ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ПРИВОД ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Полезная модель относится к электромеханическим приводам, используемым в автоматических системах, в частности к автоматическим системам с обратной связью, а именно к гироскопическим стабилизаторам углового положения различных объектов: оптических приборов, вооружения и пр.
Известен электромеханический привод (Атлас конструкций «Детали и узлы гироскопических приборов», авторы Сломянский Г.А., Агапов А.В., Родионов Е.М., Румянцев С.И., Тимофеева А.Д., издательство «Машиностроение», 1975 г., стр. 281).
П
Д
Он представляет собой электрический двигатель и редуктор. При этом статор электродвигателя закреплен на корпусе редуктора, а ротор соединен с входным валом редуктора. Выходной вал редуктора является выходным валом всего привода. В этом приводе редуктор предназначен для увеличения момента привода. При этом выходной момент привода М оказывается больше момента двигателя М в i раз, где i - коэффициент редукции.
Недостатком такого привода являются его низкие механические характеристики. Люфт и нежесткость, всегда имеющие место в зубчатых зацеплениях редуктора, снижают качество автоматических систем, в которых применен привод. Так в автоматических системах с обратной связью люфт и нежесткость привода отрицательно влияют на устойчивость и качество регулирования автоматических систем (В.А. Бессекерский, Е.А. Фабрикант «Динамический синтез систем гироскопической стабилизации», 1968 г., стр. 130-147). Кроме того, момент привода часто оказывается недостаточным для выполнения задач, предъявляемых к автоматической системе при выбранных характеристиках редуктора и двигателя.
Этот привод выбран за наиболее близкий аналог (прототип).
Кроме того, известен безредукторный привод в виде датчика момента типа ДМ-3, ДМ-10, ДМ-5 (Атлас конструкций «Детали и узлы гироскопических приборов», авторы Сломянский Г.А., Агапов А.В., Родионов Е.М., Румянцев С.И., Тимофеева А.Д., издательство «Машиностроение», 1975 г., стр. 201) или типа ДМ-18, ДМ-20 и др. В таком приводе отсутствует редуктор и соответственно - люфт, а жесткость цепи передачи момента - значительно выше, однако, имеют место значительные ограничения по максимальному моменту.
Целью полезной модели является устранение указанных недостатков, т.е. создание привода с высокими механическими характеристиками, обеспечивающими меньшее влияние люфта и нежесткости редуктора на качество автоматических систем.
В предложенном приводе недостатки указанных приводов в значительной мере устраняются введением второго канала передачи момента путем соосного соединения статора двигателя с выходным валом редуктора.
Конструктивная схема предложенного привода представлена на Фиг. 1.
Привод содержит корпус 1, электрический двигатель (или корпусной датчик момента), состоящий из статора 2 и ротора 3 с выходным валом 4 в опорах качения 5, редуктор (на Фиг. 1 планетарный), имеющий входной 6 и выходной 7 валы. При этом входной вал редуктора 6 соединен с валом ротора двигателя, а выходной вал 7 редуктора соединен соосно со статором 2 двигателя.
При этом момент на выходном валу привода передается от двигателя по двум каналам: от статора - жестко без люфта и от ротора - через редуктор с люфтом и нежесткостью, но с моментом, превосходящем электромагнитный момент двигателя в i раз.
П
СТ
Р
СТ
Полный момент на выходном валу привода М равен сумме моментов, передаваемых на выходной вал от статора М и от ротора М. При этом М равен электромагнитному моменту двигателя
СТ
Д
М=М,
Р
Д
а М равен электромагнитному моменту двигателя М, взятому с обратным знаком и умноженному на коэффициент передачи редуктора i
СТ
Д
М=-М⋅i.
Таким образом, полный момент на выходном валу привода равен
П
СТ
Р
Д
М=М+М=М⋅(i-1).
Очевидно, что при отрицательном коэффициенте передачи редуктора (i<0) момент привода окажется больше электромагнитного момента двигателя (и момента на выходном валу привода-прототипа) в (i+1) раз.
Структурная схема передачи электромагнитного момента двигателя на выходной вал привода приведена на Фиг. 2
Д
Д
Д
Момент двигателя 8 М, возникающий при электромагнитном взаимодействии статора и ротора и действующий на статор, передается на условный сумматор 9 непосредственно. Такой же по величине момент, но с обратным знаком, действующий на ротор, передается на сумматор 9 через редуктор. Это отражено на структурной схеме в виде последовательно соединенных элементов 10, 11, 12. Элемент 10 осуществляет инверсию знака момента М. В элементе 11 осуществляется умножение момента М на коэффициент передачи i редуктора, который может иметь произвольную величину и знак. Наличие элемента 12 указывает в общепринятом виде (В.А. Бессекерский, Е.А. Фабрикант «Динамический синтез систем гироскопической стабилизации», 1968 г., стр. 130-147) на наличие в редукторе люфта и нежесткости.
Известно (В.А. Бессекерский, Е.А. Фабрикант «Динамический синтез систем гироскопической стабилизации», 1968 г., стр. 130-147), что при применении такого привода в автоматических системах, в частности в замкнутых автоматических системах, в частности системах пространственной гироскопической угловой стабилизации, наличие люфта и нежесткости привода отрицательно влияет на качество автоматических систем. Это отрицательное влияние тем больше, чем больше величина люфта и меньше величина жесткости привода.
Р
П
П
Д
П
Д
Из Фиг. 2 следует, что доля момента М в величине момента привода М пропорциональна величине i редукции и при малом i оказывается очень малой. Это соответствует практическому отсутствию влияния люфта и нежесткости редуктора на качество автоматической системы, в которой используется привод. При этом величина момента М остается принципиально большей величины момента М двигателя, что выгодно отличает настоящее предложение от второго аналога. (Атлас конструкций «Детали и узлы гироскопических приборов», авторы Сломянский Г.А., Агапов А.В., Родионов Е.М., Румянцев С.И., Тимофеева А.Д., издательство «Машиностроение», 1975 г., стр. 201), и тем более - большей величины момента привода прототипа (Атлас конструкций «Детали и узлы гироскопических приборов», авторы Сломянский Г.А., Агапов А.В., Родионов Е.М., Румянцев С.И., Тимофеева А.Д., издательство «Машиностроение», 1975 г., стр. 281), в котором М=М⋅i.
Р
При увеличении коэффициента i редукции влияние люфта и нежесткости возрастает, однако, сначала достаточно медленно, по крайней мере, до тех пор, пока момент М редуктора не превысит момент двигателя значительно. В последнем случае, т.е. при большом коэффициенте i редукции, влияние люфта и нежесткости редуктора на качество автоматической системы возрастает, но всегда остается меньшим такого влияния в приводе прототипа, поскольку наличие второго (жесткого и без люфта) канала, передающего момент статора двигателя непосредственно на выходной вал привода, всегда в разной степени сглаживает отрицательное влияние недостатков редуктора.