Лекция №8

8.1 Проектирование привода нажимных механизмов

Конечной целью этого этапа проектирования ЭНМ является определение мощности двигателей и передаточного числа редукторов, если они предусмотрены.

Мощность электродвигателя, приводящего одну пару "винт-гайка" нажимного механизма равна:

,

где М_дв – общий момент на валу двигателя, МНм;

ω_дв – частота вращения вала двигателя, с^-1.

В свою очередь:

,

где М_ст,М_дин – статический и динамический моменты механизма, приведенные к валу двигателя, МНм.

Если в приводе есть редуктор, то тогда:

, (8.1)

где М_в – момент, прикладываемый к хвостовику нажимного винта;

i – передаточное отношение привода от двигателя к винту;

η – коэффициент полезного действия передачи от двигателя к винту.

Момент М_в, если подпятник скольжения, равен:

, (8.2)

Динамический момент на валу двигателя:

,

где I – момент инерции всех движущихся масс механизма, приведенных к валу двигателя, кгм²;

ε – угловое ускорение вала двигателя при разгоне и торможении, с^-2.

Приведение моментов инерции к валу двигателя производится по балансу кинетической энергии. Например, для нажимного механизма с двухступенчатым редуктором:

,

где I_дв – момент инерции якоря двигателя и шестерни 1-й ступени;

I₁ – момент инерции деталей на промежуточном валу;

I₂ – момент инерции деталей на оси нажимного винта;

ω₁ – частота вращения промежуточного вала;

ω₂ – частота вращения нажимного винта.

Заменяя отношения частот вращения соответствующими передаточными числами, получаем:

.

Последнее слагаемое не равно нулю только при движении нажимного винта вниз.

Для уменьшения N_дв нужно уменьшать М_ст и М_дин. По (8.1) и (8.2) видно, что М_ст можно сделать равным нулю, если убирать усилие уравновешивания при вращении винтов, т.к, оно требуется только после их остановки. Для этого нужно иметь соответствующую конструкцию уравновешивающего устройства. Если уравновешивание не убирается, то снижение М_ст будет происходить при увеличенгии угла α и уменьшении μ_п,d_п и угла φ. Но это противоречит условиям несамоотвинчивания, если не используется комбинированная конструкция подпятника. Уменьшение d_cр, следовательно, диаметра нажимного винта, уменьшит М_ст, но увеличит М_дин. Поэтому этот параметр находится посредством оптимизации по критерию минимума общей мощности.

Для уменьшения динамической составляющей мощности нужно увеличивать угол α и средний диаметр резьбы d_ср. Чтобы при этом не увеличивался момент инерции винта, винт нужно делать полым.

Момент инерции всего механизма можно уменьшить, сделав нажимной механизм безредукторным. Но при этом следует иметь ввиду, что момент инерции якоря тихоходного двигателя существенно больше, чем у быстроходного.

При безредукторном приводе по (8.1) статический момент будет в i раз больше, чем при наличии редуктора. Но и скорость на хвостовике в i раз будет меньше. Поэтому N_cт окажется даже меньшей, на величину к.п.д. передачи. Т.о. безредукторный привод предпочтительнее даже без "отключения" усилия переуравновешивания.

Масса нажимного механизма складывается из массы винтов и гаек, массы зубчатых колес редукторов и их корпусов и массы двигателей. Размеры, следовательно, масса винтов и гаек предопределены нормами прочности и жесткости и существенно уменьшены быть не могут.

Размеры и масса зубчатых колес зависят от величины передаваемых крутящих моментов и уменьшаются при снижении М_ст и М_дин. Габариты корпусов редукторов зависят от размеров винтов и гаек. Следовательно, все меры, направленные на уменьшение мощности двигателей, ведущие также к уменьшению энергопотребления, способст-

вуют также снижению метллоемкости нажимных механизмов.