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Riflessione sui rapporti di inerzia

29 Ago 2014
Gordon Ritchie

Parte I

Quando un carico è azionato direttamente dal motore non si parla di inerzia riflessa. Si ritiene infatti che i carichi ad azionamento diretto non abbiano per loro natura un'inerzia riflessa. Alcuni si spingono oltre ed affermano che non occorre tenere conto del rapporto tra l'inerzia del carico e quella del motore durante l'azionamento diretto del carico a patto che coppia e velocità siano sufficienti. Non me la sono mai sentita di spingermi tanto in là.
Preferisco pensare al carico nella sua globalità. È estremamente importante capire come è fatto il carico per poter comprendere come reagirà a variazioni dinamiche in movimento. A titolo di esempio userò tre diversi carichi con la stessa inerzia ma diverse componenti. Poiché i carichi sono collegati direttamente al motore, si può ribattere che non vi è inerzia riflessa. È troppo facile infatti discutere le finezze semantiche. Userò il termine "rapporto di inerzia" per descrivere il rapporto tra inerzia del carico e inerzia del motore.Per questa settimana ci concentreremo su come è nata l'idea che non ci si debba preoccupare troppo del rapporto. Nelle prossime settimane invece cercheremo di capire perché è un'idea errata.Nel primo esempio userò un carico con un rapporto di inerzia di 50:1, cioè l'inerzia del carico è 50 volte quella del motore. L'equazione corrispondente è: JL/JM = 50 ovvero un rapporto di 50:1.

Volano inerziale

Se un carico inclinato è collegato direttamente al motore, quando il motore si arresta anche il carico si arresta. Finché il motore ha una coppia sufficiente a rallentare il carico, il tempo di assestamento sarà virtualmente inesistente. È come se il carico fosse una parte del motore. In questo caso il rapporto di inerzia riflessa sarà JL/JM = 0 oppure 0:1. Sembra che non vi sia carico, solo il motore.Come vedremo, è meglio descrivere l'inerzia in questo modo che trascurarla del tutto. Tutti i vostri carichi accoppiati direttamente sono sempre stati così semplici e prevedibili? Se non è così raccontateci le vostre esperienze in merito Se siete fortunati e collegate ogni volta un carico inclinato, potete fermarvi qui. Se non è così potrebbe essere interessante leggere anche la Parte II.


Parte II

Consideriamo ora un collegamento cedevole e come influisca sull'inerzia. Se prendiamo lo stesso carico ma lo colleghiamo almotor con un collegamento cedevole, nel nostro caso una molla, le prestazioni dinamiche risulteranno notevolmente compromesse. Quando il motore inizia a ruotare, la molla deve riavvolgersi prima che il carico si sposti. Quando il motore si ferma il carico continua a ruotare finché la molla non risulta completamente caricata. Al termine l'energia nella molla inizia ad accelerare il carico in direzione opposta e, grazie alla terza legge del moto di Newton, inizia a far ruotare il motore in direzione opposta.

Volano inerziale con molla

Queste variazioni di direzione continuano finché tutta l'energia non si disperde e il carico non si stabilizza. Se avete sperimentato un collegamento a questo tipo di carico, potreste avere notato che occorreva ridurre i guadagni.Come ricorderete, ho detto che le variazioni di direzione sarebbero continuate fino alla dispersione totale dell'energia. In caso di guadagni elevati l'energia ritorna al sistema: ecco il momento in cui il sistema diventa piuttosto rumoroso.

In questo esempio il rapporto di inerzia è davvero l'inerzia riflessa. JL/JM = 50 o un rapporto 50:1. A questo punto sembra che non riusciremo mai a creare un collegamento ad un carico cedevole con un rapporto di inerzia elevato. In molti casi le applicazioni non sono state gestite correttamente poiché la cedevolezza veniva trasferita ai componenti meccanici.

Restate con noi, nella Parte III ci occuperemo di un carico cedevole ripartito.

Parte III

Se ci seguite dall'inizio, saprete che abbiamo parlato di un carico cedevole ridotto accoppiato direttamente e di un carico cedevole elevato. Ora analizzeremo la differenza considerando un carico cedevole ripartito.

Una metà del carico è collegata direttamente al motore, mentre l'altra metà è collegata attraverso una molla. Quando il motore inizia ad accelerare, la metà del carico collegata direttamente inizia ad accelerare mentre la molla inizia a riavvolgersi. Quando il motore si ferma, la metà del carico collegata direttamente si ferma insieme al motoree la metà collegata con la molla continua a rallentare. Mentre il carico continua a ruotare, inizia a riavvolgere la molla nella direzione contraria. Man mano che l'energia viene rilasciata si divide tra il motore e l'altra metà del carico. Il sistema a questo punto è molto diverso.

L'inerzia riflessa è (½JL)/(JM + ½JL) < 1:1. Quando si considera l'inerzia riflessa o il rapporto di inerzia, è essenziale comprendere la struttura meccanica dei componenti. Come si vede dall'esempio del carico cedevole ripartito, il rapporto di inerzia è in effetti molto basso. Se avessimo progettato, acquistato ed installato questo sistema basato su carichi accoppiati direttamente senza considerare i rapporti, potremmo trovarci di fronte a clienti poco soddisfatti.

Carico inerziale ripartito

Per qualsiasi sistema è essenziale tenere conto di ciascuna componente del carico quando si valuta il rapporto di inerzia o l'inerzia riflessa. I carichi cedevoli vi fanno venire gli incubi? Avete o conoscete qualcuno che abbia sperimentato un carico cedevole accoppiato direttamente come quello descritto? Scriveteci e cercheremo di aiutarvi.

Info sull'autore

Gordon Ritchie

Gordon Ritchie Author
Collaboro con Kollmorgen da oltre 19 anni e mi occupo di motion control da più di 25 anni. Attualmente sono responsabile della formazione tecnica e gestisco i sistemi di addestramento e gli istruttori, redigo il materiale di formazione, i manuali e le guide pratiche e tengo molti corsi di formazione. Sono anche videografo e scrivo, dirigo, registro, edito e contribuisco alla realizzazione di una serie di video di assistenza dal titolo Two Minutes of Motion (Due minuti di movimento), che troverete sul canale YouTube di Kollmorgen.

Ho una laurea in automazione e robotica, sono stato per 4 anni nell'aviazione statunitense e sono sposato da 26 anni con una donna bellissima e piena di talento, Marijana. Ho due figli, entrambi al college: mio figlio Guy farà il produttore cinematografico, mentre mia figlia Hannah sarà una neurobiologa.

Amo stare all'aria aperta, fare escursioni a piedi e in kayak e correre nelle Blue Ridge Mountains. Sono fotografo e videografo. Lasciate un messaggio a Gordon: Gordon Ritchie Potete anche contattarlo collegandovi a Google+

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