Введение к работе
Актуальность темы. В последние годы в нашей стране всё более широкое распространение находят гибкие производственные системы и автоматизированные рабочие места. Большинство периферийных устройств для них, а также роботов и станков с ЧПУ оснащено шаговыми двигателями, управляемыми микропроцессором или ЭВМ. Высокие темпы роста производства этих машин и больше объемы их выпуска делают актуальной аадачу улучшения энергетических характеристик и повышения точности.
Заметно расширились область применения и объем производства гибридных шаговых двигателей (ГЩЩ, работающих на принципах как реактивных двигателей, так и двигателей с постоянными магнитами.
Основные преимущества ГВЩ по сравнению с другими типами шаговых двигателей заключаются в высоких динамических и энергетических характеристиках, в наибольшей статической добротности, в высокой разрешающей способности и малой статической погрешности отработки шага.
Отечественные и зарубежные ученые, в частности, И.Г. Чи-ликин, В. А. Ивоботенко, Ю. Н.Пэрмшов. Ю. К Олиференко, Т. Kenjo, P.Aoarnley, В. Kuo, P.Kremen, S.$awratil и др. внесли значительный вклад в разработку теории ГПЩ. В их работах рассмотрен ГПЩ с равномерным зубцовым патом на роторе и гребенчатых полюсах статора, причем сами полюса образованы из равномерно распределенной зубцовой зоны путем изъятия некоторых зубцов. Разработана математическая модель идеализированного Г2Щ в статике и динамике, в которой при определении величины электромагнитного момента учитывается только первая гармоника магнитной проводимости воздушного зазора (ЫПЮ) гребенчатого полюса
Однако математическая модель, учитывающая только первую гармонику МПВЗ обладает сравнительно невысокой точностью и малопригодна для описания работы некоторых перспективных модификаций ПІД, имеющих неравномерный эубцовый шаг на гребенчатых полюсах. Кроме того, в ГПЩ высшие гармоники магнитной проводимости играют важную роль в создании фиксирующего момента и оказывают большое влияние на точностные характеристики двигателя, особенно в релимэ иекуственного дробления шага.
Учёт высших гармоник МПВЗ в математической модели ИДЯ даёт возможность рассчитать параметры геометриии зубцовой зоны двигателя, обеспечивающие требуемый вид угловой характеристики, учесть влияние реактивных моментов, возникающих как вследствие пульсаций ШВЗ из-за зубчатости ротора и гребенчатых полюсов статора, так и различных технологических погрешностей, а также рассмотреть их влияние на величину максимального статического момента- и точность позиционировании двигателя. Синтез требуемой формы угловой характеристики путем применения в конструкции ГВД гребенчатых полюсов с неравномерным вубцовш шагом мало исследован.
В ряде публикаций даны рекомендации по выбору оптимальных величия раскрытий пазов статора и ротора, размеров постоянного магнита по критерию максимума статического момента. Но при этом не учитывается, что увеличение статического момента монет быть сопряжено с искажением формы угловой характеристики и, как следствие, приводит к снижении точности позиционирования.
В работах В. В. Хрущева, Г. Е Тазова, О. А. Павлова, Я. М. Палия и др. авторов проанализировано влияние различных технологических погрешностей на точностные характеристики электрических микромашин, в частности, шаговых двигателей с постоянными магнитзш и реактивных, предложены пути совершенствования технологического процесса с целью улучЕення их характеристик. В то ле время, применительно к особенностям конструкции ГВД эти вопросы, а также вопросы, связанные с диагностикой технологических погрешностей рассмотрены недостаточно полно.
ЛЬстигнутые пріетические результаты в создании ГШД до настоящего времени не получили адекватного теоретического отражения, что сдерзтавает их дальнейшее развитие. Совершенствование математической модели ГВД будет способствовать повышению точности расчета, сокращению объёма макетных испытаний, уменьшению сроков проектирокаиия при одновременном улучшении технико-экономических показателей этого типа двигателей.
Цель работы - анализ влияния неравномерности гребенчатой зубцовой яоны статора и технологических погрешностей на электромагнитный момент ЇЩ и разработка рекомендаций по оптимизации параметров и совершенствованию технологического
процесса его изготовления.
Основные задачи, поставленные в работе, следующие: Ї. Разработка математической модели, методики и программы расчкта на ЭШ статических характеристик ГВД с неравномерной гребенчатой аубцовой боной и при наличии технологических погрешностей.
-
Определение ЫПВЗ гребенчатого полюса с неравномерным вубцовш шагоы и разработка рекомендаций по оптимизации геометрии зубцовой зоны с целъп получения максимальной величины статичесісого момента при заданной точности позиционирования.
-
Разработка рекомендаций по изменению технологического процесса изготовления и испытаний ГВД с целью повышения его точностных характеристик.
-
Экспериментальное подтверждение вшюдов теоретического исследования на опытных и серийных образцах ГВД.
Методи исследований. Основные результаты работы получены с помощью численных расчетов на основе штодов конформного преобразования, удельных гармонических проводимоетей и бубновых потоідаз для описания ШВЗ ГВД. метода 2ука-Дкивса для оп~ тго.шзащш параметров аубцовой зоны, методов планирования эксперимента, а танка экспериментальных исследований на опытных и серийных образцах двигателей. Шучная новизна
-
11а основе предложенной математической модели ГПЩ теоретически обоснована и экспериментально подтверждена инженерная методика расчета статического синхрониэирувдзго и фякси-рукщэго момента ГЗЩ с неравномерной гребенчатой аубцовой зоной и с учетом технологических погрешностей.
-
Установлены аналитические взаимосвязи меэду неравномерным зубцовым шагом гребенчатых полюсов и гармоническим составом ШВЗ.
-
Разработаны рекомендации для оптимизации геометрии вубцовой зоны ГЭД по величине максимального статического момента при заданной точности позиционирования.
-
Установлена зависимость угловой характеристики ГШД от технологической погрешюсти углового смещения пакетов ротора.
-
Разработады рекомендации по диагностике технологических погрешностей при испытаниях ГЩД.
ІЬвизна предложенных инженерных методик расчета ГВД
- б -
подтверждается регистрацией программ, разработанных на их основе, в Государственном фонде алгоритмов и программ. Практическая ценность.
-
Разработаны методика и программа расчета на ЭВМ статических характеристик ГЩД, позволяющие сократить сроки проектирования и объем экспериментальных исследования новых образцов двигателей.
-
Определены и экспериментально подтверждены соотношения для вубцовых делений гребенчатых полюсов с различным числом зубцов, обеспечивающие требуемый гармонический состав ШШЗ.
а Определены оптимальные соотношения для геометрии ауб-довой вояы ГЩД, обеспечивакэдие внсокие значения максимального статического момента при вадаяноя точности позиционирования.
4. Обоснован алгоритм и составлена программа для моделирования на SBM технологического процесса веерной сборки пакетов магнитопроводов с целью повышения точностных характеристик
6. Предложено на уровне изобретения устройство для измерения ошибок позиционирования вагових двигателей, позволяющее вначительно ускорить процесс испытаний ЇЇВД.
Реализация в промышленности. Иггодика и программы расчета статических характеристик ГЩД внедрены во ШИИАШ (г.Санкт-Штербург) и используются при моделировании новых образцов двигателей.
, Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и получили одобрение на научно-технических конференциях и семинарах: конференции профессорско-преподавательского состава Алма-Атинского института инженеров транспорта, Алма-Ата, 1985; XXXVII НТК ЖАЛ, г. Ленинград, 1987; конференции "Нзло-дые учёные и специалисты - народному хозяйству", Оренбург, 1989; научно-техническом семинаре "Контроль, техническая диагностика и прогнозирование в приборо- и аппаратостроедик", Ленинград, 1990; 111-м Всесоюзном совещании молодых учанюс к специалистов с участием зарубежных ученых "Датчики и преобразователи информации систем измерения;, контроля и управления", Гурзуф, 1991; научных семинарах ка<«дры ТОЭ Сашст-Петербургской государственной агадемия аэрокосмического приборостроения.
Осношгос содерианчэ работы отражено в пяти публикациях.
Отрута-ура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, приложений и списка литературы иа 112 наименований и содержит 133 страницы основного машинописного текста и БО рисунков.
