Οι μηχανισμοί μετάδοσης είναι βασικά στοιχεία του μηχανολογικού εξοπλισμού που μεταδίδουν ισχύ για την επίτευξη μηχανικής κίνησης. Κατά το σχεδιασμό ενός μηχανισμού μετάδοσης, ο υπολογισμός της αδράνειας φορτίου είναι κρίσιμος, καθώς επηρεάζει άμεσα τη σταθερότητα και την αξιοπιστία του μηχανισμού μετάδοσης. Ακολουθούν οι μέθοδοι υπολογισμού και τα παραδείγματα αδράνειας φορτίου για κοινούς μηχανισμούς μετάδοσης:
I. Μέθοδοι Υπολογισμού Αδράνειας Φορτίου Κοινών Μηχανισμών Μετάδοσης
1. Μηχανισμός κίνησης με μπίλια
Οι μηχανισμοί κίνησης με μπίλια χρησιμοποιούνται ευρέως σε συστήματα τοποθέτησης ακριβείας. Ο υπολογισμός της αδράνειας φορτίου τους πρέπει να λαμβάνει υπόψη παράγοντες όπως η μάζα φορτίου, το καλώδιο βίδας, η διάμετρος του κοχλία και ο συντελεστής τριβής.
Ας υποθέσουμε ότι η μάζα φορτίου είναι m, το καλώδιο της βίδας είναι Pb, η διάμετρος της βίδας είναι Db και η ταχύτητα κίνησης του φορτίου είναι V. Η αδράνεια φορτίου που μετατρέπεται στον άξονα του κινητήρα μπορεί να υπολογιστεί με τον ακόλουθο τύπο:
Αδράνεια φόρτωσης=4×π2×Ταχύτητα κινητήρα2m×Pb2
Η ταχύτητα του κινητήρα πρέπει να μετατραπεί σύμφωνα με την ταχύτητα κίνησης του φορτίου και το καλώδιο της βίδας. Επιπλέον, θα πρέπει επίσης να ληφθούν υπόψη η αδράνεια της ίδιας της βίδας και η επίδραση της απώλειας τριβής στην αδράνεια του συστήματος.
2. Μηχανισμός κίνησης τροχαλίας χρονισμού
Οι μηχανισμοί κίνησης της τροχαλίας χρονισμού χρησιμοποιούνται ευρέως στον εξοπλισμό αυτοματισμού λόγω των πλεονεκτημάτων τους στην ομαλή μετάδοση, το χαμηλό θόρυβο και την υψηλή ακρίβεια τοποθέτησης. Ο υπολογισμός της αδράνειας φορτίου τους περιλαμβάνει την αδράνεια των τροχαλιών χρονισμού και την αδράνεια του φορτίου.
Ας υποθέσουμε ότι η διάμετρος της τροχαλίας χρονισμού είναι D και η μάζα φορτίου είναι M. Η αδράνεια της τροχαλίας χρονισμού μπορεί να υπολογιστεί με τον ακόλουθο τύπο:
Αδράνεια τροχαλίας χρονισμού=21×M×D2
Η αδράνεια φορτίου υπολογίζεται σύμφωνα με τη μάζα και το σχήμα του φορτίου, το οποίο στη συνέχεια προστίθεται στην αδράνεια της τροχαλίας χρονισμού για να ληφθεί ηαδράνεια ολικού φορτίου.
3. Μηχανισμός μετάδοσης κίνησης με γρανάζια
Οι μηχανισμοί μετάδοσης κίνησης διαθέτουν ακριβή σχέση μετάδοσης, υψηλή απόδοση και συμπαγή δομή. Ο υπολογισμός της αδράνειας φορτίου τους πρέπει να λαμβάνει υπόψη την αδράνεια της πλήμνης του γραναζιού, την αδράνεια του άξονα του γραναζιού και τα δυναμικά φαινόμενα κατά το πλέγμα του γραναζιού.
Ας υποθέσουμε ότι η μάζα της πλήμνης του γραναζιού είναι m1 με ακτίνα r1 και η μάζα του άξονα μετάδοσης είναι m2 με ακτίνα r2. Η αδράνεια της πλήμνης του γραναζιού είναι I1=m1×r12 και η αδράνεια του άξονα μετάδοσης είναι I2=m2×r22. Η αδράνεια φορτίου υπολογίζεται σύμφωνα με τη μάζα και το σχήμα του φορτίου, το οποίο στη συνέχεια προστίθεται στην αδράνεια της πλήμνης του κιβωτίου ταχυτήτων και του άξονα μετάδοσης κίνησης για να ληφθεί ηαδράνεια ολικού φορτίου.
Επιπλέον, θα πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη η επίδραση παραγόντων όπως η απώλεια τριβής, η οπισθοχώρηση του κιβωτίου ταχυτήτων και η ελαστική παραμόρφωση κατά τη διάρκεια του δικτυώματος του γραναζιού στην αδράνεια του συστήματος.
4. Μηχανισμός κίνησης ιμάντα
Οι μηχανισμοί κίνησης ιμάντα έχουν τα πλεονεκτήματα της ομαλής μετάδοσης, της απλής δομής και της άνετης συντήρησης. Ο υπολογισμός της αδράνειας φορτίου τους περιλαμβάνει την αδράνεια των τροχαλιών του ιμάντα και την αδράνεια του ιμάντα.
Η μέθοδος υπολογισμού για την αδράνεια των τροχαλιών ιμάντα είναι παρόμοια με αυτή των τροχαλιών χρονισμού, ενώ η αδράνεια του ιμάντα πρέπει να υπολογιστεί με βάση παράγοντες όπως οι παράμετροι υλικού του ιμάντα, οι συνθήκες εργασίας και το μήκος. Γενικά, η αδράνεια του ιμάντα είναι σχετικά μικρή, αλλά η επιρροή της δεν μπορεί να αγνοηθεί στα συστήματα μετάδοσης υψηλής-ταχυτήτων.
5. Μηχανισμός μετάδοσης κίνησης αλυσίδας
Οι μηχανισμοί μετάδοσης κίνησης αλυσίδας χαρακτηρίζονται από υψηλή απόδοση μετάδοσης, ισχυρή φέρουσα ικανότητα-φόρτωσης και προσαρμοστικότητα σε σκληρά περιβάλλοντα. Ο υπολογισμός της αδράνειας φορτίου τους περιλαμβάνει την αδράνεια των οδοντωτών τροχών και την αδράνεια της αλυσίδας.
Η μέθοδος υπολογισμού για την αδράνεια των αλυσοτροχών είναι παρόμοια με αυτή των πλήμνων γραναζιών, ενώ η αδράνεια της αλυσίδας πρέπει να υπολογιστεί με βάση παράγοντες όπως οι παράμετροι υλικού της αλυσίδας, οι συνθήκες εργασίας και το μήκος. Σε σύγκριση με την κίνηση με ιμάντα, η κίνηση αλυσίδας έχει γενικά μεγαλύτερη αδράνεια, επομένως η επιρροή της στη δυναμική απόδοση του συστήματος πρέπει να λαμβάνεται πλήρως υπόψη στη σχεδίαση.
II. Ανάλυση περίπτωσης
Λαμβάνοντας ως παράδειγμα τον μηχανισμό σφαιρικής βίδας σε ένα σύστημα σερβοκινητήρα, ο υπολογισμός της αδράνειας φορτίου και η επιλογή κινητήρα πραγματοποιούνται ως εξής:
1. Γνωστές συνθήκες
- Μάζα φορτίου m=200 kg, καλώδιο βίδας Pb=20 mm, διάμετρος βίδας Db=50 mm, μάζα βίδας mb=40 kg
- Συντελεστής τριβής μ=0.002, μηχανική απόδοση η=0.9
- Ταχύτητα κίνησης φορτίου V=30 m/min, συνολικός χρόνος κίνησης t=1.4 s
- Χρόνος επιτάχυνσης/επιβράδυνσης t1=t3=0.2 s, χρόνος παραμονής t4=0.3 s
2. Διαδικασία Υπολογισμού
- Αρχικά, υπολογίστε την αδράνεια φορτίου που μετατράπηκε στον άξονα του κινητήρα, συμπεριλαμβανομένης της περιστροφικής αδράνειας του βαρέως φορτίου που μετατράπηκε στον άξονα του κινητήρα και της αδράνειας περιστροφής της βίδας και, στη συνέχεια, λάβετε τοαδράνεια ολικού φορτίου.
- Στη συνέχεια, υπολογίστε την ταχύτητα του κινητήρα και τη ροπή που απαιτείται για να κινήσει ο κινητήρας το φορτίο, συμπεριλαμβανομένης της ροπής που απαιτείται για την υπέρβαση της τριβής και της ροπής που απαιτείται για την επιτάχυνση του βαρέως φορτίου και της βίδας, και τελικά λάβετε τομέγιστη απαιτούμενη ροπή.
3. Επιλογή κινητήρα
Με βάση τα αποτελέσματα υπολογισμού, τοΣερβοκινητήρας σειράς TECO JSDEP-20Aεπιλέγεται, το οποίο έχει τις ακόλουθες προδιαγραφές που πληρούν τις απαιτήσεις σχεδιασμού:
Ονομαστική ταχύτητα: 3000 RPM (ρυθμιζόμενη στις 2500 RPM για λειτουργία)
Ονομαστική ροπή: 12 N·m (ικανοποιεί την απαίτηση ροπής φορτίου)
Αδράνεια ρότορα:
(κοντά στην απαιτούμενη τιμή του
, προσαρμόσιμο εντός του εύρους σφαλμάτων)
Λόγος αδράνειας φορτίου: 145/29≈5:1 (συμμορφώνεται με τα κριτήρια σχεδιασμού)
III. συμπεράσματα
- Στο σχεδιασμό των μηχανισμών μετάδοσης, η αδράνεια φορτίου πρέπει να υπολογίζεται με ακρίβεια για να διασφαλίζεται η σταθερότητα και η αξιοπιστία του μηχανισμού μετάδοσης.
- Ο υπολογισμός της αδράνειας φορτίου πρέπει να λαμβάνει υπόψη διάφορους παράγοντες, συμπεριλαμβανομένων των γεωμετρικών παραμέτρων, των παραμέτρων του υλικού και των συνθηκών εργασίας.
- Για την επιλογή κινητήρα, παράγοντες όπως η αδράνεια φορτίου, η ταχύτητα του κινητήρα και η απαιτούμενη ροπή πρέπει να λαμβάνονται πλήρως υπόψη για την επιλογή του καταλληλότερου κινητήρα.
Συνοπτικά, οι μέθοδοι υπολογισμού και η ανάλυση περίπτωσης της αδράνειας φορτίου για κοινούς μηχανισμούς μετάδοσης έχουν μεγάλη σημασία για το σχεδιασμό μηχανισμών μετάδοσης και την επιλογή κινητήρα. Ο ακριβής υπολογισμός και η ορθολογική επιλογή μπορούν να εξασφαλίσουν τη σταθερότητα και την αξιοπιστία των μηχανισμών μετάδοσης και να βελτιώσουν την απόδοση του μηχανολογικού εξοπλισμού.