Меню

Сборник бумажных моделей

Глава 8. От идеи — к конструкции
Определение оптимального передаточного отношения. Параметры электродвигателей

Передаточным отношением редуктора C называется отношение скоростей вращения входного и выходного валов. Поскольку в наших моделях к входному валу подключен двигатель, а выходным валом служит ось модели, то передаточное отношение находится как частное от деления частоты вращения двигателя n_дв на частоту вращения колеса n_к, т. е.

С = n_дв / n_к.

Величину n_дв находят непосредственно по таблице 1. Частоту вращения ведущих колес вычисляют по формуле:

n_к = ѵ ∙ 60 / π ∙ D,

где n_к — частота вращения ведущих колес (об/мин), ѵ — скорость модели (см/с), D — диаметр ведущего колеса (см). В самом конце изготовления модели, когда уже измерена сила сопротивления движению в реальных условиях, проверьте правильность выбора передаточного отношения редуктора. Для этого нарисуйте на одном и том же графике зависимость мощности, необходимой для движения модели N, и мощности двигателя N_дв от скорости модели. Первая зависимость представляет собой прямую, так как N = F ∙ ѵ / 100 ∙ η, вторая — параболу (см. параметры электродвигателей). Правда, по характеристикам двигателя (см. рис. 103) вы найдете только зависимость мощности от частоты вращения. Последний параметр связан со скоростью модели формулой:

n_дв = С ∙ 60 ∙ ѵ / π ∙ D.

При различных передаточных отношениях C эта связь различна. Поэтому при разных C получаются и разные зависимости N_дв от ѵ. На рис. 103, б нарисованы три кривые N_дв (ѵ), полученные для передаточных отношений, отличающихся друг от друга в 2 раза. Точка пересечения прямой N и параболы N_дв— точка, в которой выполняется равенство N = N_дв,— дает скорость движения модели. Если расположение этой точки на вашем графике такое, как для кривой 3, то скорость модели получится максимальной. Это очень хорошо для гоночной модели, но неприемлемо для модели грузовика, рассчитанной на движение в различных условиях. Для грузовика точка пересечения прямой N и параболы N_дв в средних условиях движения должна быть, как у кривой 2, а для вездехода — как у кривой 1. Остановимся теперь более подробно на каждом из параметров электродвигателей, приведенных в таблице 1 (см. с. 137).

Номинальное напряжение F_ном — рабочее напряжение, на которое рассчитан двигатель. Все данные в таблицах приводятся для этого напряжения. Напряжение питания может отличаться от номинального, но при этом изменяются остальные характеристики.

Частота вращения n_дв— количество оборотов, совершаемое двигателем за одну секунду. В таблице приведено значение частоты, соответствующее номинальной нагрузке (крутящему моменту).

Номинальный ток I_ном — ток, протекающий через двигатель при номинальной нагрузке. Зависимость потребляемого тока от скорости вращения приведена на рисунке 105 (прямая 3). Следите за тем, чтобы ток двигателя в рабочем режиме не превышал 21 ном, особенно при повышенном напряжении питания.

Крутящий момент M — произведение силы, создаваемой двигателем, на расстояние от точки ее приложения до оси мотора. Для микроэлектродвигателя крутящий момент измеряется обычно в H • см. Например, крутящий момент 1H • см. означает, что рычаг длиной 10 см, закрепленный на оси двигателя, развивает на конце усилие 0,1 Н, или, что то же самое, рычаг длиной 1 см создает силу 1 Н.

Зависимость крутящего момента от скорости вращения мотора — прямая 2, проходящая через точки Б и Г (рис. 105).

Изменение напряжения питания приводит к пропорциональному изменению максимального крутящего момента. В таблице приведено номинальное значение, приблизительно равное трети максимального.

Мощность двигателя N_дв — количество полезной работы, производимой им за одну секунду. При заданном напряжении питания мощность двигателя определяется частотой вращения. График этой зависимости — кривая 1 на рисунке 105 — парабола, проходящая через 0 в точках А и Б (т. е. при нулевой и максимальной скорости вращения двигателя) и достигающая максимума в точке В. В таблице приведено номинальное значение, которое несколько ниже максимального. Работая с напряжениями, отличными от номинального, учтите, что мощность в точке В изменяется пропорционально квадрату подаваемого на двигатель напряжения. Мощность обычно измеряется в ваттах; ее можно вычислить, зная крутящий момент и частоту вращения, по формуле: N_дв = 0,001 М ∙ n_дв, где M — крутящий момент (Н ∙ см), n_дв — частота вращения (об/мин). Коэффициент полезного действия — отношение полезной мощности к потребляемой — у микродвигателя не очень велик. Максимальная величина составляет 20... ...40%. Зависимость КПД от частоты вращения изображена кривой 4 на рисунке 105. Наибольшее значение КПД достигается при частоте вращения, равной 0,4—0,8 n_двmax. Эта область наиболее выгодна с точки зрения наилучшего использования батареек. На рисунке она выделена цветом.