Koppeln von Getrieben mit Servomotoren

Koppeln von Getrieben mit Servomotoren

Maschinenkonstrukteure wenden sich zunehmend Getriebeköpfen zu, um von den neuesten Fortschritten in der Servomotortechnologie zu profitieren. Im Wesentlichen wandelt ein Getriebe Hochgeschwindigkeitsenergie mit niedrigem Drehmoment in eine Ausgangsleistung mit niedriger Geschwindigkeit und hohem Drehmoment um. Ein Servomotor sorgt für eine hochgenaue Positionierung seiner Abtriebswelle. Wenn Getriebe mit Servomotoren kombiniert werden, verstärken sie ihre Stärken gegenseitig und sorgen für eine kontrollierte Bewegung, die präzise, ​​robust und zuverlässig ist.
Mit der Weiterentwicklung der Servotechnologie und Herstellern, die kleinere, aber dennoch leistungsstärkere Motoren produzieren, werden Getriebe immer wichtiger Partner in der Bewegungssteuerung. Das Finden der optimalen Paarung muss viele technische Überlegungen berücksichtigen. Bevor wir darauf eingehen, hier ein kurzer Überblick über die Grundlagen des Getriebes.

Gearhead-Grundlagen

Wie stellt ein Getriebe also die Leistung bereit, die für die anspruchsvolleren Anwendungen von heute erforderlich ist? Nun, das geht zurück auf die Grundlagen von Zahnrädern und ihre Fähigkeit, die Größe oder Richtung einer aufgebrachten Kraft zu ändern.

Gearheads können dies auf verschiedene Arten erreichen:

Drehmomentvervielfachung. Die Zahnräder und die Anzahl der Zähne jedes Zahnrads bilden ein Verhältnis. Wenn ein Motor 20 in-lbs erzeugen kann. Drehmoment und ein Getriebe mit einem Übersetzungsverhältnis von 10:1 an seinem Ausgang angebracht ist, beträgt das resultierende Drehmoment fast 200 in-lbs. Angesichts der anhaltenden Betonung der Entwicklung kleinerer Stellflächen für Motoren und der von ihnen angetriebenen Ausrüstung ist die Möglichkeit, einen kleineren Motor mit einem Getriebe zu kombinieren, um das gewünschte Ausgangsdrehmoment zu erreichen, von unschätzbarem Wert.

Ein Motor kann auf 2.000 U/min ausgelegt sein, aber Ihre Anwendung erfordert dies möglicherweise nicht. Der Versuch, den Motor mit 50 U/min laufen zu lassen, ist möglicherweise nicht optimal, basierend auf Folgendem:

Wenn Sie mit einer sehr niedrigen Drehzahl laufen, z. B. 50 U/min, und Ihre Motorfeedback-Auflösung nicht hoch genug ist, kann die Aktualisierungsrate des elektronischen Antriebs dazu führen, dass eine Geschwindigkeitswelligkeit bei jeder 0,357-Grad-Wellendrehung eine messbare Zählung aufweist . Wenn der elektronische Antrieb, den Sie zur Steuerung des Motors verwenden, eine Geschwindigkeitsschleife von 0,125 Millisekunden hat, sucht er alle 0,0375 Grad

nach dieser messbaren Zahl

Wellendrehung mit 50 U/min (300 Grad/Sek.). Wenn es diese Zählung nicht sieht, beschleunigt es die Motordrehung, um es zu finden. Bei der Geschwindigkeit, bei der der nächste messbare Wert gefunden wird, ist die Drehzahl zu hoch für die Anwendung, und dann verlangsamt der Antrieb die Motordrehzahl wieder auf 50 U/min, und dann beginnt der gesamte Prozess von vorne

wieder. Dieser konstante Anstieg und Abfall der Drehzahlen verursacht eine Geschwindigkeitswelligkeit in einer Anwendung.

• Ein mit niedriger Drehzahl laufender Servomotor arbeitet ineffizient. Wirbelströme sind elektrische Stromschleifen, die während des Betriebs im Motor induziert werden. Die Wirbelströme erzeugen im Motor eine Widerstandskraft und wirken sich bei niedrigeren Drehzahlen stärker negativ auf die Motorleistung aus.

• Die Parameter eines handelsüblichen Motors sind möglicherweise nicht für den Betrieb mit niedriger Drehzahl geeignet. Wenn eine Anwendung den oben genannten Motor mit 50 U/min betreibt, nutzt sie nicht die gesamte verfügbare U/min. Da die Spannungskonstante (V/Krpm) des Motors auf eine höhere Drehzahl eingestellt ist, ist die Drehmomentkonstante (Nm/Ampere) – die direkt damit zusammenhängt – niedriger als nötig. Infolgedessen benötigt die Anwendung mehr Strom, um sie anzutreiben, als wenn die Anwendung einen Motor hätte, der speziell für 50 U / min ausgelegt ist. Die Übersetzung eines Getriebes reduziert die Motordrehzahl, weshalb Getriebe manchmal als Untersetzungsgetriebe bezeichnet werden. Bei einem Getriebe mit einer Übersetzung von 40:1 beträgt die Motordrehzahl am Eingang des Getriebes 2.000 U/min und die Drehzahl am Ausgang des Getriebes 50 U/min. Durch den Betrieb des Motors mit höheren Drehzahlen können Sie die in Punkt 1 und 2 genannten Bedenken vermeiden. Punkt 3 ermöglicht es der Konstruktion, aufgrund des mechanischen Vorteils des Getriebes weniger Drehmoment und Strom vom Motor zu verbrauchen.

Stellen Sie sich als Beispiel eine Person vor, die Fahrrad fährt, wobei die Person als Motor fungiert. Wenn diese Person versucht, das Fahrrad in einem Gang, der für niedrige Drehzahlen ausgelegt ist, einen steilen Hügel hinaufzufahren, wird sie oder er Schwierigkeiten haben, als

Sie versuchen, ihr Gleichgewicht zu halten und eine Drehzahl zu erreichen, mit der sie den Hügel erklimmen können. Wenn sie jedoch die Gänge des Fahrrads in eine Geschwindigkeit schalten, die eine höhere Drehzahl erzeugt, muss der Fahrer

eine viel einfachere Zeit. Es kann eine konstante Kraft aufgebracht werden, wobei eine gleichmäßige Drehung bereitgestellt wird. Die gleiche Logik gilt für industrielle Anwendungen, die niedrigere Drehzahlen bei gleichzeitiger Beibehaltung des erforderlichen Drehmoments erfordern.

• Trägheitsanpassung . Aktuelle Servomotoren erzeugen aufgrund der dichten Kupferwicklungen, leichten Materialien und Hochenergiemagneten im Verhältnis zur Rahmengröße mehr Drehmoment.

Dies führt zu Trägheitsfehlanpassungen zwischen Servomotoren und den Lasten, die sie zu bewegen versuchen. Die Verwendung eines Getriebes zur besseren Anpassung der Trägheit des Motors an die Trägheit der Last ermöglicht die Verwendung eines kleineren Motors, was zu einem reaktionsschnelleren System führt, das einfacher abzustimmen ist. Auch dies wird durch das Übersetzungsverhältnis des Getriebes erreicht, bei dem die reflektierte Trägheit der Last zum Motor um 1/Verhältnis2 verringert wird.

Denken Sie daran, dass Trägheit das Maß für den Widerstand eines Objekts gegen eine Änderung seiner Bewegung und seine Funktion der Masse und Form des Objekts ist. Je größer die Trägheit eines Objekts ist, desto mehr Drehmoment wird benötigt, um das Objekt zu beschleunigen oder abzubremsen. Das bedeutet, dass wenn die Lastträgheit viel größer als die Motorträgheit ist, es manchmal zu übermäßigem Überschwingen oder verlängerten Einschwingzeiten kommen kann. Beide Bedingungen können den Durchsatz der Produktionslinie verringern.

Wenn andererseits die Motorträgheit größer als die Lastträgheit ist, benötigt der Motor mehr Leistung als ansonsten für die spezielle Anwendung erforderlich wäre. Dies erhöht die Kosten, da mehr für einen Motor bezahlt werden muss, der größer als nötig ist, und weil der erhöhte Stromverbrauch höhere Betriebskosten erfordert. Die Lösung besteht darin, ein Getriebe zu verwenden, um die Trägheit des Motors an die Trägheit der Last anzupassen.

Systemkosteneinsparungen

Getriebeköpfe ermöglichen die Verwendung kleinerer Motoren und Antriebe, was dazu beitragen kann, die Systemkosten zu senken. Da kleinere Servosysteme weniger Ampere verbrauchen, reduzieren sie die Betriebskosten. Die Energieeinsparungen sind am größten, wenn Anwendungen ein hohes Drehmoment und niedrige Drehzahlen erfordern, da direkt angetriebene Servomotoren erheblich größer sein müssen als an Getriebe gekoppelte Servomotoren.

Getriebe treiben oft lange Mechanismen an, wie z. B. Materialvorschubsysteme, die Draht-, Holz- oder Metalllängen bewegen, bei denen hohe Geschwindigkeit nicht unbedingt erforderlich ist, aber ein hohes Drehmoment und eine hohe Wiederholgenauigkeit entscheidend sind. Die Paarung von Getrieben mit Servomotoren in dieser Art von Anwendung kann eine unübertroffene Flexibilität mit einem herkömmlichen Direktantriebsmotor bieten. Die Servo-Getriebe-Kombination kostet weniger im Betrieb, nimmt weniger Platz ein und bietet eine Trägheitsanpassung für eine bessere Bewegungssteuerung.