ВВЕДЕНИЕ 7
1 Шарико - винтовая передача(ШВП) как объект исследования и
управления 13
1.1 Конструктивные особенности ШВП 13
1.2 Принцип работы ШВП 16
1.3 Кинематический и динамический расчёт ШВП 18
1.4 Расчет фактической грузоподъёмности ШВП 21
1.5 Определение КПД 26
1.6 ШВП как объект исследования 27
1.7 Алгоритм системы управления мехатронного модуля 28
2 Математическая модель ШВП 29
2.1 Описание мехатронного модуля путем 3D моделирования 29
2.2 Усовершенствование конструкции 36
2.3 Анализ причин возникновения погрешностей 38
3 Исследование мехатронного модуля 41
3.1 Определение вертикального смещения направляющих 41
3.2 Проверка на параллельность направляющих относительно винта 43
3.3 Исследование на общее радиальное биение винта 44
3.4 Радиальное биение наружного диаметра гайки относительно оси ходового
винта 46
3.5 Исследование на температурные деформации 47
3.6 Исследование на накопление погрешностей при цикловой работе 48
4 Разработка алгоритма управления стендом ШВП при помощи fuzzy
logic 55
4.1 Структурная схема нечеткого управления 55
4.2 Нечеткий алгоритм управления 57
5 Экономическое обоснование проекта 58
5.1 Расчет стоимости программного обеспечения 57
5.2 Расчет фонда заработной платы разработчикам 59
5.3 Затраты на амортизацию оборудования 61
5.4 Расходы на аренду помещения 62
5.5 Смета затрат 63
6 Экологичность и безопасность проекта 64
6.1 Требуемая безопасность оборудования 64
6.2 Безопасность мехатронного модуля 65
6.3 Корпусные и крепежные элементы 65
6.4 Шаговый двигатель nemo 23 66
6.5 Контроллер 66
6.6 Кабели 67
6.7 Датчики мехатронного модуля 67
6.8 Безопасность исходных материалов 68
6.9 Безопасность органов управления 68
6.10 Безопасность средств защиты стенда 69
6.11 Безопасность при размещении стенда 69
6.12 Пожарная безопасность 70
6.13 Безопасность при чрезвычайных ситуаций 70
6.14 Экологическая безопасность мехатронного модуля 70
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 71
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 72
ПРИЛОЖЕНИЕ А 73


Купить

Актуальность ШВП в настоящее время имеет широкий спектр применения: легкая и тяжелая промышленность. Шарико-винтовые передачи хорошо себя зарекомендовали в станко - строении, так как передача имеет хорошую точность позиционирования, относительно легкий вес и небольшие габариты винта от 6 до 150мм, имея хорошие показатели в динамической грузоподъёмности от 1,9 до 375кН. ШВП [Электронный ресурс] Режим доступа: https://alexfl.pro/drawing/drawing shvp.html].
Шариковая винтовая передача состоит из винта и гайки и служит для преобразования вращательного движения в поступательное. В ШВП выполнены винтовые канавки (резьба) криволинейного профиля, служащие дорожками качения для шариков, размещенных между витками винта и гайки. Наибольшее распространение получила резьба с полукруглым профилем. При этом вращение закрепленной от осевых перемещений гайки вызывает поступательное перемещение винта, или вращение закрепленного от осевых перемещений винта приводит к поступательному перемещению гайки.
Существуют два типа ШВП, различные по технологии изготовления резьбового винта: катанные - накатка резьбы и шлифованные - нарезка резьбы с последующей шлифовкой поверхности. Катанные винты изготавливаются проще вследствие чего имеют широкою доступность и часто применяются в сферах где не требуется высокая точность позиционирования. Стандартный класс точности G9 согласно ISO 286¬2:1988, катанные винты производства SKF соответствуют классу точности G7, хорошо подходят для бюджетных работ в машино-строительстве. Шлифованные шарико-винтовые передачи дороже чем катанные так как имеют лучшую точность изготовления резьбы, следовательно, имеют высокую точность позиционирования.
Стандартная точность резьбы G5 ISO 3408-3:2006, а так же доступны классы точности G3 и G1.npeu,eH3HOHHbie катанные ШВП : [Электронный ресурс] Режим доступа http://www.skf.com/ru/products/motion-
technologies/ball-and-roller-screws/ball-screws/index.html]
Применение ШВП позволяет создавать экономичные и надёжные, высокопроизводительные механизмы благодаря следующим качествам:
- высокая нагрузочная способность при малых габаритах;
- большая долговечность вследствие высокой твёрдости рабочих поверхностей (HRC 59-61) и оптимального соотношения диаметра шарика, радиуса профиля резьбы и угла контакта;
- высокая осевая жёсткость и точность перемещений;
- отличная плавность хода и бесшумность работы;
- высокий КПД (85...90%) вследствие малых потерь на трение качения;
- надёжность при работе на высоких скоростях.
Размеры выпускаемых шарико-винтовых передач:
- диаметр от 8 до 150 мм;
- шаг резьбы от 1,5 до 50 мм;
- длина винта до 9 метров;
- возможен выпуск ШВП по специальному заказу.
Радиальный зазор измеряют при смещении собранной гайки в радиальном направлении под действием силы, превышающей силу тяжести гайки в 1,5-2 раза. Под осевой жесткостью понимают отношение действующей на передачу осевой силы, приложенной к гаечной группе, к ее осевому перемещению относительно винта при условии, что винт не проворачивается. При измерении жесткости корпус гаечной группы и винт удерживают от проворота.
На винте закрепляют измерительное приспособление, позволяющее одновременно производить измерения смещения корпуса (гайки) относительно винта в трех равномерно расположенных по окружности точках при помощи датчиков линейного перемещения. Базовая статическая осевая грузоподъемность С0а-статическая осевая сила Н, которая вызывает общую остаточную пластическую деформацию шарика, канавок винта и гайки, равную 0,0001 диаметра шарика.
В первых передачах осевой зазор всегда выбирается в одну сторону под действием осевой силы (силы тяжести, силы сопротивления перемещаемого узла). Во вторых — зазор устраняется при сборке путем предварительного нагружения элементов передачи силой, обеспечивающей необходимую осевую жесткость. С целью устранения осевого зазора в паре винт-гайка и повышения жесткости и точности перемещения ШВП собирают с предварительным натягом. Преднатяг усредняет периодические ошибки шага винта и стабилизирует положение оси гайки относительно оси винта. В зависимости от конструкции преднатяг обеспечивается либо подбором шариков большего диаметра (для профиля типа «стрельчатая арка»), либо установкой двух гаек в одном корпусе с последующим относительным осевым смещением. Конструкция с двумя гайками обеспечивает возможность регулирования натяга. Под действием переменных контактных напряжений в ШВП происходит старение и усталостное повреждение рабочих поверхностей, приводящее со временем к появлению раковин, отслаиванию и выкрашиванию. Вследствие местных пластических деформаций возникающих под действием ударных или предельных статических нагрузок, может происходить смятие поверхностных дорожек. Из-за повышенного скольжения в контакте шариков с поверхностями винта и гайки или под действием посторонних частиц (пыли) может усилиться изнашивание.
Для предупреждения преждевременного усталостного выкрашивания, пластического деформирования и изнашивания, влияющих на точность,скорость перемещения и другие характеристики ШВП, применяется комплекс защитных мер, в том числе смазка и защита винта и подвижных элементов от пыли, влаги и механических частиц. Одной из наиболее эффективных мер служит специальная физико-химическая обработка компонентов ШВП, обеспечивающая увеличение твердости поверхностного слоя и сохранение точностных характеристик , азотирование, обработка токами СВЧ.
В зависимости от назначения и условия работы ШВП подразделяются на передачи с зазором и передачи с натягом. В передачах с натягом отсутствует «мёртвый ход», то есть свободное перемещение в некоторых пределах винта при неподвижной гайке или наоборот. Отсутствие «мёртвого хода» приводит к уменьшению динамических нагрузок и повышению точности движения звеньев ШВП.
Недостатком шарико-винтовой передачи является: малое трение приводит к тому , что гайка не блокируется, а передает линейное усилие в крутящий момент, а так же не рекомендуется использовать на ручных подачах и высокая стоимость передачи .
В дипломном проекте используется катанная шарико-винтовая передача, так как низкая стоимость относительно цены и качества. Погрешность винта изготовленного накаткой 50 микрон на 300мм хода. Высокоточные винты изготовленные шлифовкой имеют погрешность 1- Змикрон на 300мм хода.
SBC Linear Co., Ltd. (Сеул, Корея) — крупнейший азиатский производитель систем и компонентов линейных перемещений. Продуктовая линейка компании включает рельсовые направляющие качения, цилиндрические линейные направляющие и линейные подшипники, линейные модули, системы роликовых направляющих.
SBC выпускает 4 серии ШВП, которые различаются по конструкции гайки и шагу винта, точности исполнения и доступным типоразмерам.
Серия STK. Диаметр винта — от 16 до 80 мм. Стандартный шаг винта — 5 мм (с увеличением диаметра винта возрастает до 10 мм и до 15 мм). Прецизионная фланцевая гайка. Класс точности — С5. Может поставляться с преднатягом и без него.
Серия SLK. Диаметр винта — от 16 до 62,5 мм. Фланцевая гайка с шагом от 10 до 40 мм в зависимости от типа-размера. Класс точности — С5. Может поставляться с преднатягом и без него.
Серия ZG. Диаметр винта — от 16 до 80 мм. , бесфланцевая гайка с метрической резьбой по внешней поверхности. Стандартный шаг винта — 5 мм (с увеличением диаметра винта возрастает до 10 мм и до 15 мм). Класс точности - С5. Может поставляться с преднатягом и без него.
Серия MBS. Диаметр винта — от 6 до 12 мм. Фланцевая гайка с коротким шагом (от 1 до 5 мм). Класс точности— С5. Может поставляться с преднатягом и без него.
Линейные модули СТМ-1 начинают новую линейку продуктов, разрабатываемых «Сервотехникой». Модули этой серии предназначены для осуществления точного и плавного перемещения устанавливаемых на него объектов по прямой траектории. В конструкции модуля применены рельсовые направляющие качения и ШВП 5-го класса точности. Через специальный переходной фланец и сильфонную муфту модуль стыкуется с двигателем. При необходимости из двух или трех модулей можно построить много- осевую систему позиционирования. Сфера применения данного продукта обширна: лабораторное оборудование, медицинские приборы, испытательные стенды, координатные столы, компактные транспортные системы, манипуляторы. Универсальность линейного модуля позволяет использовать его в разных отраслях промышленности. Конструктивно линейный модуль состоит из основания (несущий силовой элемент) с интегрированными в него рельсовыми направляющими. На фланцевых опорах установлен винт ШВП, крутящий момент к которому передаётся от двигателя через сильфонную муфту. За счёт вращения винта ШВП происходит перемещение каретки модуля, которая в свою очередь служит базовой платформой для закрепления на ней всевозможных изделий и механизмов. В стандартной комплектации модуль оснащен аварийными упорами и концевыми выключателями. Выводы с концевых выключателей заведены в стандартный разъем. Смазка направляющих и ШВП осуществляется через ниппели, расположенные непосредственно на каретках и гайке ШВП. Основание и каретка модуля снабжены специальными технологическими элементами (резьбовыми отверстиями, шпоночными канавками), упрощающими процесс монтажа и сборки системы линейного перемещения. Высокая точность обработки базовых элементов модуля и набор качественных комплектующих как зарубежного так и отечественного производства определяют в итоге хорошие показатели по точности и прямолинейности перемещения. Гибкие производственные возможности позволяют в кратчайшие сроки изготовить линейный модуль необходимой длины или даже целую систему (X-Y, X-Z, X-Y-Z). Помимо этого допускается включение таких опций, как защита направляющих и винта ШВП с помощью гофрированной защиты и металлической ленты, установка датчика линейного положения, изменение размеров каретки согласно требованиям заказчика и прочее. При совместном использовании с оригинальным приводом СПШ10-23 и программой управления, система представляет собой полностью законченное решение по прецизионному перемещению. Встроенный в при- вод программируемый логический контроллер позволяет выполнять позиционные циклические операции по заданному алгоритму без участия внешнего контроллера, обрабатывать сигналы с датчиков, обеспечивать выход в референтную точку. Регулировка усилия перемещения осуществляется путем программирования ограничения момента двигателя. Программное обеспечение, поставляемое в комплекте с приводом, дает возможность проводить контроль, анализ и программирование режимов работы.
Купить