تعد آليات النقل مكونات أساسية في المعدات الميكانيكية التي تنقل الطاقة لتحقيق الحركة الميكانيكية. عند تصميم آلية النقل، يعد حساب القصور الذاتي للحمل أمرًا بالغ الأهمية، لأنه يؤثر بشكل مباشر على استقرار وموثوقية آلية النقل. فيما يلي طرق الحساب وأمثلة على القصور الذاتي للحمل لآليات النقل الشائعة:

I. طرق حساب القصور الذاتي للحمل لآليات النقل المشتركة

1. آلية محرك الكرة اللولبية

تُستخدم آليات الدفع اللولبي الكروي على نطاق واسع في أنظمة تحديد المواقع الدقيقة. يجب أن يأخذ حساب القصور الذاتي للحمل في الاعتبار عوامل مثل كتلة الحمولة والرصاص اللولبي وقطر المسمار ومعامل الاحتكاك.

افترض أن كتلة الحمولة هي m، والسلك اللولبي هو Pb، وقطر المسمار هو Db، وسرعة حركة الحمل هي V. يمكن حساب القصور الذاتي للحمل المحول إلى عمود المحرك بالصيغة التالية:

تحميل القصور الذاتي=4×π2×سرعة المحرك2m×Pb2​​

يجب تحويل سرعة المحرك وفقًا لسرعة حركة الحمل والمسمار اللولبي. بالإضافة إلى ذلك، يجب أيضًا مراعاة القصور الذاتي للمسمار نفسه وتأثير فقدان الاحتكاك على القصور الذاتي للنظام.

2. توقيت آلية محرك البكرة

تُستخدم آليات محرك بكرة التوقيت على نطاق واسع في معدات التشغيل الآلي نظرًا لمزاياها المتمثلة في النقل السلس والضوضاء المنخفضة والدقة العالية في تحديد المواقع. يتضمن حساب القصور الذاتي للحمل القصور الذاتي لبكرات التوقيت والقصور الذاتي للحمل.

افترض أن قطر بكرة التوقيت هو D وكتلة الحمولة هي M. يمكن حساب القصور الذاتي لبكرة التوقيت بالصيغة التالية:

قصور توقيت البكرة=21​×M×D2

يتم حساب القصور الذاتي للحمل وفقًا لكتلة الحمل وشكله، ثم يتم إضافته بعد ذلك إلى القصور الذاتي لبكرة التوقيت للحصول علىإجمالي تحميل الجمود.

3. آلية قيادة التروس

تتميز آليات قيادة التروس بنسبة نقل دقيقة وكفاءة عالية وهيكل مدمج. حساب القصور الذاتي للحمل يحتاج إلى الأخذ في الاعتبار القصور الذاتي لمحور التروس، والقصور الذاتي لعمود التروس والتأثيرات الديناميكية أثناء ربط التروس.

افترض أن كتلة محور التروس هي m1 ونصف قطرها r1، وكتلة عمود التروس هي m2 ونصف قطرها r2. القصور الذاتي لمحور التروس هو I1​=m1​×r12​، والقصور الذاتي لعمود التروس هو I2​=m2​×r22​. يتم حساب القصور الذاتي للحمل وفقًا لكتلة الحمل وشكله، ثم يتم إضافته بعد ذلك إلى القصور الذاتي لمحور التروس وعمود التروس للحصول علىإجمالي تحميل الجمود.

بالإضافة إلى ذلك، ينبغي أيضًا أن يؤخذ في الاعتبار تأثير عوامل مثل فقدان الاحتكاك ورد الفعل العكسي للعتاد والتشوه المرن أثناء ربط التروس على القصور الذاتي للنظام.

4. آلية قيادة الحزام

تتميز آليات قيادة الحزام بمزايا النقل السلس والبنية البسيطة والصيانة المريحة. يتضمن حساب القصور الذاتي للحمل القصور الذاتي لبكرات الحزام والقصور الذاتي للحزام.

تشبه طريقة حساب القصور الذاتي لبكرات الحزام طريقة بكرات التوقيت، في حين يجب حساب القصور الذاتي للحزام بناءً على عوامل مثل معلمات مادة الحزام وظروف العمل والطول. بشكل عام، يكون القصور الذاتي للحزام صغيرًا نسبيًا، ولكن لا يمكن تجاهل تأثيره في أنظمة النقل ذات السرعة العالية-.

5. آلية قيادة السلسلة

تتميز آليات القيادة المتسلسلة بكفاءة نقل عالية، وقدرة تحمل قوية-وقابلية للتكيف مع البيئات القاسية. يتضمن حساب القصور الذاتي للحمل القصور الذاتي للعجلات المسننة والقصور الذاتي للسلسلة.

تشبه طريقة حساب القصور الذاتي للعجلات المسننة طريقة محاور التروس، في حين يجب حساب القصور الذاتي للسلسلة بناءً على عوامل مثل معلمات مادة السلسلة وظروف العمل والطول. بالمقارنة مع محرك الحزام، فإن محرك السلسلة بشكل عام لديه قصور ذاتي أكبر، لذلك يجب أن يؤخذ تأثيره على الأداء الديناميكي للنظام في الاعتبار بشكل كامل في التصميم.

ثانيا. تحليل الحالة

بأخذ آلية اللولب الكروي في نظام القيادة المؤازرة كمثال، يتم تنفيذ حساب القصور الذاتي للحمل واختيار المحرك على النحو التالي:

1. الشروط المعروفة

• كتلة الحمل m=200 كجم، سلك المسمار Pb​=20 مم، قطر المسمار Db​=50 مم، كتلة المسمار mb​=40 كجم
• معامل الاحتكاك μ=0.002، الكفاءة الميكانيكية η=0.9
• تحميل سرعة الحركة V=30 م/دقيقة، إجمالي وقت الحركة t=1.4 ثانية
• زمن التسارع/التباطؤ t1​=t3​=0.2 ث، وقت السكون t4​=0.3 ث

2. عملية الحساب

1. أولاً، احسب قصور الحمل المحول إلى عمود المحرك، بما في ذلك القصور الذاتي الدوراني للحمل الثقيل المحول إلى عمود المحرك والقصور الذاتي الدوراني للمسمار، ثم احصل علىإجمالي تحميل الجمود.
2. بعد ذلك، قم بحساب سرعة المحرك وعزم الدوران المطلوب للمحرك لدفع الحمل، بما في ذلك عزم الدوران المطلوب للتغلب على الاحتكاك وعزم الدوران المطلوب لتسريع الحمل الثقيل والمسمار، وأخيرًا احصل علىالحد الأقصى لعزم الدوران المطلوب.

3. اختيار المحرك

وبناء على النتائج الحسابيةمحرك سيرفو من سلسلة TECO JSDEP-20Aتم اختياره والذي يتمتع بالمواصفات التالية التي تلبي متطلبات التصميم:

السرعة المقدرة: 3000 دورة في الدقيقة (قابلة للتعديل إلى 2500 دورة في الدقيقة للتشغيل)

عزم الدوران المقدر: 12 نيوتن متر (يلبي متطلبات عزم الدوران للحمل)

القصور الذاتي الدوار:(قريب من القيمة المطلوبة ل، قابلة للتكيف ضمن نطاق الخطأ)

نسبة القصور الذاتي للحمل: 145/29≈5:1 (تتوافق مع معايير التصميم)

ثالثا. الاستنتاجات

1. في تصميم آليات النقل، يجب حساب القصور الذاتي للحمل بدقة لضمان استقرار وموثوقية آلية النقل.
2. يجب أن يأخذ حساب القصور الذاتي للحمل في الاعتبار عوامل مختلفة، بما في ذلك المعلمات الهندسية ومعلمات المواد وظروف العمل.
3. لاختيار المحرك، يجب مراعاة عوامل مثل القصور الذاتي للحمل وسرعة المحرك وعزم الدوران المطلوب بشكل شامل لاختيار المحرك الأكثر ملاءمة.

وباختصار، فإن طرق الحساب وتحليل حالة القصور الذاتي للحمل لآليات النقل الشائعة لها أهمية كبيرة لتصميم آليات النقل واختيار المحرك. يمكن للحساب الدقيق والاختيار العقلاني ضمان استقرار وموثوقية آليات النقل وتحسين أداء المعدات الميكانيكية.