Gearing in Motion-Control-Designs

Was sind die Vorteile der Verwendung eines Gearheads?

Schätzungen zufolge verwenden nur etwa ein Drittel der in Betrieb befindlichen Bewegungssteuerungssysteme ein Getriebe, obwohl es dafür gute Gründe gibt. Wenn Ihr Bewegungssteuerungssystem beispielsweise mit 1.000 U/min oder weniger laufen muss, ist der Einsatz eines Getriebes von Vorteil. Es ist auch ratsam, beim Entwerfen von Systemen mit Größenbeschränkungen ein Getriebe zu verwenden. Wenn Sie ein Getriebe mit Ihrem Servomotor kombinieren oder einen integrierten Getriebemotor verwenden, können Sie einen kleineren Motor verwenden und dadurch die Systemgröße reduzieren.
Zu den Vorteilen der Verwendung eines Getriebes mit Ihrem Servo in einem Bewegungssteuerungssystem gehören:

• Drehmomentmultiplikation. Getriebe können einen mechanischen Vorteil bieten, wenn sie an der Motorausgangswelle montiert werden. Das liegt daran, dass die Anzahl der Zahnräder und Zähne an jedem Zahnrad einen mechanischen Vorteil bietet, der durch ein Verhältnis definiert wird. Angenommen, ein Motor kann ein Drehmoment von 100 in.-lbs erzeugen, und ein Getriebe mit einem Übersetzungsverhältnis von 5:1 ist angebracht. Abhängig vom Wirkungsgrad des Getriebes beträgt das resultierende Drehmoment fast 500 in-lbs. Die Verwendung eines Getriebekopfes erzeugt eine höhere Drehmomentleistung bei kleinerem Bauraum.
• Drehzahlreduzierung. Getriebe werden oft als Untersetzungsgetriebe bezeichnet, da sie die Drehmomentabgabe erhöhen und gleichzeitig die Motordrehzahl verringern. Wenn beispielsweise ein Motor mit 1.000 U/min läuft und ein Getriebe mit einer Übersetzung von 5:1 angeschlossen ist, beträgt die Drehzahl am Ausgang 200 U/min. Eine solche Geschwindigkeitsreduzierung kann die Gesamtsystemeffizienz verbessern. In einem aktuellen Beispiel erforderte ein Steinschleifmechanismus, dass der Motor mit 15 U / min lief. Die langsame Drehzahl erschwerte das Drehen der Schleifscheibe, da der Motor zum Verzahnen neigte. Hier führte die Verwendung eines 100:1-Getriebes dazu, dass der Motor mit 1.500 U/min lief, was für eine sanfte, kontinuierliche Rotation sorgte.
• Trägheitsanpassung. In den letzten fünfzehn Jahren haben Servomotorhersteller leichte Materialien, dichte Kupferwicklungen und Hochenergiemagnete eingeführt. Servomotoren erzeugen daher im Verhältnis zur Rahmengröße mehr Drehmoment als in der Vergangenheit, was zu größeren Trägheitsfehlanpassungen zwischen Servomotoren und den von ihnen gesteuerten Lasten führt.

Denken Sie daran, dass Trägheit ein Maß für den Widerstand eines Objekts gegen jede Änderung seiner Bewegung ist und eine Funktion der Form und Masse des Objekts ist. Je größer die Trägheit eines Objekts ist, desto größer ist das Drehmoment, das zum Beschleunigen oder Abbremsen des Objekts erforderlich ist.
Wenn die Lastträgheit viel größer als die Motorträgheit ist, kann dies zu übermäßigem Überschwingen oder längeren Einschwingzeiten führen. Beide Bedingungen verringern den Durchsatz der Produktionslinie.
Wenn andererseits die Motorträgheit größer als die Lastträgheit ist, benötigt der Motor mehr Leistung als für die jeweilige Anwendung erforderlich. Dies erhöht die Kosten, da Sie mehr für einen Motor bezahlen, der größer als nötig ist, und der erhöhte Stromverbrauch bedeutet höhere Betriebskosten. Die Lösung besteht darin, ein Getriebe zu verwenden, um die Trägheit des Motors an die Trägheit der Last anzupassen. Durch die Wahl des geeigneten Getriebes können Sie einen kleineren Motor verwenden und ein reaktionsschnelleres System entwickeln.

Helfen Sie, die Systemkosten zu senken

Das Ergebnis ist, dass Drehmomentmultiplikation, Drehzahlreduzierung und Trägheitsanpassung dazu beitragen, die Systemkosten zu senken, da die Verwendung eines Getriebes die Verwendung eines kleineren Motors und Antriebs ermöglicht.
Nehmen wir zum Beispiel an, eine Anwendung erfordert 200 in-lbs Drehmoment bei einer Drehzahl von 300 U/min. Um die Last nur mit einem Servomotor anzutreiben (bei branchenüblichen Leistungsattributen), ist ein Servomotor mit einer Baugröße von 142 mm und ein Antrieb, der 30 A kontinuierlich liefern kann, erforderlich. Das System kostet etwa 6.000 US-Dollar. Durch die Verwendung eines Getriebes für die Anwendung können Sie jedoch einen 90-mm-Servomotor und einen entsprechend kleineren Antrieb verwenden.