Prenosni mehanizmi so ključne komponente v mehanski opremi, ki prenašajo moč za doseganje mehanskega gibanja. Pri načrtovanju prenosnega mehanizma je izračun vztrajnosti bremena ključen, saj neposredno vpliva na stabilnost in zanesljivost prenosnega mehanizma. Sledijo metode izračuna in primeri vztrajnosti obremenitve za običajne prenosne mehanizme:
I. Metode izračuna vztrajnosti obremenitve običajnih prenosnih mehanizmov
1. Pogonski mehanizem krogličnega vijaka
Pogonski mehanizmi s krogličnim vijakom se pogosto uporabljajo v sistemih za natančno pozicioniranje. Pri izračunu njihove vztrajnosti obremenitve je treba upoštevati dejavnike, kot so masa obremenitve, višina vijaka, premer vijaka in koeficient trenja.
Predpostavimo, da je masa bremena m, svinčnik vijaka Pb, premer vijaka Db in hitrost premikanja bremena V. Vztrajnost bremena, pretvorjeno na gred motorja, se lahko izračuna z naslednjo formulo:
Vztrajnost obremenitve=4×π2×hitrost motorja2m×Pb2
Hitrost motorja je treba pretvoriti glede na hitrost premikanja bremena in vijačni vod. Poleg tega je treba upoštevati tudi vztrajnost samega vijaka in vpliv izgube zaradi trenja na vztrajnost sistema.
2. Pogonski mehanizem krmilne jermenice
Pogonski mehanizmi krmilne jermenice se pogosto uporabljajo v opremi za avtomatizacijo zaradi svojih prednosti gladkega prenosa, nizkega hrupa in visoke natančnosti pozicioniranja. Njihov izračun vztrajnosti bremena vključuje vztrajnost krmilnih jermenic in vztrajnost bremena.
Predpostavimo, da je premer jermenice za krmiljenje D in masa bremena M. Vztrajnost jermenice za krmiljenje je mogoče izračunati po naslednji formuli:
Vztrajnost jermenice za krmiljenje=21×M×D2
Vztrajnost obremenitve se izračuna glede na maso in obliko obremenitve, ki se nato prišteje k vztrajnosti jermenice za krmiljenje, da dobimoskupna vztrajnost obremenitve.
3. Zobniški pogonski mehanizem
Zobniški pogonski mehanizmi imajo natančno prestavno razmerje, visoko učinkovitost in kompaktno strukturo. Pri izračunu vztrajnosti njihove obremenitve je treba upoštevati vztrajnost pesta zobnika, vztrajnost gredi zobnika in dinamične učinke med zaječevanjem zobnikov.
Predpostavimo, da je masa pesta zobnika m1 s polmerom r1, masa gredi zobnika pa je m2 s polmerom r2. Vztrajnost pesta zobnika je I1=m1×r12, vztrajnost gredi zobnika pa I2=m2×r22. Vztrajnost obremenitve se izračuna glede na maso in obliko obremenitve, ki se nato prišteje k vztrajnosti pesta zobnika in gredi zobnika, da se dobiskupna vztrajnost obremenitve.
Poleg tega je treba upoštevati tudi vpliv dejavnikov, kot so izgube zaradi trenja, zračnost zobnikov in elastična deformacija med zaječevanjem zobnikov, na vztrajnost sistema.
4. Mehanizem jermenskega pogona
Mehanizmi z jermenskim pogonom imajo prednosti gladkega prenosa, preproste strukture in priročnega vzdrževanja. Njihov izračun vztrajnosti obremenitve vključuje vztrajnost jermenic in vztrajnost jermena.
Metoda izračuna vztrajnosti jermenic je podobna tisti za jermenice za krmiljenje, medtem ko je treba vztrajnost jermena izračunati na podlagi dejavnikov, kot so parametri materiala jermena, delovni pogoji in dolžina. Na splošno je vztrajnost jermena sorazmerno majhna, vendar njenega vpliva ni mogoče prezreti v-prenosnih sistemih visoke hitrosti.
5. Mehanizem verižnega pogona
Za mehanizme verižnega pogona je značilna visoka učinkovitost prenosa, močna nosilnost-obremenitve in prilagodljivost težkim okoljem. Njihov izračun vztrajnosti obremenitve vključuje vztrajnost zobnikov in vztrajnost verige.
Metoda izračuna vztrajnosti zobnikov je podobna tisti za pesta zobnikov, medtem ko je treba vztrajnost verige izračunati na podlagi dejavnikov, kot so parametri materiala verige, delovni pogoji in dolžina. V primerjavi z jermenskim pogonom ima verižni pogon na splošno večjo vztrajnost, zato je treba pri načrtovanju v celoti upoštevati njegov vpliv na dinamično delovanje sistema.
II. Analiza primera
Če za primer vzamemo kroglični vijačni mehanizem v sistemu servo pogona, se izračun vztrajnosti obremenitve in izbira motorja izvedeta na naslednji način:
1. Znani pogoji
- Masa obremenitve m=200 kg, svinčnik vijaka Pb=20 mm, premer vijaka Db=50 mm, masa vijaka mb=40 kg
- Torni koeficient μ=0.002, mehanski izkoristek η=0.9
- Hitrost premikanja bremena V=30 m/min, skupni čas premikanja t=1.4 s
- Čas pospeševanja/pojemka t1=t3=0.2 s, čas zadrževanja t4=0.3 s
2. Postopek izračuna
- Najprej izračunajte vztrajnost bremena, pretvorjenega na gred motorja, vključno z vztrajnostjo vrtenja težkega bremena, pretvorjenega na gred motorja, in vztrajnostjo vrtenja vijaka, nato pridobiteskupna vztrajnost obremenitve.
- Nato izračunajte hitrost motorja in navor, potreben, da motor poganja breme, vključno z navorom, potrebnim za premagovanje trenja, in navorom, potrebnim za pospeševanje težkega bremena in vijaka, ter na koncu pridobitenajvečji zahtevani navor.
3. Izbira motorja
Na podlagi rezultatov izračuna jeServo motor TECO JSDEP-20Aje izbran, ki ima naslednje specifikacije, ki izpolnjujejo zahteve zasnove:
Nazivna hitrost: 3000 RPM (nastavljivo na 2500 RPM za delovanje)
Nazivni navor: 12 N·m (zadovoljuje zahtevam glede navora obremenitve)
Vztrajnost rotorja:
(blizu zahtevane vrednosti
, prilagodljiv v območju napak)
Razmerje vztrajnosti obremenitve: 145/29≈5:1 (v skladu z merili zasnove)
III. Sklepi
- Pri zasnovi prenosnih mehanizmov je treba natančno izračunati vztrajnost obremenitve, da se zagotovi stabilnost in zanesljivost prenosnega mehanizma.
- Pri izračunu vztrajnosti obremenitve je treba upoštevati različne dejavnike, vključno z geometrijskimi parametri, materialnimi parametri in delovnimi pogoji.
- Pri izbiri motorja je treba celovito upoštevati dejavnike, kot so vztrajnost obremenitve, hitrost motorja in zahtevani navor, da se izbere najprimernejši motor.
Če povzamemo, so metode izračuna in analiza vztrajnosti obremenitve za običajne prenosne mehanizme velikega pomena za načrtovanje prenosnih mehanizmov in izbiro motorja. Natančen izračun in racionalna izbira lahko zagotovita stabilnost in zanesljivost prenosnih mehanizmov ter izboljšata delovanje mehanske opreme.