Les mécanismes de transmission sont des composants clés des équipements mécaniques qui transmettent la puissance pour réaliser un mouvement mécanique. Lors de la conception d’un mécanisme de transmission, le calcul de l’inertie de la charge est crucial, car il affecte directement la stabilité et la fiabilité du mécanisme de transmission. Voici les méthodes de calcul et des exemples d'inertie de charge pour les mécanismes de transmission courants :

I. Méthodes de calcul de l'inertie de charge des mécanismes de transmission courants

1. Mécanisme d'entraînement par vis à billes

Les mécanismes d'entraînement à vis à billes sont largement utilisés dans les systèmes de positionnement de précision. Le calcul de leur inertie de charge doit prendre en compte des facteurs tels que la masse de charge, le pas de vis, le diamètre de la vis et le coefficient de frottement.

Supposons que la masse de la charge est m, le pas de vis est Pb​, le diamètre de la vis est Db​ et la vitesse de déplacement de la charge est V. L'inertie de la charge convertie en arbre du moteur peut être calculée par la formule suivante :

Inertie de charge=4×π2×Vitesse du moteur2m×Pb2​​

La vitesse du moteur doit être convertie en fonction de la vitesse de déplacement de la charge et du pas de vis. De plus, l’inertie de la vis elle-même et l’influence de la perte par frottement sur l’inertie du système doivent également être prises en compte.

2. Mécanisme d'entraînement de la poulie de distribution

Les mécanismes d'entraînement à poulie synchrone sont largement utilisés dans les équipements d'automatisation en raison de leurs avantages de transmission fluide, de faible bruit et de précision de positionnement élevée. Leur calcul d'inertie de charge inclut l'inertie des poulies de distribution et l'inertie de la charge.

Supposons que le diamètre de la poulie de distribution soit D et que la masse de charge soit M. L'inertie de la poulie de distribution peut être calculée par la formule suivante :

Inertie de la poulie de distribution=21​×M×D2

L'inertie de la charge est calculée en fonction de la masse et de la forme de la charge, qui est ensuite ajoutée à l'inertie de la poulie synchrone pour obtenir lainertie de charge totale.

3. Mécanisme d'entraînement par engrenages

Les mécanismes d'entraînement par engrenages présentent un rapport de transmission précis, un rendement élevé et une structure compacte. Le calcul de leur inertie de charge doit prendre en compte l'inertie du moyeu de l'engrenage, l'inertie de l'arbre de l'engrenage et les effets dynamiques lors de l'engrènement des engrenages.

Supposons que la masse du moyeu d’engrenage est m1​ avec un rayon de r1​ et que la masse de l’arbre d’engrenage est m2​ avec un rayon de r2​. L'inertie du moyeu d'engrenage est I1​=m1​×r12​, et l'inertie de l'arbre d'engrenage est I2​=m2​×r22​. L'inertie de la charge est calculée en fonction de la masse et de la forme de la charge, qui est ensuite ajoutée à l'inertie du moyeu d'engrenage et de l'arbre d'engrenage pour obtenir l'inertie de la charge.inertie de charge totale.

De plus, l'influence de facteurs tels que la perte par frottement, le jeu des engrenages et la déformation élastique lors de l'engrènement des engrenages sur l'inertie du système doit également être prise en compte.

4. Mécanisme d'entraînement par courroie

Les mécanismes d'entraînement par courroie présentent les avantages d'une transmission fluide, d'une structure simple et d'un entretien pratique. Leur calcul d'inertie de charge inclut l'inertie des poulies à courroie et l'inertie de la courroie.

La méthode de calcul de l'inertie des poulies à courroie est similaire à celle des poulies dentées, tandis que l'inertie de la courroie doit être calculée en fonction de facteurs tels que les paramètres du matériau de la courroie, les conditions de travail et la longueur. Généralement, l'inertie de la courroie est relativement faible, mais son influence ne peut être ignorée dans les systèmes de transmission à grande vitesse.

5. Mécanisme d'entraînement par chaîne

Les mécanismes d'entraînement par chaîne se caractérisent par une efficacité de transmission élevée, une forte capacité de charge-et une adaptabilité aux environnements difficiles. Leur calcul d'inertie de charge inclut l'inertie des pignons et l'inertie de la chaîne.

La méthode de calcul de l'inertie des pignons est similaire à celle des moyeux à engrenages, tandis que l'inertie de la chaîne doit être calculée en fonction de facteurs tels que les paramètres du matériau de la chaîne, les conditions de travail et la longueur. Par rapport à l'entraînement par courroie, l'entraînement par chaîne a généralement une plus grande inertie, son influence sur les performances dynamiques du système doit donc être pleinement prise en compte lors de la conception.

II. Analyse de cas

En prenant comme exemple le mécanisme à vis à billes dans un système d'entraînement servo, le calcul de l'inertie de la charge et la sélection du moteur sont effectués comme suit :

1. Conditions connues

• Masse de charge m=200 kg, pas de vis Pb​=20 mm, diamètre de vis Db​=50 mm, masse de vis mb​=40 kg
• Coefficient de frottement μ=0.002, efficacité mécanique η=0.9
• Vitesse de déplacement de la charge V=30 m/min, temps de déplacement total t=1.4 s
• Temps d'accélération/décélération t1​=t3​=0.2 s, temps de maintien t4​=0.3 s

2. Processus de calcul

1. Tout d'abord, calculez l'inertie de charge convertie en arbre du moteur, y compris l'inertie de rotation de la charge lourde convertie en arbre du moteur et l'inertie de rotation de la vis, puis obtenez leinertie de charge totale.
2. Ensuite, calculez la vitesse du moteur et le couple requis pour que le moteur entraîne la charge, y compris le couple requis pour surmonter la friction et le couple requis pour l'accélération de la lourde charge et de la vis, et enfin obtenez lecouple maximum requis.

3. Sélection du moteur

Sur la base des résultats du calcul, leServomoteur série TECO JSDEP-20Aest sélectionné, qui présente les spécifications suivantes qui répondent aux exigences de conception :

Vitesse nominale : 3 000 tr/min (réglable à 2 500 tr/min pour le fonctionnement)

Couple nominal : 12 N·m (satisfait aux exigences de couple de charge)

Inertie du rotor :(proche de la valeur requise de, adaptable dans la plage d'erreur)

Rapport d'inertie de charge : 145/29≈5:1 (conforme aux critères de conception)

III. Conclusions

1. Lors de la conception des mécanismes de transmission, l'inertie de la charge doit être calculée avec précision pour garantir la stabilité et la fiabilité du mécanisme de transmission.
2. Le calcul de l'inertie de la charge doit prendre en compte divers facteurs, notamment les paramètres géométriques, les paramètres des matériaux et les conditions de travail.
3. Pour la sélection du moteur, des facteurs tels que l'inertie de la charge, la vitesse du moteur et le couple requis doivent être pris en compte de manière exhaustive pour sélectionner le moteur le plus approprié.

En résumé, les méthodes de calcul et l’analyse de cas d’inertie de charge pour les mécanismes de transmission courants revêtent une grande importance pour la conception des mécanismes de transmission et la sélection du moteur. Un calcul précis et une sélection rationnelle peuvent garantir la stabilité et la fiabilité des mécanismes de transmission et améliorer les performances des équipements mécaniques.