1

Pohonné systémy OS

1.Technické principy

2.Hlavní pohonný systém

3.Vedlejší pohonný systém

P2

2

Pohonný systém OS

Hlavní pohonný systém

Zabezpečuje hlavní řezný pohyb Rotační Přímočarý

Vedlejší pohonný systém

Zabezpečuje vedlejší řezný pohyb Rotační Přímočarý

Pomocné systémy

3

Pohonný systém stroje

Rotační pohyb Přímočarý pohyb Parametry:

, M v, F

celkový převodový poměr celková účinnost životnost

4

Pohonný systém stroje

Technický princip PSA. Hnací člen - transformace energieB. Pohonný mechanismus -

B1. Mechanismus převodový - mění rozsah výstupních parametrů

B2. Mechanismus pro změnu druhu pohybu- mění pohyb rotační v lineární

5

A. Hnací členy PS

ELEKTROMOTORY: Využívají principu vzniku mechanické síly ve

vodiči, kterým protéká proud a je umístěn v elektromagnetickém poli

HYDROMOTORY : Využívají tlakové energie (oleje, vzduchu)

6

A. Elektromotory

Stejnosměrný motor :Budicí vinutí je na napájeno

ze stejnosměrného zdroje

Rotor se pohybuje v magnetickém poli, v jeho vodičích indukuje napětí a vzniká proud.

Točivý moment je úměrný velikosti I.

7

A. Elektromotory

Asynchronní střídavý motor :

Vinutí na statoru je napájeno třífázovým proudem a vytváří točivé elektromagnetické pole s otáčkami

n = 60 f/ p

V rotoru se indukuje napětí, proud protékající kotvou způsobuje točivý moment.(točivé elm.pole se snaží rotor unášet s sebou)

Skluz otáček

8

A. Elektromotory

Synchronní střídavý motor :

Rotor nese permanentní magnet s poly, které jsou střídavě severní a jižní.

Změnami směru magnetického toku ve statoru se rotor pohybuje

9

A. Elektromotory

Krokový motor:synchronní motor s buzením permanentními

magnety se značným počtem polů. Ovládací proudové impulsy se přivádí

postupně na jednotlivé fáze, rotor se otáčí přetržitě, tak , jak je postupně přitahován na jednotlivé poly.

Vhodné pro polohování.

10

A. Elektromotory

Lineární motor : Je mnohapolový elektrický

stroj, jehož vzduchová mezera je rozvinuta do roviny.

Může být synchronní i asynchronní.

Přímý pohon posuvů.  

11

A. Hydromotory

ČerpadloRozdělovač prouduHydromotor

U OS se užívají méně

12

A.Volba hnacího členu

Požadované vlastnosti funkční provozní

Odlišné požadavky pro : Hlavní PS Vedlejší PS

Ekonomické zhodnocení

13

B1.Převodové mechanismy ke změně otáček

převodové mechanismy slouží k rozšíření rozsahu výstupních otáček a momentů

hnacího členu1.Stupňová změna otáček2.Plynulá změna otáček

Požadavek optimální řezné rychlosti

14

B1.Převodové mechanismy ke změně otáček

Elektrický způsob

Stupňová změna

Přepínání počtu polu střídavého elektromotoru

( až troje výstupní otáčky)

Plynulá změna

Regulační motory :Stejnosměrné s

tyristorovými měničiStřídavé s

frekvenčními měniči

15

B1.Převodové mechanismy ke změně otáček

Mechanický způsob

Stupňová změna

Ozubená kola

Řemeny ( změna průměru řemenic)

Plynulá změna

Mechanické variátory Řemeny Řetězy Harmonické

převodovky

16

B1.Převodové mechanismy ke stupňové změně otáček

Ozubená kola

Základní pojmy :Jednoduchý převod :

i = n1/n2 = 1/2 = d2/d1 = M2/M1 = z2/z1 Převod do pomala – reduktor , i1Převod do rychla – multiplikátor 

17

B1. Převodové mechanismy ke stupňové změně otáček

Složený převodPřevodový poměr jednotlivých převodů :

i12 = n1/n2, i34 = n2/n3,….

Převodový poměr i celk = i12 . i 34 . ….

 

18

B1. Převodové mechanismy ke stupňové změně otáček

Výměnná kola

Pro změnu celého otáčkového rozsahu

19

B1. Převodové mechanismy ke stupňové změně otáček

Přesuvná kola

Přesuv kol do záběru s pevnými protikoly

Drážkové hřídele

20

B1. Převodové mechanismy ke stupňové změně otáček

Kola se spojkami

kola na jednom hřídeli jsou volně uložena

s hřídelem se spojí spojkou

21

B1.Převodové mechanismy ke stupňové změně otáček

Ploché Klínové Ozubené

Textilní Kožené Pryžové

Minimální průměr řemenice D1, D2=i.D1

Ložisko A kola 1 Řemenové

kolo1

Ložiska A,B kola 2

Řemen

Řemenové kolo2

Řemenové převody

22

B1. Převodové mechanismy k plynulé změně otáček

Variátor

ŘemenyLamelové řetězy

23

2. Hlavní pohonný systém

Rotační

Požadavky : zajistit možnost nastavení řezných rychlostí v dostatečném rozsahu a

s potřebnou přesností zabezpečit pro řezný pohyb potřebný výkon umožnit rychlou reverzi řezného pohybu u strojů s vysokou automatizací zabezpečit přesné polohování

výstupního členu ( vřetene) spolehlivost, životnost, dynamika, tuhost, teplotní stálost,hlučnost,..

24

2. Hlavní pohonný systém

Parametry HPS

Výkon Až 100 kW

Otáčky Až 80 000/min

Moment Až 1000 Nm

25

2. Hlavní pohonný systém

Značný rozvoj motorů s vysokou regulací

vede ke zjednodušení, nebo úplnému odstranění následných převodových mechanismů :

přímé pohony

26

2. Hlavní pohonný systém

asynchronní motor s mnohastupňovou převodovkou – starší a levné stroje

regulační motor( asynchronní s frekvenčním měničem) s dvou až třístupňovou převodovkou

přímý pohon ( elektrovřeteno)

27

2.Návrh hlavního pohonného systému

Parametry motoru :

 výkon motoru P

 jmenovité otáčky motoru ne

 maximální otáčky motoru nM

další parametry jsou odvozené :

 rozsah regulace rp při konstantním výkonu

rp =nM/ne

28

2.Návrh hlavního pohonného systému

Požadavky na výstupní člen :         P na vřeteni,         nmax vřetene        nmin vřetene    největší dovolený moment ML - omezný,         omezné otáčky – spočtou se z P a ML

       

přípustný pokles výkonu mezi stupni nebo překrytí( a = P/Pmin = 1,26 je určeno normou.)

životnost stroje cca 14 000 hod

L

Ln

30

LL M

P

29

2. Návrh hlavního pohonného systému

Počet potřebných stupňů převodového mechanismu

dáno nmax, nL, rp

počet potřebných stupňů p

rp p = nmax/nL p

Pokud vyjde přesné číslo, nedochází ani k překrytí ani k mezistupňovému oklesu výkonu

Pokud nikoliv, zaokrouhlí se na celé číslo

30

2.Návrh hlavního pohonného systému

Diagram výstupního členu - otáčky, moment, výkon

omezný moment

dovolený pokles výkonu mezi stupni nebo překrytí stupňů

31

2. Návrh hlavního pohonného systému

Otáčkový diagram

vstupní převodpřevodové cesty

jednotlivých stupňů

finální převod

32

2. Návrh hlavního pohonného systému

Kinematické schéma :

Vstupní převod

Převody stupňů2. stupeň: přesuvné

dvojkolí (6) zabírá s (5)

1.stupeň:(4) zabírá s (3)

Finální převod

1

212 z

zi

7

8

z

zirs

5

62.2 z

zi r

3

41.2 z

zi r

33

2. Návrh hlavního pohonného systému

Konstrukční návrh

34

2. Návrh hlavního pohonného systému

Kontrola motoruKontrola celkového převodu, dosažení limitního

momentu, dosažení požadovaných rozsahů otáčekDimezování :

ozubení (síly, obvodové rychlosti, rozměrový a pevnostní výpočet)hřídeleložiskavůlespojovací prvky, …..

35

B2. Mechanismy ke změně druhu pohybu

Rotační pohyb hnacího členu

Lineární pohyb

výstupního členu

P rot * = P lin

M * * = F * v

Principy :

Pohybový šroubPastorek a hřebenŠnek a hřebenKlikový mechanismus

36

Pohybový šroub

2 základní případy :matice stojí, otáčí se

šroub

matice se otáčí, šroub stojí

37

B2. Pohybový šroub

S třením kluzným : lichoběžníkový závit pilový závit

šroub ocelový, matice bronzová, výjimečně litinová

účinnost = tg / tg( +)

tg = s / . dtg = f, f = 0,15

38

B2. Pohybový šroub

S třením valivým :

vysoká účinnost

f= 0,01

kinematická vazba :v n . s

Použití omezeno vyrobitelnou délkou

39

B2. Pastorek nebo šnek a hřeben

Spolehlivý mechanismus

Menší přesnost - vůle

Účinnost 0,98

Kinematická vazba :v n . h

kde h je obvod pastorku = . m. z

40

B2. Klikový mechanismus

pohon smykadel

KM s kývavou kulisou

(Whitworth)

KM s otáčivou kulisou

41

3.Vedlejší pohonný systém -posuv

PřímočarýPožadavky :  V celém rozsahu rychlosti pracovních posuvů vyvinout

potřebnou sílu k překonání řezných, setrvačných a třecích sil

  Zajistit v celém rozsahu rychlosti plynulý pohyb posouvané části

  Zajistit přesnou polohu posouvané části stroje   spolehlivost, životnost, dynamika, tuhost….

 

42

3.Vedlejší pohonný systém -posuv

Parametry

rychlost zrychlení

Lehké stroje

Až 100 m/min

1,5 g,

Těžké stroje

20 m/min 0,25 g

43

3.Vedlejší pohonný systém -posuv

Regulační motory synchronní s mechanismem pro změnu druhu pohybu

(kuličkový šroub nebo pastorek a hřeben)

Lineární motory

44

3. Posuvovka s kuličkovým šroubem

Motor

Vstupní převod

Finální mechanismus

45

3. Posuvovka s kuličkovým šroubem

Volba motoru : je charakterizován P1=M1 * 1

Požadavky na výstupu : kontrola dosažení potřebné posuvové síly F

F = P1 * / v

kontrola potřebných rychlostí v

v = n1 . h ( nebo s), přičemž n1 = 30 1/

46

3. Návrh posuvu s pohybovým šroubem

Dimenzování šroubu První odhad rozměrů šroubu

• tah-tlak, krut redukované napětí

red = 2 + 3 2

životnost šroubu – kontrola z katalogu , stanovení průměru, stoupání, délky

vzpěr - způsob uložení kritické otáčky tuhost

47

3. Dimenzování pohybového šroubu

Předpětí je cca 30 % maximální posuvové síly

V závislosti na předpětí se stanoví dynamická únosnost, podle ní se volí šroub z katalogu

48

3. Stanovení zatěžovacích stavů pro výpočet

Posuvové síly, posuvové rychlosti ( otáčky)Doba běhu – poměrná doba běhuStanovení středních otáček

Stanovení středních působících silŽivotnost

6

3

11 10

mF

CL

c

ii T

Tq

riim nqn 2

13

12

1

31

1

m

riii

m n

nqFF

49

3.Vzpěr

Kritická síla

Koeficient uložení konce šroubu 22,4 11,2 5,6 1,4

202

4 E

L

dkF

s

vic

2M

cvi F

FS

50

3. Kritické otáčky šroubu

Kritické otáčkyKoeficient uložení

konce šroubu 25,5 17,7 11,5 3,9

172

min10 p

niciL

dkn

25,1M

cni n

nS

51

3. Tuhost kuličkového šroubu

Vetknutý – volný Ex

x

A

Fs

x

AE

x

Fkk s

xs

1

52

3. Tuhost kuličkového šroubu

Vetknutý – vetknutý

Mimimum pro x = 0,5 Lp

x

AE

x

Fkk s

xs

1

xL

AEk

pxL

xxL

LAEkkk

p

pxLxs

2

53

3. Celková tuhost posuvového mechanismu

Celková tuhost mechanismu se skládá z : tuhosti kuličkového šroubu cKS tuhosti kuličkové matice cKM tuhosti konzoly cK axiální tuhosti jednoho nebo dvou ložisek cL tuhosti spojení:

spojení konzoly se spodkem stojanu cspoj1 spojení příruby kuličkové matice s konzolou cspoj2 spojení uložení cspoj3, event. cspoj4

54

Závěrem

Hlavní pohonný systém přímočarý

( hnací člen + pastorek, hřeben, klikový mechanismus)

Vedlejší pohonný systém rotační

( vymezení vůlí)

Pomocné pohony

dopravníky, výměny nástrojů,…

běžné elektromotory a hydromotory bez zvláštních nároků