Versnellingsbakken koppelen met servomotoren

Machineontwerpers wenden zich steeds vaker tot overbrengingen om te profiteren van de nieuwste ontwikkelingen op het gebied van servomotortechnologie. In wezen zet een tandwielkast hoge snelheid, laag koppel energie om in laag toerental, hoog koppel. Een servomotor zorgt voor een zeer nauwkeurige positionering van de uitgaande as. Wanneer vertragingskasten worden gecombineerd met servomotoren, versterken ze elkaars sterke punten en bieden ze een gecontroleerde beweging die nauwkeurig, robuust en betrouwbaar is.
Naarmate de servotechnologie is geëvolueerd en fabrikanten kleinere, maar krachtigere motoren produceren, worden tandwielkasten steeds belangrijker partners in motion control. Bij het vinden van de optimale koppeling moet rekening worden gehouden met veel technische overwegingen. Voordat we daarop ingaan, volgt hier een kort overzicht van de basisprincipes van de gearhead.

Gearhead-basisprincipes

Dus hoe zorgt een overbrenging voor het leveren van het vermogen dat nodig is voor de meer veeleisende toepassingen van vandaag? Nou, dat gaat allemaal terug naar de basis van tandwielen en hun vermogen om de grootte of richting van een uitgeoefende kracht te veranderen.

Gearheads kunnen dit op een aantal verschillende manieren bereiken:

Koppelvermenigvuldiging. De tandwielen en het aantal tanden op elk tandwiel creëren een verhouding. Als een motor 20 in-lbs kan genereren. van koppel, en een tandwielkast met een verhouding van 10:1 is bevestigd aan de uitgang, zal het resulterende koppel bijna 200 in-lbs zijn. Met de voortdurende nadruk op het ontwikkelen van kleinere voetafdrukken voor motoren en de apparatuur die ze aandrijven, is de mogelijkheid om een ​​kleinere motor te koppelen aan een vertragingskast om het gewenste koppel te bereiken van onschatbare waarde.

Een motor kan een nominaal toerental van 2.000 tpm hebben, maar uw toepassing vereist dat misschien niet. Proberen de motor met 50 tpm te laten draaien, is mogelijk niet optimaal op basis van het volgende;

Als u met een zeer lage snelheid draait, zoals 50 tpm, en de resolutie van uw motorfeedback is niet hoog genoeg, kan de updatesnelheid van de elektronische aandrijving een snelheidsrimpel veroorzaken die een meetbare telling heeft bij elke 0,357 graden asrotatie . Als de elektronische aandrijving die u gebruikt om de motor te besturen een snelheidslus heeft van 0,125 milliseconden, zoekt hij naar die meetbare telling bij elke 0,0375 graad van

asrotatie bij 50 tpm (300 graden/sec). Als het die telling niet ziet, zal het de motorrotatie versnellen om het te vinden. Bij de snelheid waarmee het de volgende meetbare telling vindt, zal het toerental te hoog zijn voor de toepassing en vervolgens zal de aandrijving het motortoerental terugbrengen tot 50 omwentelingen per minuut en dan begint het hele proces opnieuw.

opnieuw. Deze constante toename en afname van RPM's veroorzaakt snelheidsrimpels in een applicatie.

• Een servomotor die met een laag toerental draait, werkt inefficiënt. Wervelstromen zijn lussen van elektrische stroom die tijdens bedrijf in de motor worden opgewekt. De wervelstromen produceren een weerstandskracht in de motor en hebben een grotere negatieve invloed op de motorprestaties bij lagere toerentallen.

• De parameters van een kant-en-klare motor zijn mogelijk niet geschikt om met een laag toerental te draaien. Wanneer een toepassing de bovengenoemde motor met 50 tpm laat draaien, gebruikt deze niet al het beschikbare toerental. Omdat de spanningsconstante (V/Krpm) van de motor is ingesteld op een hoger toerental, is de koppelconstante (Nm/amp)—die er rechtstreeks mee verband houdt—lager dan nodig is. Als gevolg hiervan heeft de toepassing meer stroom nodig om deze aan te drijven dan wanneer de toepassing een motor zou hebben die specifiek is ontworpen voor 50 tpm. De overbrengingsverhouding van een tandwielkast verlaagt het motortoerental, daarom worden tandwielkasten ook wel tandwielreductoren genoemd. Bij gebruik van een tandwielkast met een verhouding van 40:1, zal het motortoerental aan de ingang van de tandwielkast 2.000 tpm zijn en het toerental aan de uitgang van de tandwielkast 50 tpm. Door de motor met een hoger toerental te laten werken, vermijdt u de zorgen die worden genoemd in bullets 1 en 2. Bullet 3 zorgt ervoor dat het ontwerp minder koppel en stroom van de motor gebruikt op basis van het mechanische voordeel van de vertragingskast.

Beschouw als voorbeeld een persoon die op een fiets rijdt, waarbij de persoon als motor fungeert. Als die persoon die fiets een steile heuvel op probeert te rijden in een versnelling die is ontworpen voor een laag toerental, zal hij of zij moeite hebben als

ze proberen hun evenwicht te bewaren en een toerental te bereiken waarmee ze de heuvel kunnen beklimmen. Als ze de versnellingen van de fiets echter schakelen naar een snelheid die een hoger toerental produceert, heeft de berijder

een veel gemakkelijkere tijd. Er kan een constante kracht worden uitgeoefend met een soepele rotatie. Dezelfde logica is van toepassing op industriële toepassingen die lagere snelheden vereisen met behoud van het benodigde koppel.

• Inertia-matching . Huidige servomotoren genereren meer koppel ten opzichte van de framemaat vanwege dichte koperen wikkelingen, lichtgewicht materialen en hoogenergetische magneten.

Dit creëert traagheidsmismatches tussen servomotoren en de lasten die ze proberen te verplaatsen. Door een vertragingskast te gebruiken om de traagheid van de motor beter af te stemmen op de traagheid van de belasting, kan een kleinere motor worden gebruikt, wat resulteert in een responsiever systeem dat gemakkelijker af te stemmen is. Ook dit wordt bereikt door de overbrengingsverhouding, waarbij de gereflecteerde traagheid van de belasting op de motor wordt verminderd met 1/verhouding2.

Bedenk dat traagheid de maatstaf is voor de weerstand van een object tegen verandering in zijn beweging en zijn functie van de massa en vorm van het object. Hoe groter de traagheid van een object, hoe meer koppel er nodig is om het object te versnellen of te vertragen. Dit betekent dat wanneer de traagheid van de belasting veel groter is dan de traagheid van de motor, dit soms kan leiden tot buitensporige overschrijding of langere insteltijden. Beide omstandigheden kunnen de doorvoer van de productielijn verminderen.

Aan de andere kant, wanneer de traagheid van de motor groter is dan de traagheid van de belasting, zal de motor meer vermogen nodig hebben dan anders nodig is voor de specifieke toepassing. Dit verhoogt de kosten omdat er meer moet worden betaald voor een motor die groter is dan nodig is en omdat het hogere stroomverbruik hogere bedrijfskosten met zich meebrengt. De oplossing is om een ​​vertragingskast te gebruiken om de traagheid van de motor af te stemmen op de traagheid van de belasting.

Systeemkostenbesparingen

Tandwielkasten maken het gebruik van kleinere motoren en aandrijvingen mogelijk, wat kan helpen de kosten van een systeem te verlagen. Omdat kleinere servosystemen minder versterkers verbruiken, verlagen ze de bedrijfskosten. Energiebesparingen zijn het grootst wanneer toepassingen een hoog koppel en een laag toerental vereisen, omdat servomotoren met directe aandrijving aanzienlijk groter moeten zijn dan servomotoren gekoppeld aan tandwielkasten.

Tandwielkasten drijven vaak lange mechanismen aan, zoals materiaaltoevoersystemen die stukken draad, hout of metaal verplaatsen, waarbij hoge snelheid niet essentieel is, maar een hoog koppel en zeer herhaalbare nauwkeurigheid van cruciaal belang zijn. Het koppelen van tandwielkasten met servomotoren in dit soort toepassingen kan een ongeëvenaarde flexibiliteit bieden met een traditionele direct aangedreven motor. De combinatie van servo-tandwielkast kost minder om te bedienen, neemt minder ruimte in beslag en biedt een traagheidsmatch voor betere bewegingscontrole.