Содержание к диссертации
Введение
1 Введение 4
1.1 Мехатронные системы в станках 6
1.2 Волновые редукторы в мехатронных системах станков 7
1.3 Возможности применения волновых редукторов в станках 9
1.3.1 Компактные привода. Револьверные Головки 9
1.3.2 Круговые приводы подач 14
2 Постановка проблемы 20
2.1 Возможные пути решения 21
2.2 Классическая теоретическая механика 22
2.3 Моделирование методами теории автоматического управления 23
2.4 Экспериментальные исследования компактных редукторов 25
3 Математическое моделирование 27
3.1 Принципы моделирования 28
3.2 Механическая модель 28
3.2.1 Механическая твердотельная модель 29
3.2.2 Гибридная механическая модель 33
3.2.3 Жесткость зубчатого зацепления 36
3.2.4 Модель передачи между генератором волн и гибким колесом 41
3.3 Математическая модель волнового редуктора 42
3.3.1 Приводное звено 44
3.3.2 Выходное звено 46
3.3.3 Неподвижное звено 47
3.3.4 Вспомогательные функции связей 48
3.4 Источники колебаний в редукторах 53
3.4.1 Внешние крутящие моменты 53
3.4.2 Неточности изготовления отдельных частей редуктора 54
3.4.3 Колебания жесткости зубчатого зацепления 55
4 Имитационное моделирование 58
4.1 Структура MATLAB- SIMULINKMOflenM 58
4.2 Численное решение уравнений движения.. 60
4.3 Графическое представление данных 60
4.4 Цифровая обработка полученных данных 61
4.5 Применение оконных функций - „windowing" 63
4.5.1 МАТІ АВф-программа для DFT- анализа ошибки передаточного отношения 64
5 Рассмотрение составляющих ошибки передаточного отношения 65
5.1 Эксцентричное положение генератора волн 65
5.2 Отклонение формы гибкого колеса 69
5.3 Отклонение формы жесткого колеса 71
5.4 Влияние статистической функции жесткости зубчатого зацепления. 74
6 Программа исследований и описание стенда 76
6.1 Программа практических исследований редуктора 78
6.2 Описание испытательного стенда 79
6.2.1 Конструктивные особенности стенда 79
6.2.2 Измерительная система 81
6.2.2.1 Измерение углового положения вала 81
6.2.2.2 Измерение частоты вращения валов 81
6.2.2.3 Измерение крутящего момента 81
6.2.3 Управление измерениями, обработка результатов 83
7 Математическая модель кругового привода подач 86
8 Проведение практических испытаний и результаты 89
8.1 Свойства редуктора под действием статических нагрузок 89
8.1.1 Определение статических характеристик 89
8.1.2 Диаграмма крутильной жесткости редуктора 91
8.1.3 Динамические характеристики 92
8.1.4 Критерии динамической добротности 93
8.1.5 Определение критериев динамической добротности редуктора 94
8.1.6 АФЧХ волнового редуктора 95
8.1.7 Измерение переходной характеристики 98
8.2 Кинематические передаточные характеристики редуктора 99
8.2.1 Основные кинематические погрешности 100
8.2.2 Частотный анализ ошибки передаточного отношения 101
8.2.3 Влияние частоты вращения двигателя на амплитуду ошибки передаточного отношения 103
8.2.4 Детальное рассмотрение отдельных частот 109
8.3 Измерение вибрации корпуса редуктора 110
8.4 Энергетические характеристики редуктора 114
8.5 Исследования влияния внешних нагружающих факторов на передаточные характеристики 117
8.5.1 Влияние внешнего крутящего момента 117
8.5.2 Влияние внешней поперечной силы на величину ошибки передаточного отношения 124
8.6 Сравнение результатов моделирования и практических измерений128
8.6.1 Частотный анализ полученных данных 128
8.6.2 Сравнение нагрузочных характеристик 139
8.6.3 Повышение точности вращения кругового привода подач 141
Заключение 146
Список литературы
- Волновые редукторы в мехатронных системах станков
- Моделирование методами теории автоматического управления
- Математическая модель волнового редуктора
- Цифровая обработка полученных данных
Введение к работе
1 Введение
В связи с развитием в последнее десятилетие тенденции создания технологического оборудования новых поколений блочно-модульной конструкции, в том числе, прецизионного оборудования на основе интеллектуальных мехатронных узлов и распределенных систем управления, стала актуальной задача создания прецизионных механических узлов вращательного перемещений для станкостроения, робототехники и других отраслей машиностроительного комплекса.
Требования к системам приводов в станках в последние время значительно возросли. /22/, /52/ Станки становятся все точнее и динамичнее, отсюда возрастают требования и к приводам. Те производители, которые хотят иметь успех на рынке, должны выполнить ряд требований, которые формулирует потребитель исходя из типа своего производства. Традиционные критерии оценки станков при этом - экономичность, точность, мощность, надежность. Они характеризуют станок как отдельную автономную единицу. Дополнительно, в настоящее время рассматриваются критерии, которые характеризуют станок как часть гибкой производственной системы. Это - гибкость и возможность интеграции в ГПС. Экологический критерий все чаще имеет также не последнее значение. Производители станков требуют при этом компактные быстромонтируемые механизмы, при этом эти механизмы в довольно короткое время должны быть разработаны и представлены на рынок. Качество станка определяется, в основном, двумя противоречивыми принципами: точностью и производительностью. Точность, являясь основной комплексной оценкой качества прецизионных станков, зависит от множества критериев работоспособности, а именно: от жесткости и виброустойчивости станка, точности позиционирования, теплостойкости. Для обеспечения производительности при требуемой точности нужно повышать мощность приводных систем при сохранении точности передаваемого движения. Мощность привода Р определяют крутящий момент Ми частота вращения п:
Р = 2ттМ Формула 1
Для электродвигателей повышение мощности при повышении номинального крутящего момента означает увеличение массы и габаритных размеров привода.
1 Введение
Повышение мощности путем увеличения частоты вращения выходного вала намного выгоднее. Чтобы достичь высокой относительной мощности (Р/т) имеет смысл в приводах применять мотор - редукторы.
Номинальный крутящий момент / [Нм]
Рис. 1: Сравнительная диаграмма
Для приводов подач необходимы, как правило, низкие частоты вращения. Это справедливо также для приводов, которые преобразуют вращательное движение в поступательное, например, через передачу винт-гайка. Особенно высокое передаточное число необходимо там, где движение передается с зубчатого колеса на зубчатую рейку или непосредственно для вращательного движения подачи, например стола фрезерного станка.
Недостатком электромеханических систем привода, с быстроходными двигателями и высокопередаточным элементом является податливость привода, которая имеет кроме того нелинейный характер. На основе высокого ветвления передаваемой мощности на параллельные элементы зацепления при низкой нагрузке возникает более низкая жесткость, чем при высокой. Обусловленные изготовлением погрешности в приводе в комбинации с нелинейной кривой крутильной жесткости привода дают в итоге типичные нелинейные отклонения передачи вращения, которые противостоят необходимой высокой точности. Такие колебания можно скомпенсировать повысив демпфирования привода при помощи системы управления, применив датчики обратной связи, однако все это
1 Введение ведет к применению дорогостоящих систем ЧПУ, что в свою очередь ведет к удорожанию станка.
Волновые редукторы в мехатронных системах станков
Применение механизмов с пониженным трением. 7. Использование прецизионной механики. Новейшие разработки в области редукторов с высоким передаточным отношением нацелены на повышение жесткости и точности передачи движения. 1.2 Волновые редукторы в мехатронных системах станков В настоящее время в системах приводов для получения высокой степени редукции используются планетарные, волновые и циклоидные редуктора, все они являются беззазорными благодаря различным конструкционным особенностям. Наиболее предпочтительными с точки зрения применения в мехатронных системах станков являются волновые редукторы. Они обладают рядом преимуществ по сравнению с обычными зубчатыми передачами.
Так, например, погрешность вращения волновой передачи в сборе ниже, чем измеренная погрешность зубчатых колес этой же передачи. Измерения показали, что кинематическая погрешность передачи составляет 40% средней суммарной погрешности колес /60/.
Малая статистическая вероятность совпадения одинаковых по величине и направлению погрешностей снижает возможность проявления таких погрешностей как биение и колебание величины шага зубчатых колес. В волновой передаче имеется возможность устранения зазоров между зубьями путем регулирования деформации гибкого колеса и таким образом создания беззазорных реверсивных передач без дополнительного усложнения конструкции.
Величина суммарного износа любой зубчатой пары зависит от скорости относительного скольжения рабочих поверхностей зубьев. Величина этой скорости в обычных зубчатых передачах достигает 20 - 30% от окружной скорости колес. В волновой передаче относительная скорость скольжения зубьев Введение более чем на два порядка меньше, чем в обычных зубчатых передачах Vc-0,5...3 м/с, а в волновой передаче Vc= 0,0005...0,005 м/с /60/. Ниже сравниваются основные показатели отечественных планетарного и волнового редукторов общего назначения близких по передаточным отношениям и моментам на тихоходных валах. /58/
Известно также, что быстроходные двигатели легче и дешевле тихоходных. Одной из причин, ограничивающих применение быстроходных двигателей, являются недостаточные возможности ранее известных механических передач в области больших передаточных отношений. Волновые передачи значительно расширяют эти возможности и способствуют распространению быстроходных двигателей. Сочетание легкого двигателя с легкой передачей позволяет значительно уменьшить массу и габариты приводов. Исходя из вышесказанного, можно определить задачи, конструкторское решение которых в современном станкостроении возможно с применением волновых редукторов
Прецизионные волновые редукторы, которые объединяют точное движение вращения с отсутствием зазора и необходимости частого обслуживания, обладают также возможностью передавать большие крутящие моменты при довольно большой крутильной жесткости.
Одной из возможностей применения в станках волновых редукторов, является применение их в приводе револьверной головки. Привод револьверной головки во время процесса обработки вращается с точностью позиционирования до нескольких угловых секунд. На рисунке Рис. 2 показано, что привод очень компактен.
Револьверная головка токарного станка (источник: Gildemeister GmbH)
Особенно важно равномерное движение без толчков выходного звена при маленькой подаче и медленном движении. На токарных станках фирмы Gildemeister GmbH применяется выше описанная концепция привода (Рис. 3). Движение подачи в направлении X осуществляется вращением револьверной головки, которая присоединена прямо на фланец выходного звена редуктора. Таким образом получается обычная линейная NC - X - координата. Поскольку инкрементальный датчик для контроля углового положения в данном случае крепится непосредственно на двигателе, необходимо снизить ошибки передаточного отношения. С восьмипозиционнои револьверной головкой станок обладает высокой точностью обработки и гибкостью. Кроме этого для автоматизации было предусмотрена автоматическая смена заготовки в патроне, Введение который закреплен на шпинделе, двигающимся в направлении координаты Z (Рис. 3)
Новая концепция токарных станков (источник: Gildemeister) Рассмотренный ранее пример говорит о тенденции к многофункциональным станкам. Еще один пример этому - новый комбинированный токарно -шлифовальный центр VSC 250 HDS фирмы EMAG Maschinenfabrik GmbH. Станок позволяет производить вертикальную токарную обработку и финишное шлифование заготовки за один установ на одном станке. В приводе револьверной головки применен волновой мотор -редуктор. Револьверная головка несет 4 инструмента для токарной обработки и два шпинделя со шлифовальными кругами. Высокие точность позиционирования +/-0,1" и крутильная жесткость волновых редукторов обеспечивают стабильное положение инструментов как при черновом точении так и при финишной обработке. Введение Рис. 4: Концепция обрабатывающего центра VSC (Источник: EMAG Maschinenfabrik GmbH)
Фирма Honsberg Lamb - производитель специальных станков и автоматических линий для автомобильной промышленности. При помощи нового обрабатывающего центра Mach 1-500Т выполняются операции по сверлению масляных каналов в карданных валах. При этом важными требованиями являются /Фирменный проспект/: Гибкая обработка глубоких отверстий в различных типах карданных валов. Автоматическая настройка всех параметров сверления как то: угол сверления, точка входа и выхода сверла, глубина сверления, Быстрая смена производственного цикла Обработка с кондуктором или без. Введение Рис. 5: Обрабатывающий центр Mach 1-500Т (Источник: Honsberg Lamb)
Каждый станок оснащен двумя рабочими шпинделями для параллельной обработки сразу двух карданных валов. Позиционирование каждого из них осуществляется при помощи делительных столов. В приводах столов применяется волновой редуктор с полым валом. Данный привод служит заменой применяемую ранее делительному аппарату. Причина этого - соотношение цены и возможностей, которые возможны лишь при применении цельных мехатронных систем.
Моделирование методами теории автоматического управления
Компактные редуктора моделируются с достаточно хорошим приближением как двухмассовая система, соединенная между собой пружиной с демпфером. (Рис. 146) Однако, все это характерно для редукторов, работающих на сравнительно маленьких скоростях, т.е. в дорезонансной области. Периодические колебания жесткости зубчатой пары в этих работах как правило не рассматриваются. В,Л. Вейц в своих работах уделяет большое внимание проблеме моделирования гистерезисных характеристик в приводах. Он рассматривает привод в целом не как двухмассовую систему а как сложную разветвленную структуру, которая в свою очередь может быть замкнута, а может оставаться и разомкнутой. Такой подход очень удобен, от простых систем он переходит к моделированию приводов тяжелых фрезерных станков. А также проводит аналогии между механическими и электрическими колебательными системами. /53/, /54/. Особое внимание уделяется проблемам связанным с двигателем, так, например, X. Хоубен занимается проблемами связи двигателя с коробкой скоростей, нелинейностями в соединительных муфтах. /9/
В данном разделе хочется упомянуть работы X. Тагирата и Таттла /42/, /40/. Они оба занимаются проблемами волновых редукторов в ТАУ- постановке. Начиная от простой двухмассовой системы, с помощью которой решаются задачи колебания передаточного отношения волнового редуктора, в частности Тагират постепенно усложняет свою модель, вводя демпфирование, трение, ошибки. Отдельно надо сказать об ошибках, а именно каким образом рассматривается ошибка редуктора. Так Тагират моделирует ошибку в целом в виде бесконечного ряда Фурье, не обращая внимание на отдельные возмущающие факторы, порождающие эту суммарную ошибку.
Несомненный интерес представляет работа Т. Календера, которая является по сути комплексной работой в области исследования приводов с компактными редукторами. В ней присутствует как экспериментальные исследования, так и теоретическая часть. Основная проблема, которой посвящена данная работа -проблема нелинейной жесткости компактного редуктора и ее возможные модели. /11/
Экспериментальные исследования компактных редукторов Пожалуй наиболее интересные исследования в этой области были проведены в свое время Розенбауэром и Герстманном. Обе эти работы посвящены динамическому исследованию роботов и как следствие приводов. Основательные экспериментальные исследования посвящены передаточным характеристикам, статическим и динамическим свойствам редукторов различного типа. В этих работах были сформулированы также оценочные критерии компактных редукторов, проведены сравнения редукторов различного типа. Розенбауэр /36/ подразделил ошибки передаточного отношения редукторов различных типов по причине и месту их возникновения. Применяя частотный анализ при исследовании редукторов, возможно определить какое влияние каждая конкретная ошибка на общую картину передаточной характеристики. На основе полученных результатов были сформулированы предложения для конструктивной оптимизации системы привода.
Герстманн /7/ пытается также компенсировать возникающие в приводе колебания при помощи контура регулирования.
К научным работам этой же области хочется отнести и работы посвященные технической диагностике машин и непосредственно редукторов. Так В. Нитше /30/ остановился в своей работе как раз на данной проблематике. Работа прежде всего интересна с точки зрения подхода к исследованию различных типов приводов. Автор уделяет особое внимание проблеме вибродиагностике привода, предлагает возможные варианты для дальнейшей обработки полученного сигнала. Как результат была предложена сложная мультипроцессорная система для распознавания возможных ошибок, поломок в приводах.
Суммируя все вышесказанное, подведем итог, что всякое исследование динамических процессов, возникающих в зубчатой передаче при различного рода воздействиях, предполагает определенное модельное представление и аппроксимацию механической системы и схематизацию возмущающих воздействий. Разработка соответствующей модели, отображающей с необходимой полнотой свойства исследуемой системы, является сложной и противоречивой задачей.
К сожалению, такой модели, которую могли бы использовать конструктора для проектирования отдельных узлов станка с использованием волновых редукторов пока не существует. Воспользовавшись такой моделью, и зная при этом характеристики исполнительного органа, можно было бы сформулировать требования к редукторам.
Таким образом, составив модель только волнового редуктора с возможностью использования его в станочном приводе, мы сможем, при определенных настройках редуктора добиться определенных выходных характеристик привода, и тем самым всего станка в целом. Рассмотрим принципы такого моделирования в следующей главе.
Первым шагом при исследовании динамических свойств механической системы является составление подходящей механической модели. В общем случае модель служит для того, чтобы проанализировать свойства реального объекта, это может быть, например, прогноз (погода), или модель объекта, наблюдение за которым достаточно трудно (модель атома). Модель должна с одной стороны правильно отражать системные свойства, а с другой стороны - быть простой в реализации. Это связано в первую очередь с вычислительными ресурсами (компьютерными, измерительными). Является ли модель корректной? Об этом можно судить сравнивая результаты расчета с практическими измерениями, /37/, /67/
Математическая модель волнового редуктора
Данное уравнение представляет собой обобщенное уравнение, для моделирования редукторов. Вектор S зависит от типа соединения, величины, входящие в него имеют ту же размерность, что и обобщенные координаты соответственно. Если формально представить все соединения в виде пружины с демпфером, этот вектор будет описывать перемещение пружины. (В немецкой литературе - Federweg /15/. Дословно: путь пружины) Качество моделирования в первую очередь зависит от параметров модели, в данном случае все системные параметры можно разделить на две группы: 1. геометрические - можно рассчитать, воспользовавшись конструкторской документацией конкретного редуктора, 2. физические - рассчитываются или определяются опытным путем.
Массы и моменты инерции могут быть определены как правило опытным путем, исходя из частоты колебания маятника, представляющего из себя исследуемую деталь. На сегодняшний день существуют также мощные вычислительные программы, которые позволяют с хорошей степенью точности вычислить интересующие параметры.
Определение жесткостей и демпфирования соединенных элементов, как то валов, подшипников, зубчатого зацепления задача более сложная. Для определения жесткостей подшипников удобно воспользоваться табличными данными, которые предлагает К. Клумперс /14/. Он дает для различных типов подшипников соответствующие им жесткости и демпфирования в форме диаграмм.
Как было сказано выше, точный расчет жесткости зубчатого зацепления возможен лишь с помощью метода конечных элементов. Как правило, данные расчеты проводились ранее и можно воспользоваться полученными результатами, а также экспериментальными данными. Далее будут подробно рассмотрены отдельные элементы волнового редуктора, а также их математические модели.
В волновых редукторах приводным элементом является генератор волн. Он связан с двумя соседними элементами. Первая связь с валом двигателя, что собственно и позволяет характеризовать генератор волн как приводное звено. Согласно кинематической цепочке следующей связью генератора волн является связь с гибким колесом - передаточным звеном. С ним генератор волн связан посредством гибкого подшипника. Первая связь моделируется как жесткая. Изначально в поставленную задачу входит обнаружить внутренние источники колебаний в волновом редукторе, поэтому колебаниями вала двигателя в радиальных направлениям далее пренебрегается. Уравнение вектора связи для этого типа соединения имеет вид:
Как было замечено выше вторую связь генератора волн - с гибким колесом можно представить формально как особый вид зубчатого зацепления с приведенным углом зацепления amt который был рассчитан ранее. С учетом всех допущений и преобразований получаем плоскую модель генератора волн волнового редуктора на рисунке Рис. 25
Аналогично, рассматриваем плоскую механическую модель гибкого колеса. Особенности связи с генератором волн были описаны выше, а связь гибкого колеса с неподвижным элементом моделируется как зубчатое соединение. Таким образом, из-за дополнительной связи с жестким колесом, которое является причиной высокой степени редукции в волновых редукторах, гибкое колесо можно считать одновременно еще и передаточным звеном. Учитывая эту двойственность, легко описать все связи гибкого колеса с генератором волн, жестким колесом, а также с внешней нагрузкой на выходе редуктора.\ Уравнения движения для данной модели: Несмотря на то, что данный элемент жестко закреплен с корпусом, связи его моделируются как соединения с вязко - эластичными свойствами, поэтому при выборе параметров для имитационного расчета значения жесткостей необходимо выбирать на порядок выше.
Для того чтобы описать моменты в зацеплениях, как в зацеплении гибкое -жесткое колесо, так и в условном зацеплении генератор - гибкое колесо, воспользуемся следующей формулой: TDr = R{s,jCt} + s9 кч) Фор мула 22
В этой формуле R радиус точки контакта соответствующих тел. Необходимо заметить следующее, на данном этапе жесткость зацепления рассматривается как линейная и постоянная величина, в дальнейшем, выяснив причины возможных нелинеиностеи в волновом редукторе эту формулу можно дополнить соответствующими компонентами.
Чтобы перейти к модели реального редуктора необходимо рассмотреть источники колебаний в редукторе и составить их математическое описание. 3.4 Источники колебаний в редукторах
Чтобы как можно точнее смоделировать динамические свойства редуктора нужно обратить особое внимание на всевозможные источники колебаний. Их можно условно разделить на внешние и внутренние, наиболее интересны с точки зрения исследования внутренние источники, они обусловлены в первую очередь производственными допусками.
Колебания внешней нагрузки как на входе редуктора, так и на его выходе встречаются очень часто и зависят от различных источников. Например эффект синхронизации в электродвигателе или колебания нагрузки на рабочем органе машины. Все данные источники возможно достаточно точно описать при помощи функции синусов или косинусов относительно угловой скорости рассматриваемого звена: Коэффициенты ак и Ьк могут быть получены из экспериментальных исследований или из простых теоретических обоснований.
Наряду с этими колебаниями внешней нагрузки в приводах встречаются такие явления как ударная или скачкообразная нагрузка, например из-за поломки зубьев или падения нагрузки на рабочем звене. Подобные эффекты в данной работе не рассматриваются.
На основе данных о производственных допусках практически невозможно изготовить зубчатое колесо или вал так, чтобы их ось вращения проходила бы точно через центр тяжести и совпадала бы с главной осью инерции данного тела. Это приводит к дисбалансу.
Поскольку рассматривается плоская модель волнового редуктора, а также учитывая, что исследуемый редуктор имеет концентричное строение и небольшую толщину, углом а в данном случае можно пренебречь. В таком случае отклонения от идеального движения звена редуктора, вращающегося с угловой скоростью щ движения, вызванные эксцентриситетом можно смоделировать как:
Цифровая обработка полученных данных
Любое практическое исследование должно в любом случае проводиться на основе технических характеристик, которые в свою очередь ориентированы на возможные варианты применения редукторов. В последнее время не только в промышленных роботах, но и в металлорежущих станках требуется высокая точность движения. Для проведения различных финишных операций, например, точного фрезерования соответствующие узлы станка должны обладать как высокой точностью позиционирования, так и точностью при контурном движении по заданной траектории. Это означает, в первую очередь то, что соответствующий узел станка (стоп, фрезеровальная головка, шпиндель) независимо от приложенной нагрузки по возможности точно достигает заданной позиции. Точность данных узлов станка будет зависеть в большинстве случаев от точности примененного в приводе узла редуктора Я/. Основываясь на свойствах механических частей в мехатронных системах, а также анализируя возможные варианты применения компактных редукторов в станкостроении, получаются семь оценочных критериев, представленных на рисунке Рис. 44. Большое значение для редукторов имеют статические нагрузочные характеристики, с такими величинами как крутильная жесткость и люфт. Отсутствие люфта и небольшая податливость под воздействием внешней нагрузки гарантируют высокую точность позиционирования. «Ходовые» качества редуктора можно оценить на основе кинематических передаточных характеристик. Производственные допуска отдельных элементов редуктора в большой степени влияют на точность передачи. Они являются причиной отклонения истинной позиции выходного вала от заданной. Данные неточности возбуждают колебания в редукторе. Также при высоких частотах вращения вибрации выходного вала должны быть минимальны. Во время процессов торможения или разгона в приводе возникает вероятность возникновения колебаний. Для динамически жесткого редуктора характерны короткие переходные характеристики с низкими амплитудами колебаний. Наряду с высокой резонансной частотой требуется и достаточно высокое демпфирование.
Энергетические характеристики влияют как на динамику привода, так и на точность позиционирования. Высокий КПД редуктора снижает энергетические затраты и тепловыделение. Поэтому с одной стороны могут применяться небольшие и легкие двигатели, а с другой стороны сведены к минимуму тепловые деформации. Дополнительно низкие моменты сил трения гарантируют отсутствие гистерезиса, а следовательно и высокую точность позиционирования. Наконец, все вышеназванные свойства влияют на точность редуктора. Важнейшим при этом является проверка точности позиционирования. При этом могут встречаться как постоянные составляющие, так и случайные ошибки. Не последнюю роль в оценке редуктора играют его конструктивные особенности. Быстрые холостые проходы сопровождаемые торможением или разгоном требуют высокую динамичность. В данном случае необходимы низкие моменты инерции деталей привода. Высокая нагрузочная способность гарантирует сохранение работоспособности привода в течение всего периода эксплуатации при перегрузке.
Данные критерии являются решающими в большинстве случаев для выбора того или иного типа редуктора, и делают возможным обобщенную оценку свойств в каждом конкретном случае. На основе данных критериев можно сформулировать и требования к испытательному стенду и программе практических исследований.
Программа практических исследований редуктора Согласно сформулированным выше оценочным критериям можно наметить некоторые основные этапы проведения экспериментального исследования волнового редуктора.
Испытательный стенд в Институте Техники Управления Станками и производственными приспособлениями университета Штуттгарта был построен в первую очередь для исследования редукторов использующихся в приводах промышленных роботов. На нем можно в противоположность проведенным исследованиям /7/, /36/ изучать влияние не только конструктивных особенностей редуктора, но и расположения редуктора в общей системе привода на его передаточные характеристики. Дополнительно возможно исследовать характеристики редуктора в общем контуре управления и определить границы управляемости при различных механических свойствах привода.
Основой стенда является станина из чугуна с высокими демпфирующими свойствами, на которой и располагается непосредственно двигатель, испытуемый редуктор и другие компоненты стенда. Для того, чтобы исключить при измерении колебания пола, станина установлена на демпфирующих опорах. На испытательном стенде (Рис. 46) система мотор - редуктор может быть нагружена благодаря четырем «крыльям» как статически, так и динамически. Регулируемыми пружинами и демпферами можно изменять жесткостные характеристики «крыльев» и, таким образом, исследовать, например, влияние подвижных частей робота на его первую ось. При этом два противоположных «крыла» выполнены как звенья с малой жесткостью, которые поддерживаются через регулируемые блоки - пружина - демпфер двумя другими «жесткими крыльями». Эти два «жестких крыла» закреплены во вращательном шарнире, при этом их собственные частоты колебаний могут быть настроены регулируемыми пружинами.
Таким образом, система состоит из 4-х несущих «крыльев», чьи собственные частоты накладываются друг на друга и влияют на динамику мотор - редуктора статически и динамически.
