanie to w dużym stopniu ułatwia oraz przyspiesza dobór serwonapędu poprzez wygenerowanie wielkości charakterystycznych.
Dodatkowym ułatwieniem jest możliwość zmiany zadanych wielkości i obserwację wpływu tych zmian na generowane wartości wyników.
Wyznaczone zostały także strefy nieczułości w zależności od współczynnika tarcia, charakterystyka zmiany tych wartości posiada trend liniowy.
Wyszukiwarka