I meccanismi di trasmissione sono componenti chiave delle apparecchiature meccaniche che trasmettono potenza per ottenere il movimento meccanico. Quando si progetta un meccanismo di trasmissione, il calcolo dell'inerzia del carico è fondamentale, poiché influisce direttamente sulla stabilità e sull'affidabilità del meccanismo di trasmissione. Di seguito sono riportati i metodi di calcolo e gli esempi di inerzia del carico per i meccanismi di trasmissione comuni:

I. Metodi di calcolo per l'inerzia del carico dei comuni meccanismi di trasmissione

1. Meccanismo di azionamento con vite a ricircolo di sfere

I meccanismi di azionamento con vite a ricircolo di sfere sono ampiamente utilizzati nei sistemi di posizionamento di precisione. Il calcolo dell'inerzia del carico deve tenere conto di fattori quali la massa del carico, il passo della vite, il diametro della vite e il coefficiente di attrito.

Supponiamo che la massa del carico sia m, il passo della vite sia Pb​, il diametro della vite sia Db​ e la velocità di movimento del carico sia V. L'inerzia del carico convertita nell'albero motore può essere calcolata con la seguente formula:

Inerzia del carico=4×π2×Velocità motore2m×Pb2​​

La velocità del motore deve essere convertita in base alla velocità di movimento del carico e al passo della vite. Inoltre, occorre considerare anche l'inerzia della vite stessa e l'influenza delle perdite per attrito sull'inerzia del sistema.

2. Meccanismo di azionamento della puleggia dentata

I meccanismi di azionamento delle pulegge dentate sono ampiamente utilizzati nelle apparecchiature di automazione grazie ai vantaggi di trasmissione fluida, bassa rumorosità ed elevata precisione di posizionamento. Il calcolo dell'inerzia del carico comprende l'inerzia delle pulegge dentate e l'inerzia del carico.

Supponiamo che il diametro della puleggia dentata sia D e che la massa del carico sia M. L'inerzia della puleggia dentata può essere calcolata con la seguente formula:

Inerzia della puleggia dentata=21​×M×D2

L'inerzia del carico viene calcolata in base alla massa e alla forma del carico, che viene poi sommata all'inerzia della puleggia dentata per ottenere ilinerzia totale del carico.

3. Meccanismo di trasmissione a ingranaggi

I meccanismi di trasmissione a ingranaggi presentano un rapporto di trasmissione accurato, alta efficienza e struttura compatta. Il calcolo dell'inerzia del carico deve considerare l'inerzia del mozzo del cambio, l'inerzia dell'albero del cambio e gli effetti dinamici durante l'accoppiamento degli ingranaggi.

Supponiamo che la massa del mozzo dell'ingranaggio sia m1​ con un raggio r1​ e che la massa dell'albero dell'ingranaggio sia m2​ con un raggio r2​. L'inerzia del mozzo del cambio è I1​=m1​×r12​ e l'inerzia dell'albero del cambio è I2​=m2​×r22​. L'inerzia del carico viene calcolata in base alla massa e alla forma del carico, a cui viene poi aggiunta l'inerzia del mozzo del cambio e dell'albero del cambio per ottenere ilinerzia totale del carico.

Inoltre, dovrebbe essere presa in considerazione anche l'influenza di fattori quali la perdita di attrito, il gioco degli ingranaggi e la deformazione elastica durante l'accoppiamento degli ingranaggi sull'inerzia del sistema.

4. Meccanismo di trasmissione a cinghia

I meccanismi di trasmissione a cinghia presentano i vantaggi di una trasmissione fluida, di una struttura semplice e di una manutenzione conveniente. Il calcolo dell'inerzia del carico comprende l'inerzia delle pulegge e l'inerzia della cinghia.

Il metodo di calcolo dell'inerzia delle pulegge è simile a quello delle pulegge dentate, mentre l'inerzia della cinghia deve essere calcolata in base a fattori quali i parametri del materiale della cinghia, le condizioni di lavoro e la lunghezza. Generalmente, l'inerzia della cinghia è relativamente piccola, ma la sua influenza non può essere ignorata nei sistemi di trasmissione ad alta-velocità.

5. Meccanismo di trasmissione a catena

I meccanismi di trasmissione a catena sono caratterizzati da elevata efficienza di trasmissione, forte-capacità di carico e adattabilità agli ambienti difficili. Il calcolo dell'inerzia del carico comprende l'inerzia dei pignoni e l'inerzia della catena.

Il metodo di calcolo dell'inerzia dei pignoni è simile a quello dei mozzi del cambio, mentre l'inerzia della catena deve essere calcolata in base a fattori quali i parametri del materiale della catena, le condizioni di lavoro e la lunghezza. Rispetto alla trasmissione a cinghia, la trasmissione a catena generalmente ha un'inerzia maggiore, quindi la sua influenza sulle prestazioni dinamiche del sistema deve essere pienamente considerata nella progettazione.

II. Analisi del caso

Prendendo come esempio il meccanismo con vite a ricircolo di sfere in un sistema di servoazionamento, il calcolo dell'inerzia del carico e la selezione del motore vengono eseguiti come segue:

1. Condizioni note

• Massa del carico m=200 kg, passo della vite Pb​=20 mm, diametro della vite Db​=50 mm, massa della vite mb​=40 kg
• Coefficiente di attrito μ=0.002, efficienza meccanica η=0.9
• Velocità di movimento del carico V=30 m/min, tempo di movimento totale t=1.4 s
• Tempo di accelerazione/decelerazione t1​=t3​=0.2 s, tempo di sosta t4​=0.3 s

2. Processo di calcolo

1. Innanzitutto, calcolare l'inerzia del carico convertita nell'albero motore, inclusa l'inerzia rotazionale del carico pesante convertito nell'albero motore e l'inerzia rotazionale della vite, quindi ottenere ilinerzia totale del carico.
2. Successivamente, calcolare la velocità del motore e la coppia richiesta affinché il motore possa azionare il carico, inclusa la coppia necessaria per superare l'attrito e la coppia richiesta per l'accelerazione del carico pesante e della vite, e infine ottenere ilcoppia massima richiesta.

3. Selezione del motore

Sulla base dei risultati del calcolo, ilServomotore serie TECO JSDEP-20Aviene selezionato, che ha le seguenti specifiche che soddisfano i requisiti di progettazione:

Velocità nominale: 3000 giri/min (regolabile a 2500 giri/min per il funzionamento)

Coppia nominale: 12 N·m (soddisfa i requisiti di coppia di carico)

Inerzia del rotore:(vicino al valore richiesto di, adattabile entro l'intervallo di errore)

Rapporto di inerzia del carico: 145/29≈5:1 (conforme ai criteri di progettazione)

III. Conclusioni

1. Nella progettazione dei meccanismi di trasmissione, l'inerzia del carico deve essere calcolata accuratamente per garantire la stabilità e l'affidabilità del meccanismo di trasmissione.
2. Il calcolo dell'inerzia del carico deve tenere conto di vari fattori, inclusi parametri geometrici, parametri del materiale e condizioni di lavoro.
3. Per la scelta del motore, fattori quali l'inerzia del carico, la velocità del motore e la coppia richiesta devono essere considerati in modo esaustivo per selezionare il motore più adatto.

In sintesi, i metodi di calcolo e l'analisi del caso dell'inerzia del carico per i comuni meccanismi di trasmissione sono di grande importanza per la progettazione dei meccanismi di trasmissione e la selezione del motore. Calcoli accurati e selezione razionale possono garantire la stabilità e l'affidabilità dei meccanismi di trasmissione e migliorare le prestazioni delle apparecchiature meccaniche.