Изучение конструктивных параметров микропривода устройств автоматического контроля

 

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

 

Изучить варианты конструктивного исполнения микропривода и рассчитать его основные технические характеристики.

 

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

 

2.1. Изучить особенности конструктивных исполнений микропривода.

2.2. Изучить технические и конструктивные характеристики вариантов исполнения микропривода.

2.3. Определить технические характеристики микропривода.

 

3. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

 

Применение микроприводов широко распространено среди устройств автоматического контроля (рис 4.1). Они состоят из большого количества встречно направленных стержневых секций (штырей), расположенных на общей оси вращения. Увеличение ёмкости подвижной секции пропорционально количеству штырей, таким образом, для генерации больших сил, требуется большое количество штырей. Прилагая напряжение, появляется сила взаимодействия между штырями, что приводит в движение стержневую секцию в целом.

В настоящее время известен и широко применяется следующий вид устройств относящихся к микроприводам - микро двигатели качения, названные так по действию раскачивания, положенному в основу их принципа работы.

 

 

Рис. 4.1. Устройство плоского микродвигателя качения

 

На рис 4.2. показана конструкция двигателя качения, полученного при помощи технологии поверхностной микрообработки. Ротор - это круглый металлический диск. Во время работы расположенные снизу электроды последовательно, друг за другом, включают и выключают. Диск последовательно притягивается к каждому электроду; край диска контактирует с диэлектриком, расположенным над электродами. Диск медленно вращается по кругу; делая один оборот вокруг своей оси совокупностью нескольких изменений напряжения на статоре. В конструкции двигателя качения показанного на рис 4.2 ротор, находящийся внутри статора, формирует ось двигателя. Электрическое поле раскачивает ротор внутри статора, и трение вращает ротор.

Здесь цилиндрический ротор вращается вокруг статора. Данное устройство можно охарактеризовать следующим образом: Преимущества - приоритетность пропорционального уменьшения размеров - лёгкость миниатюризации.

Расчёт гребневого микродвигателя, представленного на рис. 4.3. включает этапы выбора геометрических параметров двигателя.

Рис. 4.3.Расчетная схема гребневого микродвигателя     Рис. 4.4. Схема действия сил в стержневых секциях микродвигателя

Также к известным параметрам конструкции микродвигателя относят:

Модуль Юнга E_poly=140 ГПА, плотность ρ _poly=2.3 г/см³, число штырей микродвигателя N_z=20, электрическая постоянная ε ₀ = 8, 854∙ 10^-12 Ф/м.

Расчёт рабочих параметров микродвигателя включает этапы:

1)Расчет массы образца (4.1):

(Нм). (4.1)

2) Расчет жёсткости пружины (4.2):

(Н/м). (4.2)

3) Расчет частотной характеристики (4.3):

(рад/с), f_n = ω ^-1 (кГц). (4.3)

4) Расчет максимального усилия (4.4):

(μ Н). (4.4)

5) Расчет максимального смещения (4.5):

(μ м). (4.5)

6) Расчет прочности нагруженной балки на продольный изгиб (4.6):

(мН). (4.6)

7) Расчет мощности входа (4.7):

(Дж/р.такт). (4.7)

8) Расчет мощности выхода (Н · м/р.такт) (4.8): .(4.8)

Конструктивно предусматривается движение стержневых секций под прямым углом к осевому направлению и их фиксация до выключения напряжения Это позволяет повысить надежность работы микропривода и увеличить срок его службы.

 

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

4.1 Изучить теоретический материал.

4.2 Получить задание на выполнение работы (см. табл. 4.1).

Таблица 4.1

 

Данные	Варианты
b (мм)
a (мм)
e ( мм )
d ( мм )
g (мм)								13, 5
f (мм)
t (сек)
c (мм)
w (мм)
z (мм)
V (В)	18, 5	10, 0	12, 0	15, 0	17, 0	17, 7	22, 1	24, 0	26, 0	28, 0

 

Данные	Варианты
b (мм)
a (мм)	13, 7	15, 2	13, 6	14, 5	15, 4	17, 8	18, 9	12, 7	15, 9	18, 8
e ( мм )	12, 5	12, 7	12, 6	12, 7	13, 5	13, 4	13, 6	14, 1	14, 3	15, 6
d ( мм )
g (мм)	13, 6	14, 5	15, 4	17, 8	18, 9	12, 7	15, 9	18, 8	13, 6	14, 5
f (мм)	19, 8	12, 5	11, 2	13, 8	13, 5	12, 5	13, 8	13, 5	13, 2	15, 3
t (сек)
c (мм)
w (мм)
z (мм)								13, 5
V (В)	11, 9	21, 1	21, 3	21, 4	21, 7	21, 6	21, 8	23, 0	25, 0	27, 0

4.3 Выполнить поэтапно расчет рабочих параметров микродвигателя, используя формулы (4.1-4.9)

4.4 Сделать заключение по полученным результатам.

 

5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

 

Отчет должен содержать:

5.1. Расчеты, выполненные в последовательности, соответствующей общему порядку выполнения работы.

5.2. Оценку данных, полученных в результате расчетов.

 

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

6.1. Назовите этапы методологии рабочих расчета параметров микропривода.

6.2. Чем объясняется вариантность конструктивного исполнения микропривода?

6.3. Поясните взаимосвязь геометрических параметров привода и вариантности его конструктивного исполнения.

6.4. Какой физический эффект заложен в основу конструкции микропривода?

6.5. Чем необходимо руководствоваться при выборе варианта конструктивного исполнения микропривода?

6.6. Каковы исходные данные для расчета микропривода?

6.7. Какое конструктивное исполнение привода является наиболее предпочтительным с точки зрения решения задач автоматизации контроля?