Сопряжение редукторов с серводвигателями

Сопряжение редукторов с серводвигателями

Разработчики машин все чаще обращаются к редукторам, чтобы воспользоваться последними достижениями в технологии серводвигателей. По сути, редуктор преобразует высокоскоростную энергию с низким крутящим моментом в низкоскоростную выходную мощность с высоким крутящим моментом. Серводвигатель обеспечивает высокоточное позиционирование выходного вала. При соединении редукторов с серводвигателями они усиливают преимущества друг друга, обеспечивая управляемое движение, которое является точным, надежным и надежным.
По мере развития сервотехнологий, когда производители выпускают меньшие, но более мощные двигатели, редукторы становятся все более важными. партнеры по управлению движением. Поиск оптимальной пары должен учитывать многие инженерные соображения. Прежде чем перейти к ним, вот краткий обзор основ редукторов.

Основы Gearhead

Так как же редуктор обеспечивает мощность, необходимую для современных более требовательных приложений? Что ж, все это восходит к основам зубчатых колес и их способности изменять величину или направление приложенной силы.

Gearheads могут добиться этого несколькими способами:

Умножение крутящего момента. Шестерни и количество зубьев на каждой шестерне создают передаточное число. Если двигатель может генерировать 20 дюйм-фунтов. крутящего момента, а к его выходу присоединен редуктор с передаточным числом 10:1, результирующий крутящий момент будет близок к 200 дюйм-фунтам. При постоянном стремлении к уменьшению занимаемой площади двигателей и оборудования, которое они приводят в действие, возможность сочетания двигателя меньшего размера с редуктором для достижения желаемого выходного крутящего момента имеет неоценимое значение.

Двигатель может быть рассчитан на 2000 об/мин, но для вашего приложения это может не требоваться. Попытка запустить двигатель на скорости 50 об/мин может оказаться неоптимальной по следующим причинам:

Если вы работаете на очень низкой скорости, например 50 об/мин, и разрешение обратной связи вашего двигателя недостаточно велико, частота обновления электронного привода может привести к тому, что пульсации скорости будут измеряться на каждом 0,357 градусах вращения вала. . Если электронный привод, который вы используете для управления двигателем, имеет цикл скорости 0,125 миллисекунды, он будет искать этот измеримый отсчет через каждые 0,0375 градуса

вращение вала со скоростью 50 об/мин (300 град/сек). Когда он не видит этот счет, он ускорит вращение двигателя, чтобы найти его. При скорости, с которой он находит следующий измеримый счетчик, скорость вращения будет слишком высокой для приложения, а затем привод замедлит скорость вращения двигателя до 50 об/мин, после чего весь процесс начнется сначала

опять таки. Это постоянное увеличение и уменьшение числа оборотов в минуту вызывает пульсацию скорости в приложении.

• Серводвигатель, работающий на низких оборотах, работает неэффективно. Вихревые токи представляют собой петли электрического тока, индуцируемые в двигателе во время работы. Вихревые токи создают силу сопротивления внутри двигателя и оказывают более негативное влияние на работу двигателя при более низких оборотах.

• Параметры стандартного двигателя могут не подходить для работы на низких оборотах. Когда приложение запускает вышеупомянутый двигатель со скоростью 50 об/мин, оно не использует все доступные ему обороты. Поскольку постоянная напряжения (В/Krpm) двигателя настроена на более высокие обороты, константа крутящего момента (Nm/amp), которая напрямую связана с ней, ниже, чем должна быть. В результате приложение требует больше тока для его управления, чем если бы приложение имело двигатель, специально рассчитанный на 50 об/мин. Передаточное число редуктора снижает скорость вращения двигателя, поэтому редукторы иногда называют редукторами. При использовании редуктора с передаточным числом 40:1 частота вращения двигателя на входе редуктора составит 2000 об/мин, а на выходе редуктора — 50 об/мин. Работа двигателя на более высоких оборотах позволит вам избежать проблем, упомянутых в пунктах 1 и 2. Пункт 3 позволяет конструкции использовать меньший крутящий момент и ток от двигателя за счет механического преимущества редуктора.

В качестве примера рассмотрим человека, который едет на велосипеде, а этот человек выступает в роли двигателя. Если этот человек попытается подняться на этом велосипеде по крутому склону на передаче, предназначенной для низких оборотов, он или она будет бороться, как

они пытаются сохранить равновесие и достичь скорости вращения, которая позволит им подняться на холм. Однако, если они переключат передачи велосипеда на скорость, обеспечивающую более высокие обороты, у гонщика будет

гораздо более легкое время. Постоянная сила может быть приложена при обеспечении плавного вращения. Та же логика применима к промышленным приложениям, требующим более низких скоростей при сохранении необходимого крутящего момента.

• Соответствие инерции . Современные серводвигатели развивают больший крутящий момент по сравнению с размером корпуса из-за плотных медных обмоток, легких материалов и мощных магнитов.

Это создает инерционные несоответствия между серводвигателями и нагрузками, которые они пытаются перемещать. Использование редуктора для лучшего согласования инерции двигателя с инерцией нагрузки позволяет использовать двигатель меньшего размера, что приводит к более чувствительной системе, которую легче настроить. Опять же, это достигается за счет передаточного числа редуктора, где отраженная инерция нагрузки к двигателю уменьшается на 1/отношение2.

Напомним, что инерция — это мера сопротивления объекта изменению его движения и функции массы и формы объекта. Чем больше инерция объекта, тем больший крутящий момент необходим для ускорения или замедления объекта. Это означает, что когда инерция нагрузки намного больше, чем инерция двигателя, иногда это может привести к чрезмерному перерегулированию или увеличению времени установления. Оба условия могут снизить производительность производственной линии.

С другой стороны, когда инерция двигателя больше, чем инерция нагрузки, двигателю потребуется больше мощности, чем это необходимо для конкретного применения. Это увеличивает затраты, поскольку требуется платить больше за двигатель большей мощности, чем необходимо, а также потому, что повышенное энергопотребление требует более высоких эксплуатационных расходов. Решение состоит в том, чтобы использовать редуктор для согласования инерции двигателя с инерцией нагрузки.

Экономия затрат на систему

Редукторы позволяют использовать двигатели и приводы меньшего размера, что помогает снизить стоимость системы. Поскольку сервосистемы меньшего размера потребляют меньше ампер, они снижают эксплуатационные расходы. Наибольшая экономия энергии достигается, когда в приложениях требуется высокий крутящий момент и низкая скорость, поскольку серводвигатели с прямым приводом должны быть значительно больше, чем серводвигатели, соединенные с редуктором.

Редукторы часто приводят в действие длинные механизмы, такие как системы подачи материала, которые перемещают отрезки проволоки, дерева или металла, где высокая скорость не важна, но важны высокий крутящий момент и высокая повторяемость. Совместное использование редукторов с серводвигателями в таких приложениях может обеспечить непревзойденную гибкость по сравнению с традиционным двигателем с прямым приводом. Комбинация серво-редуктор обходится дешевле, занимает меньше места и обеспечивает согласование инерции для лучшего управления движением.