roboforum.ru

Технический форум по робототехнике.

 

Совет по поводу шасси робота

Шестерни и колёса, тяги и тросики... Каркасы, скелеты ...

Re: Совет по поводу шасси робота

Сообщение Vorral » 10 фев 2009, 17:58

Так никто и не ответил почему плавает (и плавает ли вообще :) ) КПД двигателя при разной мощности питания. У меня создалось впечатление, что тут звучит много необоснованных заявлений :D
Мне вообще не понятно зачем вступать в спор, если тема не до конца понятна вступающему.
Vorral
 
Сообщения: 873
Зарегистрирован: 11 сен 2008, 17:18
Откуда: Москва
прог. языки: Delphi
ФИО: Владислав

Re: Совет по поводу шасси робота

Сообщение blindman » 10 фев 2009, 18:00

Хватит кусаться. Идите ка википедию почитайте ;) Там приведены 4 достоинства мотор-колеса по сравнению со схемой с двигателем и трансмиссией:

  • более высокий КПД (!)
  • регенеративное торможение
  • возможность более точного управления
  • снижение веса
и 1 недостаток - увеличение нагрузки на подвеску

Конечно, это не истина в последней инстанции, но весьма показательно.
Проект [[Open Robotics]] - универсальные модули для построения роботов
Модули Open Robotics можно приобрести в магазине shop.roboforum.ru

Day OFF? You must be pulling my leg! Stop making humor before someone sees you, fool!

Аватара пользователя
blindman
 
Сообщения: 4128
Зарегистрирован: 29 апр 2008, 21:15
Откуда: Хабаровск
прог. языки: C,C++,Assembler,PHP,Javascript,Ruby, SPIN,Java(?)
ФИО: Андрей Юрьевич

Re: Совет по поводу шасси робота

Сообщение RoboTok » 10 фев 2009, 18:07

Vorral
Про разной мощности и КПД тут речи не шла.
Спорим о низком КПД на низких оборотах...

Добавлено спустя 3 минуты 9 секунд:
blindman
А не frig ли писал это статейку в Вики ?
Неужели нет минусов других ?
Аватара пользователя
RoboTok
 
Сообщения: 1060
Зарегистрирован: 04 фев 2008, 13:18
Откуда: Москва
прог. языки: PHP

Re: Совет по поводу шасси робота

Сообщение =DeaD= » 10 фев 2009, 18:09

blindman писал(а):[*]более высокий КПД (!)

Вот это ничем не обеспечено, может это писалось любителями зеленых технологий? :)

Хоть бы один график найти КПД электродвигателя в зависимости от RPM :(

Добавлено спустя 1 минуту 11 секунд:
К недостаткам может быть отнесено еще 4 двигателя в 1/4 мощности вместо 1 полной мощности, но возможно это будет с лихвой компенсироваться отсутствием распределителей моментов от движка по колёсам.
Проект [[Open Robotics]] - Универсальные модули для построения роботов
Аватара пользователя
=DeaD=
 
Сообщения: 24053
Зарегистрирован: 06 окт 2004, 18:01
Откуда: Ебург
прог. языки: Pascal / C++ / PHP / 1C
ФИО: Антон Ботов

Re: Совет по поводу шасси робота

Сообщение Vorral » 10 фев 2009, 18:09

А чем тогда обусловлены низкие обороты электродвигателя? :D
Vorral
 
Сообщения: 873
Зарегистрирован: 11 сен 2008, 17:18
Откуда: Москва
прог. языки: Delphi
ФИО: Владислав

Re: Совет по поводу шасси робота

Сообщение frig » 10 фев 2009, 18:10

если начинать с начала, то разговор был о мотор-колесах (которые фактически являются блоком состоящим из мотора, редуктора и колеса) и в пример приводился автомобиль, в котором применяется кпп. потом было много воды по поводу кпд и графика. таки почему электродвигатель с редуктором на мой (и не только, ибо весь электротранспорт кпп не имеет) взгляд вполне нормальное решение и удовлетворяет большой круг задач?

характеристика крутящего момента ДВС проходит через 0 при нуле оборотов. т.е. ДВС не может стартовать с нуля. значит нам УЖЕ необходим узел, который позволит отсоединять колеса от мотора. сцепление... кпп нужна опять же ввиду того, что мы не можем работать от нуля с одной стороны, и максимальные обороты ограничены с другой.

электродвигатель при остановленном валу имеет большой крутящий момент. как раз то, что нам нужно для того, чтобы двинуться с места. преодолеть усилие страгивания и начать движение. ни тебе сцепления ничего другого.

крутящий момент ДВС и электродвигателя имеют разную направленность. момент двс максимален недалеко от максимальных оборотов, у электродвигателя - наоборот. поэтому нам нужны сцепление и кпп чтобы хотябы тронуться с места используя двс и не нужны на электродвигателе.

раз уж мы заговорили о ДВС, то его кпд будет падать с ростом оборотов двигателя. чем выше обороты, чем хуже наполнение цилиндров, тем больше потерь на трение. почему тогда гонят частоту вращения коленвала? потому, что для автомобиля важна литровая мощность. т.е. при одинаковом объеме ну очень хочется получить бОльшую мощность. вот и выходит, что увеличивая потери и износ получают заветные "лошадки". пусть и не на долго :D

а теперь о кпп на электродвигателях. кпп на электродвигателе не является необходимостью, так как максимальную мощность мы получим на максимальных оборотах (условно) когда она нужна, а максимальный момент при заторможенном валу, когда он нам нужен. НО! если поставить на электродвигатель вариатор (кпп уж больно жутко), то можно получить прирост мощности на малых частотах вращения выходного вала. колеса т.е. товарищ Гулия в этом деле, вроде как, преуспел...
frig
 
Сообщения: 1640
Зарегистрирован: 12 фев 2007, 12:25
Откуда: Днепр

Re: Совет по поводу шасси робота

Сообщение =DeaD= » 10 фев 2009, 18:10

Vorral писал(а):А чем тогда обусловлены низкие обороты электродвигателя? :D

В смысле?
Проект [[Open Robotics]] - Универсальные модули для построения роботов
Аватара пользователя
=DeaD=
 
Сообщения: 24053
Зарегистрирован: 06 окт 2004, 18:01
Откуда: Ебург
прог. языки: Pascal / C++ / PHP / 1C
ФИО: Антон Ботов

Re: Совет по поводу шасси робота

Сообщение frig » 10 фев 2009, 18:11

Вот попробуй сам и доказать нам, что КПД на 1-10об\мин будет высоким


КПД в любом случае и на любых оборотах будет тем выше, чем меньше потерь. при меньших оборотах потерь на трение меньше. следовательно кпд выше.
frig
 
Сообщения: 1640
Зарегистрирован: 12 фев 2007, 12:25
Откуда: Днепр

Re: Совет по поводу шасси робота

Сообщение avr123.nm.ru » 10 фев 2009, 18:11

Планетраный редуктор на 2 передаточных числа в самый раз для мотор-колеса.
Аватара пользователя
avr123.nm.ru
отсылающий читать курс
 
Сообщения: 14200
Зарегистрирован: 06 ноя 2005, 04:18
Откуда: Москва
Предупреждения: -8

Re: Совет по поводу шасси робота

Сообщение frig » 10 фев 2009, 18:12

фух. валю я от вас, а то сейчас опять начнется чат на 20 страниц. :(
frig
 
Сообщения: 1640
Зарегистрирован: 12 фев 2007, 12:25
Откуда: Днепр

Re: Совет по поводу шасси робота

Сообщение avr123.nm.ru » 10 фев 2009, 18:12

frig писал(а):а максимальный момент при заторможенном валу...

электромоторы ведь разные бывают.
Аватара пользователя
avr123.nm.ru
отсылающий читать курс
 
Сообщения: 14200
Зарегистрирован: 06 ноя 2005, 04:18
Откуда: Москва
Предупреждения: -8

Re: Совет по поводу шасси робота

Сообщение frig » 10 фев 2009, 18:13

электромоторы ведь разные бывают.


это верно, но здесь никто не указал о каких именно мы говорим :lol:
frig
 
Сообщения: 1640
Зарегистрирован: 12 фев 2007, 12:25
Откуда: Днепр

Re: Совет по поводу шасси робота

Сообщение avr123.nm.ru » 10 фев 2009, 18:14

frig писал(а): при меньших оборотах потерь на трение меньше. следовательно кпд выше.

Ужас. т.е. при 0 оборотов КПД максимален ?
Аватара пользователя
avr123.nm.ru
отсылающий читать курс
 
Сообщения: 14200
Зарегистрирован: 06 ноя 2005, 04:18
Откуда: Москва
Предупреждения: -8

Re: Совет по поводу шасси робота

Сообщение =DeaD= » 10 фев 2009, 18:14

Предлагаю прекратить споры пока не найдём хоть 1 график КПД от RPM, ну или лучше несколько для разных типов двигателей (коллекторные\безколлекторные и т.п.)
Проект [[Open Robotics]] - Универсальные модули для построения роботов
Аватара пользователя
=DeaD=
 
Сообщения: 24053
Зарегистрирован: 06 окт 2004, 18:01
Откуда: Ебург
прог. языки: Pascal / C++ / PHP / 1C
ФИО: Антон Ботов

Re: Совет по поводу шасси робота

Сообщение boez » 10 фев 2009, 18:14

Графиков не будет, нету художественного таланту :) А вот формул можно, не жалко :). Для понимания процессов масштабирования электродвигателей. Формулы все из школьных законов физики берутся, если кое-где упущены какие-нить константы - так на то они и константы, чтоб не меняться и не влиять на масштабирование.

Итак, у нас есть электромотор коллекторный обыкновенный. Ротор - железный сердечник с пазами, в них обмотка на N витков. Статор - система из железного сердечника и постоянных магнитов. Создает некий магнитный поток Psi через себя и ротор. Через обмотку ротора (с сопротивлением R) течет некий номинальный ток I, он создает вращающий момент M=I*N*Psi, а еще падение напряжения на активном сопротивлении обмотки: U1=I*R. Вращение ротора наводит в обмотке ЭДС U2=omega*N*Psi. Мощность на валу мотора Pout = M*omega = U2*I. Напряжение на выводах мотора U = U1+U2, потребляемая мощность Pin=U*I. к.п.д = Pout/Pin = U2/U. Ну и пущай для определенности U1 = U/10, U2 = 0.9*U, кпд 0.9 - у некоего совершенно конкретного мотора с конкретными параметрами.

А теперь берем этот мотор и уменьшаем ему вдвое частоту оборотов при сохранении всех размеров. Что получаем? У нового мотора ток I' = I, U1' = U1, но U2' = 0.5*U2! Тогда U' = 0.6*U, к.п.д. = 0.5/0.6 = 0.83 :( А еще упала вдвое удельная мощность, т.к. масса и объем не изменились, а мощность упала вдвое.

Соответственно, подняв частоту вращения - получим повышение кпд. Повысим частоту вдвое - кпд = 2/2.1 = 0.95

Теперь проведем еще один опыт. Уменьшим все линейные размеры мотора в 2 раза, частоту оставим ту же. Напряженность поля определяется магнитными свойствами материалов и менять мы ее особо не можем. Поэтому поток Psi упадет в 4 раза. Ну и U2 соответственно тоже. Сопротивление обмотки, которая станет в 4 раза меньшего сечения и в 2 раза короче, станет в 2 раза выше. Ток мы уменьшаем в 4 раза, для сохранения плотности тока в обмотке. Значит I' = 0.25*I, R'=R*2, U1' = 0.5*U1, U2' = 0.25*U2. Несложными вычислениями получаем, что во-первых КПД опять упал до 0.83, а во-вторых удельная мощность опять упала вдвое - т.к. объем и масса уменьшились в 8 раз, а мощность - в 16.

Ну и еще напишу, зачем я в начале приплел число витков обмотки, а потом его нигде не использовал. А от него зависят ток и напряжение, но не мощность и КПД. Действительно, возьмем и перемотаем мотор более толстым проводом, сечение которого в 2 раза больше. Длина его в 2 раза меньше, т.к. размер пазов ротора не увеличишь, они и так там больше 50% объема занимают. Тогда R' = 0.25*R, I' = 2*I, U1' = 0.5*U1, U2' = 0.5*U2, U' = 0.5*U, Pout' = Pout, Pin' = Pin.

А кому не интересны формулы, приведу окончательные выводы. При уменьшении размеров электромотора, сделанного из тех же материалов, удельная мощность падает, а относительные потери (U1/U = 1-КПД) растут примерно пропорционально линейным размерам. При увеличении - наоборот. И это есть ответ тем, кто говорит - "а вот в электровозе! А вот в Белазе!" (кстати, как раз в белазе мотор-колеса и ДВС+генератор на борту). Да, все именно так. Сделайте колесо размером с электровоз - оно будет эффективным.

И еще один вывод отсюда получаем. Для мотор-колеса решающее значение имеет линейная скорость движения! Потому, что при уменьшении размера колеса частота вращения возрастет пропорционально, и исходя из наших выводов выше - КПД не изменится.

Хотя это все было только первое приближение, чистая геометрия. Есть еще пару причин, почему реально все еще хуже :). Во-первых, в маленьких моторах сложно сделать маленькие (относительно размеров мотора) зазоры, а это ведет к падению напряженности поля и следовательно, ухудшению эффективности. Во-вторых, большие моторы легче делать многополюсными, а увеличение числа полюсов равносильно увеличению скорости вращения, следовательно - эффективности. В третьих, в мелких моторах вообще абсолютные величины индукций и напряженностей, создаваемых мелкими магнитами, ниже, там тоже масштабность играет свою роль, поэтому мелкие моторы еще хуже, чем я написал выше.

Вот такие вот зависимости КПД от геометрии и скорости. Да, многополюсные мотор-колеса для автомобилей - это выгодно. Мотор-колесо для медленного робота имеет смысл только с редуктором, а это уже ставит вопрос - а стоит ли овчинка выделки?
boez
 
Сообщения: 1974
Зарегистрирован: 27 авг 2008, 10:45
Откуда: Харьков
прог. языки: С/С++

Пред.След.

Вернуться в Механика

Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 1

Mail.ru counter