Pohonný systém se stupňovitou změnou otáček a s regulačním motorem (mechanismus hlavního pohonu)
Funkční struktura
Řešení pohonného mechanizmu se v současné praxi redukuje na konstrukci se třemi případně se dvěma stupni a u menších výkonů kde je větší regulační rozsah motoru se provádí převodovka bez stupňové změny otáček. Čtyřstupňový pohonný systém lze výhodně použít pouze při rekonstrukcí vícestupňových mechanizmů.
Blokové schéma mechanizmu hlavního pohonu
Mechanizmus slouží pro transformaci energie a informací. Sestává z vstupní části - (servomotor, vstupní převod i12), stupňového převodu mezi vstupem a výstupem i2r.i a výstupní části (převodu irs na vřeteno). Je řízen v rychlostní vazbě – regulační charakteristika je rozdělena na pásmo rM (při konstantním momentu) a rP (při konstantním výkonu).
Na Obr. 1 jsou použity tyto veličiny:
M1 …moment motoru
w1 ….úhlová rychlost motoru
j1 ….úhlové natočení motoru
Mr …moment na vstupu finálního členu mechanizmu
wr ….úhlová rychlost na vstupu finálního členu mechanizmu
Fs …síla na výstupní části mechanizmu
vs …. rychlost výstupní části mechanizmu
xs …. dráha výstupní části mechanizmu
i12 …vstupní převod mechanizmu mezi motorem a finálním členem ( vstupní převod)
h12 …účinnost mechanizmu vstupního převodu
i2r.i …převod mechanizmu i-tého stupně mezi vstupním převodem a finálním převodem
h2r.i …účinnost mechanizmu i-tého stupně mezi motorem a finálním členem
irs …finální převod mechanizmu
hrs …účinnost finálního členu mechanizmu
Charakteristické parametry na vřetenu (Obr. 2)
P …výkon
ML …max. (omezný) krouticí moment
nL …jmenovité otáčky při omezném momentu (jsou určeny hodnotami P a ML)
nMp …max. otáčky při nejvyšším převodovém stupni (p):
aM …přípustný pokles výkonu mezi stupni (i+1,i) -max. hodnota aM = 1,26 je určena normou, někdy se požaduje překrytí tj. aM < 1.
Skutečné poklesy výkonu mezi stupni (i+1,i) vyplývají z dalších vztahů - např. pro pokles výkonu mezi stupněm 2 a 1 (Obr. 2) pro regulaci otáček při konstantním momentu Me2:
Z těchto vztahů pak plyne:
Pro pokles mezi stupni i+1,i , pro i =1,2…p:
Tc …doba běhu hlavního pohonu
Výkon, moment - otáčky vřetene
Z katalogu výrobce motorů se stanoví: EQ
· výkon P
· jmenovité otáčky ne
· max. otáčky nM
· regulační rozsah motoru při konstantním výkonu:
· regulační rozsah motoru při konstantním momentu rM = ne / nmin – obvykle není v katalogu uveden, lze spolehlivě dosáhnout rM = 3. Tato hodnota určuje minimální otáčky vřetene při 1. převodovém stupni - je pro většinu technologických operací stroje postačující. Pro další výpočet počtu stupňů převodovky není proto významná. Nižší otáčky se dosahují pomocí zvláštního posuvového mechanizmu tzv. osy C.
Výkon, moment - otáčky motoru
kde je:
………..odhad účinnosti 1. převodového stupně
……….. účinnost záběru ozubených kol
Po dosazení vyplývají:
· otáčky vřetene při omezném momentu:
Při počátečním návrhu počtu stupňů převodovky předpokládáme:
· jmenovité otáčky vřetene 1. převodového stupně ne1 při jmenovitých otáčkách motoru:
· max. pokles výkonu mezi stupni:
Max. otáčky při nejvyšším stupni (p) jsou pak dány vztahem odvozeným z Obr. 2:
Z tohoto vztahu vyplývá počet stupňů (p):
Toto číslo se zaokrouhlí na nejblíže vyšší celé číslo p
Ze vztahu (1 - 10) se odvodí výraz pro průměrný mezistupňový pokles výkonu (a) při (p) stupních: