Проектирование электропривода тепловизионной системы сопровождения. Расчет кинематических характеристик
Аннотация к работе
Поэтому для противотанковых комплексов III поколения рекомендуется использовать вместо дорогостоящего в реализации принципа “выстрелил-забыл”, который ранее считался основным признаком систем III поколения, принцип “вижу-стреляю” при наблюдении за целями в оптический или тепловизионный прицел, позволяющий обеспечить независимость характеристик обнаружения различных целей от их сигнатур* в оптическом и ИК диапазонах электромагнитных волн. Этот сигнал отрабатывается контуром автосопровождения, исполнительным элементом которого является замкнутый по скорости электропривод постоянного тока, и используется как управляющий сигнал для поворота тепловизора в направлении совмещения его оси с целью. Исполнительным элементом тепловизионной системы сопровождения цели, работающей на неподвижном основании, является замкнутый по скорости привод. Исполнительный механизм привода должен преодолевать имеющуюся на выходном валу нагрузку и развивать скорости и ускорения, обеспечивающих слежение за входным управляющим воздействием. Если требуемые скорость и ускорение выше тех значений, которые способен обеспечить привод, то попытки получить удовлетворительное функционирование привода введением каких - либо корректирующих устройств будут бесполезны, никакая система управления исполнительным двигателем не может обеспечить требуемые моменты и скорости, если они не заложены в самой конструкции исполнительного механизма.
План
Содержание.
Введение
1. Проектирование электропривода тепловизионной системы сопровождения 9
1.3 Выбор передаточного числа редуктора. Определение располагаемых 16 кинематических характеристик. 16
1.4 Расчет зон сопровождения цели. 18
1.5 Расчет параметров матмодели исполнительного двигателя и статических характеристик. 20
1.6 Синтез замкнутого по скорости привода и определение его характеристик 24
1.6.1 Выбор закона управления. 24
1.6.2 Результаты математического моделирования. 28
2. Разработка кинематической схемы редуктора. 32
Заключение. 39
Список литературы 41
Приложение………………………………………………………………………...42
Назначение и задачи, решаемые ПТРК. Выбор типа системы автосопровождения цели.
Важная роль в условиях современного боя отводится танкам. Танк по праву считается ударной силой наземных войск. Учитывая решающую роль танков и других объектов бронетанковой техники в обеспечении успеха наземного боя, в армиях всех стран уделяют большое внимание разработке и совершенствованию различного рода противотанковых средств, которыми в настоящее время вооружаются многие рода войск: бронетанковые, ракетные, авиационные, пехотные, десантные и др.
При всем многообразии противотанковых средств в качестве основного оружия используются противотанковые ракетные (ПТРК) и ракетно-артиллерийские комплексы, основными преимуществами которых являются большая дальность стрельбы (4-6 км), высокая бронепробиваемость, гибкость основных средств, небольшие габаритные размеры, несложность ракет и пусковых установок.
Постоянная модернизация бронетанковой техники, направленная на повышение ее защиты (увеличение толщины брони, оснащение динамической защитой, средствами постановок пассивных и активных оптических и радиолокационных помех, ночными прицелами), увеличение дальности прицельной стрельбы танковых пушек поставили перед разработчиками ПТРК задачи сокращения времени обнаружения цели, момента открытия огня, увеличения дальности стрельбы, помехозащищенности, обеспечения всесуточности и всепогодности применения.
Выполнение указанных требований в одном образце невозможно технически и нецелесообразно с экономической точки зрения. Поэтому для противотанковых комплексов III поколения рекомендуется использовать вместо дорогостоящего в реализации принципа “выстрелил-забыл”, который ранее считался основным признаком систем III поколения, принцип “вижу-стреляю” при наблюдении за целями в оптический или тепловизионный прицел, позволяющий обеспечить независимость характеристик обнаружения различных целей от их сигнатур* в оптическом и ИК диапазонах электромагнитных волн.
Использование лазерно-лучевой системы управления с большим энергетическим потенциалом и тепловизионного прицела обеспечивает практически полную защищенность от активных и пассивных (боевые дымы) оптических помех.
Пассивный характер работы оптикомеханических и оптико-электронных (тепловизионных) систем обнаружения и сопровождения цепей повышает скрытность, помехозащищенность и, как следствие, выживаемость комплексов на поле боя.
Тепловизионная система автосопровождения: цели, назначение, состав, режим работы.
Для комплекса, работающего на неподвижном основании, тепловизионная система автосопровождения цели может быть построена в соответствии с функциональной схемой (рис. 1).
Рис. 1. Функциональная схема тепловизионной схемы автосопровождения цели ПТРК.
Чувствительным элементом, выделяющим координаты, является тепловизионный автомат. С помощью ИК объектива тепловизор принимает тепловое излучение от целей и местных предметов, преобразуемое охлаждаемым матричным фотоприемником с зарядовой связью (ПЗС - матрицей) в электрический сигнал, который формирует видимое изображение тепловой картины в телевизионном стандарте. Развертка изображения (по элементная передача изображения) осуществляется по всей рабочей поверхности светочувствительного слоя. В системах электронного слежения со следящим стробом на это изображение накладывается подсвечивающий прямоугольник (окно слежения - строб), определяющий пространственную область чувствительности визира и соответствующий положению начала следящей системы координат. В режиме слежения строб вручную совмещается с выбранным объектом слежения по экрану вспомогательного видеоконтрольного устройства, после чего система переходит в режим автосопровождения. При смещении проекции объекта по поверхности фотокатода относительно следящего строба на выходе решающего устройства образуется напряжение рассогласования, которое поступает на электронное исполнительное устройство (интегратор). Выходной сигнал интегратора по цепи обратной связи воздействует на задающее устройство так, что формируемые им сигналы изменяются, и положение строба совмещается с проекцией объекта.
Задающее устройство хранит в памяти изображения типовых целей. В решающем устройстве необходимый информационный параметр видеосигнала сравнивается с поступающим из задающего устройства, на основе чего и формируется сигнал рассогласования .
Этот сигнал отрабатывается контуром автосопровождения, исполнительным элементом которого является замкнутый по скорости электропривод постоянного тока, и используется как управляющий сигнал для поворота тепловизора в направлении совмещения его оси с целью.
Таким образом, система сопровождения является 2х - контурной, грубый канал которой обеспечивает перемещение тепловизора, а точный осуществляет движение следящего строба обрамляющего цель, с помощью электронного исполнительного устройства.
Корректирующий фильтр КФАС обеспечивает точность и устойчивость контура автосопровождения. Гироскопический датчик угла ГДУ стабилизирует изображение при работе двигательной установки КУВ.
Для увеличения точности слежения может использоваться компенсирующая связь КС, представляющая собой сумму производных сигнала рассогласования и скорости исполнительного механизма и характеризующая скорость цели:
(1)
Несмотря на то, что исполнительный привод является силовым элементом контура автосопровождения, он должен обеспечивать малую инерционность, широкую полосу пропускания, т.е. оказывать минимальное влияние на динамику системы слежения.
Целью настоящей работы является проектирование исполнительного привода тепловизионной системы автосопровождения по следующим исходным данным: Параметры движения
Вертолет Танк
Параметры нагрузки
1. Проектирование электропривода тепловизионной системы сопровождения
1.1. Расчет кинематических характеристик Выбор режимов работы привода
Исполнительным элементом тепловизионной системы сопровождения цели, работающей на неподвижном основании, является замкнутый по скорости привод.
Исполнительный механизм привода должен преодолевать имеющуюся на выходном валу нагрузку и развивать скорости и ускорения, обеспечивающих слежение за входным управляющим воздействием.
Анализ кинематических характеристик является важным этапом процесса проектирования, который нужно проводить непосредственно после выявления технических требований к приводу. Значения скоростей и ускорений, которые может развивать реальный привод, ограничены по величине.
Если требуемые скорость и ускорение выше тех значений, которые способен обеспечить привод, то попытки получить удовлетворительное функционирование привода введением каких - либо корректирующих устройств будут бесполезны, никакая система управления исполнительным двигателем не может обеспечить требуемые моменты и скорости, если они не заложены в самой конструкции исполнительного механизма.
Расчет позволяет определить угловые скорость и ускорение привода, а также моменты времени, когда они достигают экстремальных значений. Исходными данными для расчета являются закон движения цели и его параметры. В практике следящих систем часто реализуется закон равномерного прямолинейного движения, характеризующийся постоянным значением линейной скорости цели.
- расстояние от начала координат до объекта слежения.
- проекция на горизонтальную плоскость.
- проекция на ось X.
Нумерацию формул
(2)
(3)
(4)
- скорость цели;
- начало слежения;
- текущее время слежения;
- параметр (расстояние между двумя параллельными курсами);
- высота цели;
Определим кинематические характеристики горизонтального канала:
(5)
(6)
, (7)
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
Угловые скорости и ускорения определены для скоростей цели V=100м/с (вертолет) и V=20м/с (танк) для диапазонов изменения параметров p=0,1-2 км, H=5-50 м, Dн=0-8 км, Dг=0-6 км. Потребные значения скоростей и ускорений определялись до курсовой дальности 500 м.
Все расчеты выполнены с помощью Microsoft Excel и приведены в приложении.
При сопровождении цели до курсовой дальности 500м максимальные значения кинематических параметров на различных траекториях наблюдаются для вертолета, движущегося со скоростью 100 м/с, и составляют (таблица 1): Таблица 1
P=0,1 км P=0,2 км P=0,3 км P=0,5 км P=1 км P=2 км
0,03850,0690,08820,10,080,0471
0,01480,02380,0260,020,00640,0011
Рис. 2. - Значения скорости и ускорения вертолета.
Максимальные значения кинематических параметров наблюдаются в двух режимах: - при p = 0,5 км , ;
Проанализируем потребную мощность привода в режимах максимальной скорости и максимального ускорения
(13)
На курсовой дальности Dk=500 м максимум мощности наблюдается при р=0,5 км (рис. 3) и составляет 7,6 Вт
Рис. 3. - График потребной мощности горизонтального канала на для всех параметров .
Мощность, развиваемая ИД, затрачивается не только на преодоления моментов сопротивления и момента инерции нагрузки , но и собственных моментов ИМ, поэтому исполнительный двигатель должен быть выбран с запасом по мощности. Обеспечение высокой характеристики плавности требует выбора двигателя с запасом по мощности не более 10 раз.
В качестве исполнительного элемента могут применяться двигатели постоянного тока, переменного тока, электромагнитные муфты с приводным двигателем. В результате анализа аппаратного состава, динамики электрических массовых характеристик, надежности и технологичности выявляются мощностные диапазоны преимущественного применения того или иного типа исполнительного элемента. В диапазоне мощностей до 500 Вт электропривод постоянного тока развивает большие ускорения, позволяющие сформировать широкополосный контур управления. Малые ошибки и высокая добротность, применение эффективных схем нелинейного управления позволяют обеспечивать высокую точность и плавность слежения.
Главным преимуществом двигателей постоянного тока с независимым и магнитоэлектрическим возбуждением является линейность их механических и регулировочных характеристик, что наряду с хорошими энергетическими характеристиками стало причиной их широкого распространения в качестве исполнительных элементов следящих систем.
Наилучшими характеристиками среди двигателей постоянного тока считают малоинерционные электродвигатели с возбуждением от постоянных магнитов и гладким якорем (серии ДПР, ДПМ, ДП, ЭДМ, МИГ), но они используют в своей конструкции дефицитные редкоземельные металлы и имеют высокую стоимость. В качестве исполнительного элемента привода был выбран двигатель постоянного тока ДП 60-90-6-Р10, реверсивный, малоинерционный, постоянного тока, малой мощности с гладким якорем, возбуждающий от постоянных магнитов, предназначен для приводов следящих систем.
ДП 60-90-6-Р10
Номинальное напряжение
Номинальная мощность
Номинальная скорость
Номинальный момент
Номинальная сила тока
Пусковой момент
Сопротивление якоря
Момент инерции двигателя
Момент трения двигателя
В качестве датчика скорости двигателя будем использовать тахогенератор постоянного тока, установленный непосредственно на валу исполнительного двигателя. Тип тахогенератора определяется типом исполнительного двигателя. Он должен обладать наибольшей крутизной, что обеспечивает преодоление зашумленности измеряемого сигнала на малых скоростях движения, малыми статическими и инерционными моментами, наибольшим ресурсом. Указанным требованиям удовлетворяет тахогенератор постоянного тока 2,5ТГП-6, имеющий следующие паспортные характеристики: 2,5ТГП-6
Номинальная скорость
Крутизна выходного сигнала
Момент инерции тахогенератора
Момент трения тахогенератора
Примем: Момент трения редуктора
Момент инерции редуктора
1.3 Выбор передаточного числа редуктора. Определение располагаемых кинематических характеристик.
В целях наиболее полного использования ИД, выбор передаточного числа редуктора осуществляется в точке соответствующего максимума располагаемого ускорения, при этом учитывается взаимное расположение графиков, располагаемых и потребных кинематических параметров.
При расчете располагаемых кинематических характеристик учтем негр создаваемые исполнительным механизмом.
(14)
(15)
- номинальный момент двигателя
, - суммарный момент трения и инерции исполнительного механизма
(16)
- передаточное число редуктора;
- номинальное значение угловой скорости двигателя
(17)
- КПД редуктора с прямозубыми цилиндрическими передачами
1 - располагаемое ускорение ( )
2 - располагаемая скорость ( )
3 - потребное ускорение ( )
4 - потребная скорость ( )
Рис. 5. - Определение передаточного числа редуктора.
(18)
(19)
Передаточное число редуктора выберем равным 2850. При этом , Проверка исполнительного двигателя по скорости, моменту, мощности.
По скорости - (верно)
По развиваемому моменту - , (верно)
По мощности -
90 Вт>19,38 Вт(верно)
1.4 Расчет зон сопровождения цели.
Пространственная область применения следящего привода может быть оценена путем построения зон предельных скоростей и ускорений привода. Пространство внутри зоны является запретным.
Наглядное представление о зоне дает изометрическая проекция, построенная в трехмерном координатном пространстве ( ), но чаще всего строят вертикальные и горизонтальные сечения зон. Вертикальные сечения представляют собой проекцию пространственной зоны на координатную плоскость ( ), вычисленную в предположении , . Горизонтальные сечения представляют собой проекцию пространственной зоны на координатную плоскость ( ), вычисленную в предположении , . Диапазоны изменения задаются техническим заданием.
В качестве предельных значений скоростей и ускорений могут рассматриваться потребные, максимальные располагаемые характеристики, рассчитанные в п.1.3. или другие.
(20)
(21)
Горизонтальные сечения зон предельных скоростей представляют собой окружности радиусом и центром смещенным вдоль оси р на величину радиуса окружности (рис. 6).
Рис. 6
Горизонтальные сечения зон предельных ускорений представляют собой 4х лепестковую кривую, каждый лепесток которой расположен в одном из квадрантов, симметрично относительно биссектрисы прямого угла (рис. 7).
Рис. 7
Для скорости цели 100 м/с зона по скорости: ;
по ускорению: .
1.5 Расчет параметров матмодели исполнительного двигателя и статических характеристик.
Поведение двигателя постоянного тока в динамике описывается системой дифференциальных уравнений, из которых одно является уравнением равновесия напряжения на двигателе, другое - уравнение равновесия моментов.
(22)
(23)
Момент двигателя Мдв, является результатом взаимодействия тока, протекающего по обмотке якоря и магнитного потока возбуждения. При постоянной величине потока возбуждения, момент двигателя равен:
(24)
Се - коэффициент момента, зависит от конструктивных параметров двигателя, величины потока возбуждения:
(25) где - число активных проводников в обмотке якоря, - число пар полюсов, - число параллельных ветвей, - поток возбуждения.
(26)
При вращении якоря, его обмотка пересекает силовые линии, магнитное поле возбуждения наводит в ней ЭДС направленную в обратную сторону приложенного к якорю напряжения и называется противо ЭДС.
Величина ее определяется угловой скоростью вращения якоря, величиной магнитного потока возбуждения и конструктивными параметрами двигателя, при постоянной величине потока возбуждения
(27)
Скорость холостого хода двигателя:
(28) где - пусковой момент;
- номинальный момент;
- номинальная скорость;
Электромеханическая постоянная двигателя с учетом нагрузки:
(29)
(30)
Расчет параметров матмодели двигателя ДП 60-90-6-Р10
Скорость холостого хода
Электромеханическая постоянная времени собственно двигателя
Электромеханическая постоянная времени с учетом нагрузки
Коэффициент передачи двигателя по моменту
Коэффициент противо эдс
Номинальная электрическая мощность
Номинальная механическая мощность
Максимальная механическая мощность
Индуктивность якорной цепи
Механические характеристики исполнительного двигателя при различных напряжениях имеют вид (рис. 8).
1 - механическая характеристика исполнительного двигателя при 27 В
2 - механическая характеристика исполнительного двигателя при 24 В
3 - механическая характеристика исполнительного двигателя при 12 В
Рис. 8
1.6 Синтез замкнутого по скорости привода и определение его характеристик
1.6.1 Выбор закона управления.
Проектирование привода состоит в выборе усилительных, корректирующих и сглаживающих устройств, обеспечивающих точность, быстродействие, диапазон регулирования, неравномерность хода и т.п.
Совокупность усилительных, корректирующих и сглаживающих устройств образует систему управления привода.
В исполнительных подсистемах АСЦ перспективным является применения трехпозиционных (с логическим управлением) автоколебательных систем управления. В автоколебательных системах не требуется обеспечивать устойчивость “в малом”, поэтому возможна реализация высоких коэффициентов передачи разомкнутого контура, обеспечивающая плавность движения выходного вала исполнительного механизма, которая является одной из важнейших характеристик систем слежения.
Релейные системы имеют ряд преимуществ по сравнению с линейными: - менее сложная и более экономичная радиоэлектронная аппаратура, основу которой составляет релейный усилитель. Высокий кпд РЭА обеспечивает ключевой режим работы усилительных элементов;
- малые уходы нулей, простота настройки и эксплуатации;
- более высокая помехозащищенность систем;
- возможность линеаризации автоколебаниями нелинейностей типа сухое трение, люфт и др.
- в силу нелинейной зависимости эквивалентного коэффициента усиления релейного усилителя от амплитуды автоколебаний автоколебательная система обладает адаптивными свойствами (параметрическая самонастройка);
- при стремлении зоны неоднозначности релейного элемента к нулю автоколебательная система с исполнительным двигателем постоянного тока сводится к оптимальной по быстродействию, реализующей высокие требования по быстродействию и колебательности переходных процессов.
По сравнению с системами, работающими в режиме ШИМ, автоколебательные системы имеют больший коэффициент усиления разомкнутого контура, т.к. для обеспечения захвата контура вынуждающими колебаниями при работе в режиме широтно-импульсной модуляции необходима амплитуда их примерно в 2 раза больше амплитуды автоколебаний, что приводит к уменьшению эквивалентного коэффициента усиления релейного усилителя.
Положительные свойства автоколебательных систем проявляются, если параметры автоколебаний (амплитуда и частота) не вызывают существенного нагрева двигателя в процессе работы.
При проектирования двухпозиционной автоколебательной системы реализация этого требования приводит к постановки в цепь якоря двигателя дополнительной индуктивности - дросселя увеличивающего электромагнитную постоянную двигателя. Использования трехпозиционного колебательного режима позволяет снизить рабочие токи системы (улучшить, таким образом, тепловой режим) и получить более высокие динамические и меньшие массогабаритные характеристики по сравнению с двухпозиционным режимом. Поэтому трехпозиционный режим несмотря на большую сложность радиоэлектронную аппаратуру является предпочтительным. При выборе параметров автоколебаний будем учитывать диапазон частот управляющего воздействия, частоты упругих автоколебаний двух массовой системы “двигатель-тахогенератор”, возможное увеличение амплитуд автоколебаний по 3 и 5 гармоникам. В трехпозиционном режиме длительность управляющего импульса должна быть меньше 1800 но больше 200-300(при этом автоколебания не стабильны), ток якоря не должен превышать номинальные значения. Синтез привода осуществляется в соответствии с алгоритмом, приведенным на рис. 9 В состав структурной схемы электронного усилителя входят: - фильтр, стабилизирующий частоту автоколебаний
(31)
(32)
- паразитная постоянная времени, проявляющаяся при практической реализации колебательного звена.
- фильтр, формирующий закон управления
(33)
Изодромное звено реализует интегрально-пропорциональный закон управления и обеспечивает высокое быстродействие пропорционального и точность интегрального регулирования.
- фильтр логического устройства (ЛУ)
Логическое устройство реализует трехпозиционный режим регулирования и включает фильтр - фазоопережающее звено (или два фильтра с различными передаточными функциями в двух ветвях логики) и два двух позиционных релейных элемента суммирование сигнала которых позволяет получить третью позицию.
(34)
К фильтрам ЛУ предъявляются следующие требования: - на частоте автоколебаний фазовые сдвиги фильтров должны обеспечивать заданную величину управляющего импульса;
- на рабочих частотах (0-20 Гц) фильтры не должны вносить амплитудных и фазовых искажений;
- на частоте автоколебаний необходимо обеспечить минимальный подъем высших гармоник и шумов;
- для обеспечения стабильности параметров фильтров в процессе эксплуатации в диапазоне возможных частот автоколебаний (200-1000) Гц фильтры должны иметь пологую фазовую характеристику.
Процесс проектирования фильтров является итерационным, параметры фильтров уточняются при математическом моделировании.
1.6.2 Результаты математического моделирования.
Математическое моделирование замкнутого по скорости привода проводилось с использованием программных продуктов подсистемы САПР “ССЦ”.
В режиме автоколебаний амплитуда тока якоря составляет .
Амплитуда колебаний по скорости двигателя ,частота автоколебаний 500 Гц.
При этом амплитуда угловых колебаний выходного вала нагрузки
(35)
, что меньше допустимого значения (не вызывающего “размытия” линии визировании) .
Т.к. трехпозиционная автоколебательная система является существенно нелинейной, ее динамические характеристики (переходные процессы и ЛАФЧХ) оценивались для разных амплитуд входного сигнала (соответствующих , , ) и приведены на рисунках: рис. 10 и рис. 11.
Полосы пропускания привода по уровню при разных амплитудах входного сигнала составляют:
Полученные характеристики могут быть использованы в первом приближении при синтезе широкополосного высокоточного позиционного (замкнутого по углу) привода или контура автосопровождения.
2. Разработка кинематической схемы редуктора.
Кинематическая схема представляет собой схему механизма, состоящего из ряда звеньев, соединенных между собой кинематическими парами, обеспечивающими одну или две степени свободы вращения одного звена относительно другого.
В кинематической схеме звенья изображаются в виде стержней, не отображающих их конструкцию.
Редуктор представляет собой передачу, понижающую угловую скорость.
Выбор вида передачи и разработка оптимальной кинематической схемы зависит от предъявляемых требований: надежность;
долговечность;
точность;
малое сопротивление движению;
минимальный момент инерции вращающихся частей, приведенный к валу двигателя;
компактность конструкции;
технологичность;
небольшая стоимость.
Как правило, механическая передача привода разделяется на две части: редукторную, заключенную в корпус редуктора, и выходную, представляющую собой пару зубчатых колес с ведущей шестерней на выходе редуктора и ведомым зубчатым венцом на кольцевой опоре.
Число ступеней зубчатой передачи может быть определено по формуле:
(36)
Зубчатые передачи в ненагруженных цепях в первую очередь должны отвечать требованию постоянства передаточного числа в любой момент времени, или иначе - равномерности и плавности вращения при отсутствии в передаче люфта. Чтобы достичь быстрой приработки сопряженной пары колес, выбирают q=l;2;3;4 и т.д., т.е. число зубьев большего колеса должно без остатка делиться на число зубьев меньшего колеса.
В нагруженных (силовых) передачах с переменным моментом нагрузки рекомендуется брать передаточные числа в виде дроби, у которой числитель и знаменатель - числа, не имеющие общих множителей: q=25/26, 30/47, 27/34 и т.д.
Передачи с таким значением q в наибольшей степени обеспечивают равномерный износ зубьев.
В приборостроении и машиностроении наибольшее распространение получило эвольвентное зацепление, при котором боковые профили зубьев образуются двумя эвольвентами.
Основные достоинства: сохранение передаточного отношения и правильности зацепления при изменении расстояния между осями сопряженных колес;
независимость кинематики зацепления от чисел зубьев сопряженных колес;
простота изготовления зуборезного инструмента.
Передача цилиндрическими прямозубыми колесами внешнего зацепления передает движение между параллельными валами и является самым распространенным типом передачи, т.к. обладает целым рядом преимуществ: технологичность конструкции, наибольшая достижимая точность обработки колес и их монтажа, высокий кпд, небольшая стоимость .
профиль в пределах глубины захода зуба - прямолинейный;
- - глубина захода ( );
- - модуль, мм;
- - радиальный зазор;
- - радиус скругления;
- - шаг.
Наименьшее, свободное от подрезания число зубьев некоррегированных прямозубых колес, нарезаемых рейкой при =20° , =17.
В точных передачах рекомендуется применять колеса с числом зубьев не менее 25, т.к. при Z<25 на точность изготовления колес заметно сказываются погрешности зуборезного инструмента. Не рекомендуется применять числа зубьев, затрудняющие настройку зуборезного станка: 101,103,107,109,127,131,137,149,151,157,163,167,173,179,181,187, 191,193,197,199,202,203,206,209,211,212,214,217,221,223,227,229, 233,236,239.
Число зубьев свыше 240 рекомендуется принимать кратным 10.
Передаточное число ступени
(37) в счетно-решающих механизмах в большинстве случаев находится в пределах 5>q>l/3 и сравнительно редко приближается к предельным значениям интервала 10-1/5. Если усилия, действующие на зубья колес, незначительны (вращение шкал, стрелок), то передаточное число в паре колес, рассчитанных на замедление (q>l), может быть неограниченно большим.
Передаточное число первой от исполнительного двигателя пары, пары колес, незначительны (вращение шкал, стрелок), то передаточное число в паре колес, рассчитанных на замедление (q>1) может быть неограниченно большим.
Передаточное число первой от исполнительного двигателя пары колес (быстродействующей) должно назначаться таким образом, чтобы линейная окружная скорость не превышала 3 м/с. При окружных скоростях V>6 м/с рекомендуется переходить от цилиндрических колес с прямыми зубьями к косозубым колесам.
Линейные окружные скорости колес пары равны: , (38) где - угловая скорость вращения двигателя и первого колеса;
- угловая скорость вращения второго колеса;
, - радиусы вращения колес.
Радиусы , пропорциональны модулям:
(39)
(40)
Назначение модулей связано с нагружением и обеспечением прочности передачи. На первых быстроходных парах модуль выбирается меньше, чем на выходных нагруженных, но с учетом обеспечения условия V<3 м/с: m=0,3-0,5.
На нагруженных выходных парах т=0,8-1,5, что позволяет обеспечить прочность передачи за счет увеличения длины и высоты зуба.
Для редукторов радиолокационных антенн ССЦ следует проводить прочностные расчеты выходных пар.
Модули цилиндрических и конических зубчатых колес назначаются по ГОСТ 9563-60: При назначении модуля передачи 1-й ряд следует предпочитать 2-му.
Модули зубчатых цилиндрических колес для изделий радиоэлектроники следует выбирать по 1-му ряду предпочтительности: 0,3;0,5;1;2;3;5.
Основные расчетные зависимости
1. Передаточное число
(41)
- частота вращения, об/мин zi, - числа зубьев.
2. Шаг
(42)
-модуль, мм
3. Диаметр делительной окружности
(43)
(44)
4. Диаметр окружности выступов
(45)
(46)
5. Радиальный зазор для колес с для колес с
6. Диаметр окружности впадин
(47)
(48)
7. Высота зуба
(49)
8. Длина зуба
(50) нормально:
(51)
9. Расстояние между осями
(52)
Число ступеней для редуктора с передаточным числом :
Основные значение конструктивных параметров редуктора записаны в таблице 2
Таблица 2
Параметры Ступени редуктора
1 2 3 4 5 6
2 2 3 5 6 8
0,3 0,3 0,4 0,5 0,8 0,8
25 50 30 30 30 30
50 100 90 150 180 240
0,942 0,942 1,256 1,57 2,512 2,512
7,5 15 12 15 24 24
15 30 36 75 144 192
8,1 15,6 12,8 16 25,6 25,6
15,6 30,6 36,8 76 145,6 193,6
8,31 15,81 13,08 16,35 26,16 26,16
15,41 30,81 37,08 16,35 146,16 194,16
0,105 0,105 0,14 0,175 0,28 0,28
0,705 0,705 0,94 1,175 1,88 1,88
1,5 1,5 2 22,5 4 4
11,25 22,5 24 45 84 108
Заключение.
В выпускной квалификационной работе спроектирован замкнутый по скорости исполнительный привод горизонтального наведения тепловизионной системы автоматического сопровождения целей типа вертолет и танк, размещенной на неподвижном основании.
В качестве исполнительного двигателя выбран реверсивный, малоинерционный двигатель постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов ДП 60-90-6-Р10 номинальной мощностью 90 Вт.
Передаточное число редуктора q=2880.
Располагаемые кинематические параметры составили
, , При потребных скоростях и ускорениях: , .
Суммарная зона сопровождения, определяемая, главным образом, зоной по скорости, составляет: В замкнутом по скорости приводе реализован трехпозиционный закон управления, параметры автоколебаний (записать) обеспечивают нормальный тепловой режим работы двигателя и не вызывают “размытия” линии визирования.
Параметры переходных процессов при разных амплитудах входных сигналов составляют (таблица 3): Таблица 3
0,20850
0,29615
Полоса пропускания привода при 0.1 позволяет синтезировать широкополосный высокоточный позиционный (замкнутый по углу) привод или контур автосопровождения.
Список литературы
1. А. Г. Шипунов, В. Д. Дудка, Л. Г. Захаров, Ю. Л. Парфенов “Концепция ПТРК III поколения”. - «Военный парад», №1, 1999.
2. А.В. Рабинович, В.И.Петров и др. Проектирование следящих систем. - М., Машиностроение, 1969.
3. Б. И. Петров, Л. Д. Панкратов, В. А. Полковников, Н. П. Папе. Электропривод систем управления летательными аппаратами. - М., Машиностроение, 1973
4. О. Горилев “Бронетанковое вооружение на пороге века.” - Ж. «Военный парад», №3 (21), 1997.
5. О. Горилев “Бронетанковое вооружение на пороге века (технический облик).” - Ж. «Военный парад», №4 (22), 1997, с. 86 - 89.
6. А. Н. Латухин “Противотанковое вооружение”. - М., Воениздат, 1974 г.
7. Ж. Госсорг “Инфракрасная термография. Основы, техника применения”. - М.: Мир, 1988.
8. Н.Р.Лавров Вопросы теории ПУА30 - М., Оборониздат.,1960.
9. Методика проектирования следящего привода автоматических систем. Для студентов специальности «Автоматические системы» - Тула, КБП, 1988.
10. Проектирование исполнительных механизмов систем АСЦ. - Методическое пособие для студентов специальности «Проектирование технических и технологических комплексов». - Тула, КБП, 1999.
11. Н.И. Беляев, В.Д. Нагорский. Выбор двигателя и редуктора следящих систем. - М., Машиностроение, 1972.
12. Проектирование систем автоматического сопровождения целей, методическое пособие для студентов специальности 120901 «Проектирование технических и технологических комплексов». - Тула, КБП, 2001.