İletim mekanizmaları, mekanik hareketi sağlamak için gücü ileten mekanik ekipmanlardaki temel bileşenlerdir. Bir aktarma mekanizması tasarlarken yük ataletinin hesaplanması, aktarma mekanizmasının stabilitesini ve güvenilirliğini doğrudan etkilediği için çok önemlidir. Yaygın iletim mekanizmaları için hesaplama yöntemleri ve yük atalet örnekleri aşağıda verilmiştir:
I. Ortak İletim Mekanizmalarının Yük Ataletinin Hesaplanma Yöntemleri
1. Vidalı Tahrik Mekanizması
Bilyalı vidalı tahrik mekanizmaları hassas konumlandırma sistemlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Yük ataletlerinin hesaplanmasında yük kütlesi, vida ucu, vida çapı ve sürtünme katsayısı gibi faktörlerin dikkate alınması gerekir.
Yük kütlesinin m, vida ucunun Pb, vida çapının Db ve yükün hareket hızının V olduğunu varsayalım. Motor miline dönüştürülen yük ataleti aşağıdaki formülle hesaplanabilir:
Yük Ataleti=4×π2×Motor Hızı2m×Pb2
Motor hızının, yükün hareket hızına ve vida ucuna göre dönüştürülmesi gerekir. Ayrıca vidanın kendisinin ataleti ve sürtünme kaybının sistem ataletine etkisi de dikkate alınmalıdır.
2. Zamanlama Kasnağı Tahrik Mekanizması
Zamanlama kasnağı tahrik mekanizmaları, düzgün iletim, düşük gürültü ve yüksek konumlandırma doğruluğu avantajlarından dolayı otomasyon ekipmanlarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Yük atalet hesaplamaları, zamanlama makaralarının ataletini ve yükün ataletini içerir.
Zamanlama makarasının çapının D ve yük kütlesinin M olduğunu varsayalım. Zamanlama makarasının ataleti aşağıdaki formülle hesaplanabilir:
Zamanlama Kasnağı Ataleti=21×M×D2
Yük ataleti, yükün kütlesine ve şekline göre hesaplanır ve daha sonra bu değer, zamanlama makarasının ataletine eklenerek aşağıdaki değer elde edilir:toplam yük ataleti.
3. Dişli Tahrik Mekanizması
Dişli tahrik mekanizmaları doğru aktarım oranına, yüksek verimliliğe ve kompakt yapıya sahiptir. Yük ataletlerinin hesaplanmasında dişli göbeğinin ataletinin, dişli milinin ataletinin ve dişlilerin birbirine geçmesi sırasındaki dinamik etkilerin dikkate alınması gerekir.
Dişli göbeğinin kütlesinin r1 yarıçaplı m1 olduğunu ve dişli milinin kütlesinin r2 yarıçaplı m2 olduğunu varsayalım. Dişli göbeğinin eylemsizliği I1=m1×r12 ve dişli milinin eylemsizliği I2=m2×r22'dir. Yük ataleti, yükün kütlesine ve şekline göre hesaplanır ve daha sonra bu değer, dişli göbeğinin ve dişli milinin ataletine eklenerek aşağıdaki değer elde edilir:toplam yük ataleti.
Ayrıca sürtünme kaybı, dişli boşluğu ve dişlilerin birbirine geçmesi sırasındaki elastik deformasyon gibi faktörlerin sistem ataleti üzerindeki etkisi de dikkate alınmalıdır.
4. Kayış Tahrik Mekanizması
Kayış tahrik mekanizmaları düzgün iletim, basit yapı ve uygun bakım avantajlarına sahiptir. Yük atalet hesaplamaları, kayış kasnaklarının ataletini ve kayışın ataletini içerir.
Kayış kasnaklarının ataletine ilişkin hesaplama yöntemi, zamanlama kasnaklarınınkine benzer olup kayışın ataletinin, kayışın malzeme parametreleri, çalışma koşulları ve uzunluğu gibi faktörlere göre hesaplanması gerekir. Genel olarak kayışın ataleti nispeten küçüktür, ancak yüksek-hızlı iletim sistemlerinde bunun etkisi göz ardı edilemez.
5. Zincir Tahrik Mekanizması
Zincirli tahrik mekanizmaları, yüksek aktarım verimliliği, güçlü yük-taşıma kapasitesi ve zorlu ortamlara uyum sağlama özellikleriyle öne çıkar. Yük atalet hesaplamaları, dişlilerin ataletini ve zincirin ataletini içerir.
Dişlilerin ataletinin hesaplama yöntemi dişli göbeklerininkine benzer; zincirin ataletinin ise zincirin malzeme parametreleri, çalışma koşulları ve uzunluğu gibi faktörlere göre hesaplanması gerekir. Kayışlı tahrikle karşılaştırıldığında zincirli tahrikin genellikle daha büyük bir atalet değeri vardır, bu nedenle sistemin dinamik performansı üzerindeki etkisi tasarımda tam olarak dikkate alınmalıdır.
II. Vaka Analizi
Bir servo sürücü sisteminde bilyalı vida mekanizması örnek alınarak yük atalet hesabı ve motor seçimi şu şekilde yapılır:
1. Bilinen Koşullar
- Yük kütlesi m=200 kg, vida ucu Pb=20 mm, vida çapı Db=50 mm, vida kütlesi mb=40 kg
- Sürtünme katsayısı μ=0.002, mekanik verim η=0.9
- Yükün hareket hızı V=30 m/dak, toplam hareket süresi t=1.4 s
- Hızlanma/yavaşlama süresi t1=t3=0.2 sn, bekleme süresi t4=0.3 sn
2. Hesaplama Süreci
- İlk olarak, motor miline dönüştürülen ağır yükün dönme ataletini ve vidanın dönme ataletini de içerecek şekilde, motor miline dönüştürülen yük ataletini hesaplayın, ardından şu sonucu elde edin:toplam yük ataleti.
- Daha sonra, sürtünmenin üstesinden gelmek için gereken tork ve ağır yükün ve vidanın hızlanması için gereken tork da dahil olmak üzere, motorun yükü tahrik etmesi için gereken motor hızını ve torku hesaplayın ve son olarak şu sonucu elde edin:gereken maksimum tork.
3. Motor Seçimi
Hesaplama sonuçlarına göre,TECO JSDEP-20A serisi servo motorTasarım gereksinimlerini karşılayan aşağıdaki özelliklere sahip olan seçilir:
Nominal hız: 3000 RPM (çalışma için 2500 RPM'ye ayarlanabilir)
Nominal tork: 12 N·m (yük torku gereksinimini karşılar)
Rotor ataleti:
(gerekli değere yakın
, hata aralığı dahilinde uyarlanabilir)
Yük atalet oranı: 145/29≈5:1 (tasarım kriterlerine uygundur)
III. Sonuçlar
- Aktarım mekanizmalarının tasarımında, aktarım mekanizmasının kararlılığını ve güvenilirliğini sağlamak için yük ataletinin doğru bir şekilde hesaplanması gerekir.
- Yük ataletinin hesaplanmasında geometrik parametreler, malzeme parametreleri ve çalışma koşulları dahil olmak üzere çeşitli faktörlerin dikkate alınması gerekir.
- Motor seçiminde, en uygun motorun seçilmesi için yük ataleti, motor hızı ve gerekli tork gibi faktörler kapsamlı bir şekilde dikkate alınmalıdır.
Özetle, ortak aktarım mekanizmaları için yük ataletinin hesaplama yöntemleri ve durum analizi, aktarım mekanizmalarının tasarımı ve motor seçimi açısından büyük önem taşımaktadır. Doğru hesaplama ve rasyonel seçim, iletim mekanizmalarının stabilitesini ve güvenilirliğini sağlayabilir ve mekanik ekipmanın performansını artırabilir.