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

Charakteristické parametry motoru

 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

Určení počtu stupňů převodovky (p)

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: