กลไกการส่งกำลังเป็นส่วนประกอบสำคัญในอุปกรณ์ทางกลที่ส่งกำลังเพื่อให้เกิดการเคลื่อนที่ทางกล เมื่อออกแบบกลไกการส่งกำลัง การคำนวณความเฉื่อยของโหลดถือเป็นสิ่งสำคัญ เนื่องจากส่งผลโดยตรงต่อความเสถียรและความน่าเชื่อถือของกลไกการส่งกำลัง ต่อไปนี้เป็นวิธีการคำนวณและตัวอย่างความเฉื่อยของโหลดสำหรับกลไกการส่งผ่านทั่วไป:

I. วิธีการคำนวณความเฉื่อยโหลดของกลไกการส่งกำลังทั่วไป

1. กลไกการขับเคลื่อนบอลสกรู

กลไกการขับเคลื่อนบอลสกรูใช้กันอย่างแพร่หลายในระบบกำหนดตำแหน่งที่แม่นยำ การคำนวณความเฉื่อยในการโหลดจะต้องคำนึงถึงปัจจัยต่างๆ เช่น มวลโหลด ระยะนำของสกรู เส้นผ่านศูนย์กลางของสกรู และสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน

สมมติว่ามวลโหลดคือ m ลีดของสกรูคือ Pb​ เส้นผ่านศูนย์กลางของสกรูคือ Db​ และความเร็วในการเคลื่อนที่ของโหลดคือ V ความเฉื่อยของโหลดที่แปลงเป็นเพลามอเตอร์สามารถคำนวณได้จากสูตรต่อไปนี้:

โหลดความเฉื่อย=4×π2×ความเร็วมอเตอร์2ม.×Pb2​​

ต้องแปลงความเร็วของมอเตอร์ตามความเร็วในการเคลื่อนที่ของโหลดและลีดของสกรู นอกจากนี้ ควรพิจารณาความเฉื่อยของสกรูและอิทธิพลของการสูญเสียแรงเสียดทานที่มีต่อความเฉื่อยของระบบด้วย

2. กลไกขับเคลื่อนรอกไทม์มิ่ง

กลไกขับเคลื่อนลูกรอกไทม์มิ่งถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์อัตโนมัติ เนื่องจากมีข้อได้เปรียบในการส่งผ่านที่ราบรื่น สัญญาณรบกวนต่ำ และความแม่นยำของตำแหน่งสูง การคำนวณความเฉื่อยของโหลดประกอบด้วยความเฉื่อยของไทม์มิ่งพูลเล่ย์และความเฉื่อยของโหลด

สมมติว่าเส้นผ่านศูนย์กลางของไทม์มิ่งพูลเล่ย์คือ D และมวลโหลดคือ M ความเฉื่อยของไทม์มิ่งพูลเล่ย์สามารถคำนวณได้จากสูตรต่อไปนี้:

ความเฉื่อยของพูลเล่ย์ไทม์มิ่ง=21​×M×D2

ความเฉื่อยของโหลดจะคำนวณตามมวลและรูปร่างของโหลด ซึ่งจากนั้นจะถูกบวกเข้ากับความเฉื่อยของไทม์มิ่งพูลเล่ย์เพื่อให้ได้ความเฉื่อยโหลดทั้งหมด.

3. กลไกการขับเคลื่อนเกียร์

กลไกการขับเคลื่อนเกียร์มีอัตราส่วนการส่งผ่านที่แม่นยำ ประสิทธิภาพสูง และโครงสร้างที่กะทัดรัด การคำนวณความเฉื่อยในการโหลดจำเป็นต้องพิจารณาความเฉื่อยของดุมเฟือง ความเฉื่อยของเพลาเฟือง และผลกระทบแบบไดนามิกระหว่างการประกบเฟือง

สมมติว่ามวลของดุมเฟืองคือ m1​ โดยมีรัศมี r1​ และมวลของเพลาเฟืองคือ m2​ โดยมีรัศมี r2​ ความเฉื่อยของดุมเฟืองคือ I1​=m1​×r12​ และความเฉื่อยของเพลาเฟืองคือ I2​=m2​×r22​ ความเฉื่อยของโหลดจะคำนวณตามมวลและรูปร่างของโหลด ซึ่งจะถูกบวกเข้ากับความเฉื่อยของดุมเฟืองและเพลาเฟืองเพื่อให้ได้ความเฉื่อยโหลดทั้งหมด.

นอกจากนี้ ควรคำนึงถึงอิทธิพลของปัจจัยต่างๆ เช่น การสูญเสียแรงเสียดทาน ระยะฟันเฟืองของเกียร์ และการเสียรูปแบบยืดหยุ่นระหว่างการประกบเฟืองต่อความเฉื่อยของระบบด้วย

4. กลไกการขับเคลื่อนด้วยสายพาน

กลไกการขับเคลื่อนด้วยสายพานมีข้อดีคือการส่งผ่านที่ราบรื่น โครงสร้างที่เรียบง่าย และการบำรุงรักษาที่สะดวก การคำนวณความเฉื่อยของโหลดประกอบด้วยความเฉื่อยของรอกสายพานและความเฉื่อยของสายพาน

วิธีการคำนวณความเฉื่อยของพูลเล่ย์ของสายพานนั้นคล้ายคลึงกับวิธีคำนวณของไทม์มิ่งพูลเล่ย์ ในขณะที่ความเฉื่อยของสายพานจะต้องคำนวณตามปัจจัยต่างๆ เช่น พารามิเตอร์วัสดุของสายพาน สภาพการทำงาน และความยาว โดยทั่วไป ความเฉื่อยของสายพานค่อนข้างน้อย แต่อิทธิพลของสายพานไม่สามารถมองข้ามได้ในระบบส่งกำลังความเร็วสูง-

5. กลไกการขับเคลื่อนด้วยโซ่

กลไกการขับเคลื่อนแบบโซ่มีลักษณะพิเศษคือประสิทธิภาพการส่งผ่านสูง ความสามารถในการรับน้ำหนัก-ที่แข็งแกร่ง และความสามารถในการปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมที่รุนแรง การคำนวณความเฉื่อยในการโหลดจะรวมถึงความเฉื่อยของเฟืองและความเฉื่อยของโซ่ด้วย

วิธีการคำนวณความเฉื่อยของเฟืองจะคล้ายกับวิธีคำนวณดุมเฟือง ในขณะที่ความเฉื่อยของโซ่ต้องคำนวณตามปัจจัยต่างๆ เช่น พารามิเตอร์วัสดุของโซ่ สภาพการทำงาน และความยาว เมื่อเปรียบเทียบกับระบบขับเคลื่อนด้วยสายพาน โดยทั่วไปแล้วระบบขับเคลื่อนด้วยโซ่จะมีแรงเฉื่อยมากกว่า ดังนั้นการออกแบบจึงต้องคำนึงถึงอิทธิพลต่อประสิทธิภาพไดนามิกของระบบอย่างเต็มที่

ครั้งที่สอง การวิเคราะห์กรณี

ยกตัวอย่างกลไกบอลสกรูในระบบขับเคลื่อนเซอร์โว การคำนวณความเฉื่อยโหลดและการเลือกมอเตอร์จะดำเนินการดังนี้:

1. เงื่อนไขที่ทราบ

• มวลโหลด m=200 กก., ตะกั่วสกรู Pb​=20 มม., เส้นผ่านศูนย์กลางของสกรู Db​=50 มม., มวลสกรู mb​=40 กก.
• ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน μ=0.002 ประสิทธิภาพเชิงกล η=0.9
• โหลดความเร็วในการเคลื่อนที่ V=30 ม./นาที เวลาเคลื่อนที่ทั้งหมด t=1.4 วิ
• เวลาเร่งความเร็ว/ลดความเร็ว t1​=t3​=0.2 วินาที เวลาคงอยู่ t4​=0.3 วินาที

2. กระบวนการคำนวณ

1. ขั้นแรก คำนวณความเฉื่อยของโหลดที่แปลงเป็นเพลามอเตอร์ รวมถึงความเฉื่อยในการหมุนของภาระหนักที่แปลงเป็นเพลามอเตอร์และความเฉื่อยในการหมุนของสกรู จากนั้นจึงได้ค่าความเฉื่อยโหลดทั้งหมด.
2. ต่อไป คำนวณความเร็วของมอเตอร์และแรงบิดที่จำเป็นสำหรับมอเตอร์ในการขับเคลื่อนโหลด รวมถึงแรงบิดที่ต้องใช้ในการเอาชนะแรงเสียดทานและแรงบิดที่จำเป็นสำหรับการเร่งความเร็วของภาระหนักและสกรู และสุดท้ายจะได้แรงบิดสูงสุดที่ต้องการ.

3. การเลือกมอเตอร์

จากผลการคำนวณพบว่าTECO JSDEP-20A ซีรี่ส์เซอร์โวมอเตอร์ถูกเลือกซึ่งมีข้อกำหนดต่อไปนี้ซึ่งตรงตามข้อกำหนดการออกแบบ:

ความเร็วสูงสุด: 3000 RPM (ปรับได้ถึง 2500 RPM สำหรับการทำงาน)

แรงบิดพิกัด: 12 N·m (เป็นไปตามข้อกำหนดแรงบิดในการโหลด)

ความเฉื่อยของโรเตอร์:(ใกล้เคียงกับค่าที่ต้องการของปรับเปลี่ยนได้ภายในช่วงข้อผิดพลาด)

อัตราส่วนแรงเฉื่อยของโหลด: 145/29µm5:1 (สอดคล้องกับเกณฑ์การออกแบบ)

ที่สาม ข้อสรุป

1. ในการออกแบบกลไกการส่งกำลัง ต้องคำนวณความเฉื่อยของโหลดอย่างถูกต้องเพื่อให้มั่นใจในเสถียรภาพและความน่าเชื่อถือของกลไกการส่งกำลัง
2. การคำนวณความเฉื่อยของโหลดต้องคำนึงถึงปัจจัยต่างๆ รวมถึงพารามิเตอร์ทางเรขาคณิต พารามิเตอร์ของวัสดุ และสภาพการทำงาน
3. สำหรับการเลือกมอเตอร์ จะต้องพิจารณาปัจจัยต่างๆ เช่น ความเฉื่อยของโหลด ความเร็วของมอเตอร์ และแรงบิดที่ต้องการอย่างละเอียดเพื่อเลือกมอเตอร์ที่เหมาะสมที่สุด

โดยสรุป วิธีการคำนวณและการวิเคราะห์กรณีความเฉื่อยของโหลดสำหรับกลไกการส่งกำลังทั่วไปมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการออกแบบกลไกการส่งกำลังและการเลือกมอเตอร์ การคำนวณที่แม่นยำและการเลือกเหตุผลสามารถรับประกันความเสถียรและความน่าเชื่อถือของกลไกการส่งกำลังและปรับปรุงประสิทธิภาพของอุปกรณ์เครื่องจักรกล