Современные лаборатории нуждаются в полной приспособленности оборудования к различному спектру задач. В данной статье мы рассмотрим методы обеспечения медленного вращения в лабораторных установках. Это требуется для сокращения средств, затрачиваемых на узкоспециализированное оборудование, включающее в себя излишние запасы по мощности или имеющие недостаточную износоустойчивость. Все это требует тщательного анализа возможных видов данного оборудования.

Рассматривая возможные варианты реализации процесса медленного вращения, выявились следующие факторы отбора двигателя: возможность регулировки как скорости, так и направления вращения, поддержание широкого диапазона регулирования скорости и возможность осуществления вращения на низких оборотах (иногда ниже 0,5 оборотов в сутки), отсутствие завышенных требований по моменту вращения (обычно не более 1 Нм) и тормозящему моменту (в среднем 1200 г·см), возможность точного позиционирования якоря и при этом отсутствие жестких требований по точности поддержания заданной скорости (низкая-средняя точность). Также не менее важны сравнительно малые габариты оборудования и по возможности отсутствие (громоздкого) вспомогательного оборудования [4].

1. Виды приводов, используемые для обеспечения вращательного движения

Рассмотрим классификацию приводов, которые могут обеспечивать низкоскоростное вращательное движение.

Сравнительные характеристики приводов вращения

2. Возможные варианты кинематики привода вращения

Приводы прямого действия. Данный тип приводов имеет наиболее высокий КПД в рабочем диапазоне скоростей вращения и мощностей (моментов). Для данного типа характерно применение электрических приводов, которые могут обойтись без дополнительного оборудования, такого как: передаточный механизм; регулятор или колебательная система в часовом механизме; градусника, который предназначен для регулировки периода колебаний, а также самого механизма заводки пружины. Прямой привод упрощает конструкцию средств автоматизации.

Приводы ременной передачи. Данные приводы часто используются с двигателями среднего-высокого крутящего момента и мощности, к которым можно отнести асинхронные и синхронные двигатели. Этот вид передачи реализуется за счет сил трения или сил зацепления, включает в себя гибкий элемент. Это позволяет скомпенсировать перегрузки (за счет проскальзывания) и сгладить пульсации, возникающие в процессе работы двигателя. Привод ременной передачи самый экономичный, то есть не требует больших затрат на замену ремней, что нельзя сказать о редукторах. Если сравнивать с зубчатой передачей, то ременная дает возможность передачи движения между валами, находящимися на значительном расстоянии друг от друга. Недостатками является малый срок службы и малая несущая способность, которая возникает из-за эффекта скольжения. Почти всех этих недостатков лишена цепная передача, за исключением эффекта растяжения во время работы.

Рис. 1. Сравнение редукторной передачи с прямым приводом

Приводы редукторной (зубчатой) передачи или их разновидность приводы с ведущим роликом. Этот тип популярен как для механических и электромеханических приводов, так и для электрических. Редукторная передача зачастую используется с двигателями высоких мощностей из-за своей прочности и износоустойчивости. Его применение позволяет регулировать угол поворота якоря шагового двигателя за один поданный на него импульс (это достигается подбором передаточного числа), что принципиально важно в установках медленного вращения. [2] В приводах с ведущим роликом используется тот же принцип передаточного числа, но вместо шестерни используется валик, т.е. передача вращательного движения происходит за счет трения валиков. Данный тип передачи менее дорогостоящий и используется в маломощных установках, где не требуется высокий момент.

Рис. 2. Структурная схема привода с шаговым двигателем для медленного вращения круглой платформы (диска)

Приводы ременной передачи. Данные приводы часто используются с двигателями среднего-высокого крутящего момента и мощности, к которым можно отнести асинхронные и синхронные двигатели. Этот вид передачи реализуется за счет сил трения или сил зацепления, включает в себя гибкий элемент. Это позволяет скомпенсировать перегрузки (за счет проскальзывания) и сгладить пульсации, возникающие в процессе работы двигателя. Привод ременной передачи самый экономичный, то есть не требует больших затрат на замену ремней, что нельзя сказать о редукторах. Если сравнивать с зубчатой передачей, то ременная дает возможность передачи движения между валами, находящимися на значительном расстоянии друг от друга. Недостатками является малый срок службы и малая несущая способность, которая возникает из-за эффекта скольжения. Почти всех этих недостатков лишена цепная передача, за исключением эффекта растяжения во время работы.

Таким образом, мы рассмотрели возможные варианты реализации медленного вращения в лабораторных установках. Исходя из факторов подбора нужного привода, которые мы определили во введении, следует следующее заключение. Привод должен быть с ведущим роликом или иметь редукторную (зубчатую) передачу (нам не требуется использовать двигатели высокой мощности, которые создают излишние вибрации или высокий крутящий момент). Также привод должен основываться на следующих типах двигателей: двигатель постоянного тока с ШИМ-управлением, двигатель с полношаговым управлением, шаговый двигатель с дробно-шаговым управлением.