מנגנוני שידור הם מרכיבי מפתח בציוד מכני המשדר כוח להשגת תנועה מכנית. בעת תכנון מנגנון שידור, חישוב אינרציית העומס הוא קריטי, שכן הוא משפיע ישירות על היציבות והאמינות של מנגנון ההולכה. להלן שיטות החישוב והדוגמאות של אינרצית עומס עבור מנגנוני שידור נפוצים:

I. שיטות חישוב לאינרצית עומס של מנגנוני שידור נפוצים

1. מנגנון הנעה של בורג כדור

מנגנוני הנעה של בורג כדור נמצאים בשימוש נרחב במערכות מיקום מדויקות. חישוב אינרציית העומס שלהם צריך לקחת בחשבון גורמים כמו מסת עומס, עופרת בורג, קוטר בורג ומקדם חיכוך.

נניח שמסת העומס היא m, מוביל הבורג הוא Pb​, קוטר הבורג הוא Db​, ומהירות תנועת העומס היא V. ניתן לחשב את אינרציית העומס המומרת לציר המנוע על ידי הנוסחה הבאה:

אינרצית עומס=4×π2×Motor Speed2m×Pb2​​

יש להמיר את מהירות המנוע בהתאם למהירות תנועת העומס ולהובלת הבורג. בנוסף, יש לקחת בחשבון גם את האינרציה של הבורג עצמו ואת ההשפעה של אובדן החיכוך על אינרציית המערכת.

2. מנגנון הנעת גלגלת תזמון

מנגנוני הנעת גלגלת תזמון נמצאים בשימוש נרחב בציוד אוטומציה בשל יתרונותיהם של שידור חלק, רעש נמוך ודיוק מיקום גבוה. חישוב אינרציית העומס שלהם כולל את האינרציה של גלגלות התזמון ואת האינרציה של העומס.

נניח שקוטר גלגלת התזמון הוא D ומסת העומס היא M. ניתן לחשב את האינרציה של גלגלת התזמון על ידי הנוסחה הבאה:

אינרציה של גלגלת תזמון=21​×M×D2

אינרציית העומס מחושבת על פי המסה והצורה של העומס, אשר מתווספת לאחר מכן לאינרציה של גלגלת התזמון כדי לקבל אתאינרציית עומס כוללת.

3. מנגנון הנעת הילוכים

מנגנוני הנעה של הילוכים כוללים יחס העברה מדויק, יעילות גבוהה ומבנה קומפקטי. החישוב של אינרציית העומס שלהם צריך לקחת בחשבון את האינרציה של רכזת ההילוכים, את האינרציה של ציר ההילוכים ואת ההשפעות הדינמיות במהלך התערבות הילוכים.

נניח שהמסה של רכזת ההילוכים היא m1 עם רדיוס r1, והמסה של ציר ההילוכים היא m2 ברדיוס r2. האינרציה של רכזת ההילוכים היא I1​=m1​×r12​, ואינרציה של ציר ההילוכים היא I2​​=m2​×r22​. אינרציית העומס מחושבת על פי המסה והצורה של העומס, אשר מתווספת לאחר מכן לאינרציה של רכזת ההילוכים וציר ההילוכים כדי לקבל אתאינרציית עומס כוללת.

בנוסף, יש לקחת בחשבון גם את ההשפעה של גורמים כגון אובדן חיכוך, ירידת הילוכים ועיוות אלסטי במהלך התערבות הילוכים על אינרציה של המערכת.

4. מנגנון הנעת רצועה

למנגנוני הנעת רצועה יש את היתרונות של שידור חלק, מבנה פשוט ותחזוקה נוחה. חישוב אינרציית העומס שלהם כולל את האינרציה של גלגלות הרצועה ואת האינרציה של הרצועה.

שיטת החישוב לאינרציה של גלגלות רצועות דומה לזו של גלגלות תזמון, בעוד שיש לחשב את האינרציה של הרצועה על סמך גורמים כמו פרמטרי החומר של הרצועה, תנאי העבודה והאורך. בדרך כלל, האינרציה של הרצועה קטנה יחסית, אך לא ניתן להתעלם מהשפעתה במערכות הילוכים מהירות- גבוהה.

5. מנגנון הנעת שרשרת

מנגנוני הנעת שרשרת מאופיינים ביעילות שידור גבוהה, יכולת נשיאת עומס- חזקה ויכולת הסתגלות לסביבות קשות. חישוב אינרציית העומס שלהם כולל את האינרציה של גלגלי השיניים ואת האינרציה של השרשרת.

שיטת החישוב של אינרציה של גלגלי שיניים דומה לזו של רכזות גלגלי שיניים, בעוד שיש לחשב את האינרציה של השרשרת על סמך גורמים כמו פרמטרי החומר של השרשרת, תנאי העבודה והאורך. בהשוואה להנעת רצועה, להנעת שרשרת יש בדרך כלל אינרציה גדולה יותר, ולכן יש לקחת בחשבון במלואו את השפעתה על הביצועים הדינמיים של המערכת בתכנון.

II. ניתוח מקרה

אם ניקח לדוגמא את מנגנון בורג הכדור במערכת הנעה סרוו, חישוב אינרצית העומס ובחירת המנוע מתבצעים באופן הבא:

1. תנאים ידועים

• מסת עומס m=200 ק"ג, עופרת בורג Pb​=20 מ"מ, קוטר בורג Db​=50 מ"מ, מסה בורג mb​=40 ק"ג
• מקדם חיכוך μ=0.002, יעילות מכנית η=0.9
• מהירות תנועה של עומס V=30 מ'/דקה, זמן תנועה כולל t=1.4 שניות
• זמן האצה/האטה t1​=t3​=0.2 s, זמן שהייה t4​=0.3 s

2. תהליך חישוב

1. ראשית, חשב את אינרציית העומס שהומרה לציר המנוע, כולל אינרציית הסיבוב של העומס הכבד שהומר לציר המנוע ואינרציית הסיבוב של הבורג, ולאחר מכן השג אתאינרציית עומס כוללת.
2. לאחר מכן, חשב את מהירות המנוע ואת המומנט הנדרש למנוע להניע את העומס, כולל המומנט הנדרש להתגברות על החיכוך והמומנט הנדרש להאצת העומס הכבד והבורג, ולבסוף השג אתמומנט מרבי נדרש.

3. בחירת מנוע

בהתבסס על תוצאות החישוב, המנוע סרוו מסדרת TECO JSDEP-20Aנבחר, בעל המפרטים הבאים העומדים בדרישות העיצוב:

מהירות מדורגת: 3000 סל"ד (ניתן לכוונון ל-2500 סל"ד לפעולה)

מומנט מדורג: 12 ננומטר (עונה על דרישת מומנט העומס)

אינרציה של הרוטור:(קרוב לערך הנדרש של, ניתן להתאמה בטווח השגיאה)

יחס אינרצית עומס: 145/29≈5:1 (תואם את קריטריוני התכנון)

III. מסקנות

1. בתכנון מנגנוני העברה, יש לחשב את אינרציית העומס במדויק כדי להבטיח את היציבות והאמינות של מנגנון ההולכה.
2. חישוב אינרציית העומס צריך לקחת בחשבון גורמים שונים, כולל פרמטרים גיאומטריים, פרמטרים של חומרים ותנאי עבודה.
3. לבחירת מנוע, יש לשקול באופן מקיף גורמים כמו אינרציית עומס, מהירות מנוע ומומנט נדרש כדי לבחור את המנוע המתאים ביותר.

לסיכום, לשיטות החישוב ולניתוח המקרים של אינרצית עומס עבור מנגנוני העברה נפוצים יש משמעות רבה לתכנון מנגנוני ההילוכים ובחירת המנוע. חישוב מדויק ובחירה רציונלית יכולים להבטיח את היציבות והאמינות של מנגנוני ההולכה ולשפר את הביצועים של ציוד מכני.