Правильный размер является решающим аспектом выбор двигателя. Если двигатель имеет небольшие размеры, он не сможет контролировать нагрузку, что приведет к перерегулированию и звону.
Чрезмерный размер системы так же плох, как и недостаточный — она может контролировать нагрузку, но она также будет больше и тяжелее, а также дороже с точки зрения цены и стоимости операций. Это может физически не подойти, и это, безусловно, будет стоить дороже. Это займет больше ценного места в шкафу управления или в цехе.
Слишком часто продавцам просто звонят и просят мотор определенной мощности. Инженер может покупать двигатель того же размера, что и у предыдущей платформы. Возможно, они добавили значительный запас прочности, чтобы компенсировать изменения. Возможно, они использовали соотношение нагрузки и инерции к инерции двигателя 10:1 или 5:1 – или какую-то смесь из вышеперечисленного.
Целью должно быть определение двигателя, который обеспечивает скорость, ускорение и крутящий момент, необходимые для размещения груза в указанном месте и в желаемое время. Это может включать в себя запас прочности, предназначенный для компенсации разницы между двумя двигателями или ожидаемых изменений в рабочем состоянии машины. Однако запас прочности должен быть добавлен в дополнение к обоснованному расчету.
Распространенной ошибкой является выбор двигателя с постоянным крутящим моментом, равным максимальному крутящему моменту, требуемому для применения (обычно наблюдается при экстремальных ускорениях / замедлениях). Приложения для управления движением часто состоят из коротких, быстрых движений. Выбрать двигатель, рассчитанный на непрерывную выработку такого крутящего момента, означает, по сути, заплатить за большее количество двигателя, чем необходимо.
Для эффективного определения размеров двигателя необходимо рассчитать инерцию нагрузки (JL). Отношение инерции нагрузки к инерции двигателя (по существу, инерции ротора) дает представление о том, насколько эффективно двигатель может управлять нагрузкой. Высокий коэффициент инерции указывает на систему, которой будет трудно управлять нагрузкой. Низкий коэффициент инерции (например, 4: 1 или 1: 1) указывает на то, что двигатель будет выполнять очень эффективную работу по управлению нагрузкой, но это также показывает, что двигатель может быть слишком большим для системы
Часто проектировщики включают фактическую нагрузку, коробку передач и двигатель, но не учитывают ремни, шкивы и другие механические элементы. Они просто переходят на следующий основной размер или используют тот же размер рамы, но с большим крутящим моментом. Вот откуда берется весь подход с 10%-ным превышением размера.
Процесс отбора включает в себя сбор данных с последующим детальным анализом. Это требует знания механической системы, рабочих параметров и обстоятельств, при которых будет использоваться оборудование. Он также должен включать подробные сведения об операционной среде, поскольку, если они не будут рассмотрены на ранней стадии, выбранная система может оказаться неподходящей.
Инерция – тенденция объекта сопротивляться изменениям ускорения – является одной из основных проблем в управление движением. Двигатель должен иметь возможность прикладывать достаточное усилие (в линейной системе) или крутящий момент (во вращательной системе) для изменения ускорения нагрузки и делать это контролируемым образом.
Основные ограничения, которые необходимо учитывать во время процедуры определения размера, можно резюмировать следующим образом:
Кроме того, необходимо рассмотреть два режима применения:
Разницу между этими двумя режимами нанесения можно проиллюстрировать на примере токарного станка. Привод шпинделя токарного станка работает в непрерывном режиме, поскольку он работает с постоянной скоростью при постоянной нагрузке; приводы осей работают с перерывами из-за ускорения и замедления, необходимых для следования требуемой траектории инструмента.
Приводы роботов и станков постоянно изменяют скорость для создания требуемого профиля движения. Необходимо полностью учитывать выбор передаточного числа и его связь с генерируемым двигателем крутящим моментом. Если требуется, чтобы нагрузка работала с постоянной скоростью или крутящим моментом, можно определить оптимальное передаточное отношение. На практике случаи, которые следует учитывать, включают ускорение с внешним крутящим моментом нагрузки и без него, а также влияние переменной инерции нагрузки.
Знание требуемого диапазона скоростей нагрузки и первоначальная оценка требуемых передаточных чисел позволят оценить максимальную скорость двигателя. Чтобы двигатель не достигал требуемой скорости из-за колебаний напряжения питания, требуемую максимальную скорость следует увеличить в 1,2 раза. Этот коэффициент удовлетворителен для большинства промышленное применение, но может быть доработан для специального применения, например, когда система должна работать от ограниченного источника питания, что встречается в таких разнообразных приложениях, как самолеты и морские нефтяные платформы.
Поскольку пиковая скорость двигателя зависит от напряжения питания, необходимо учитывать периоды низкого напряжения. Как правило, привод имеет такие размеры, чтобы он мог работать на максимальной скорости при 80% от номинального напряжения питания. Если система питается от источника питания, уязвимого к перебоям в подаче электроэнергии или отключению электроэнергии, необходимо будет принять значительные меры предосторожности, чтобы гарантировать, что привод, его контроллер и нагрузка защищены от повреждений; это особенно актуально для микропроцессорных систем, которые, при неправильной настройке, могут блокироваться или перезагружаться без предупреждения, приводящий к возможной катастрофической ситуации.
Там, где важны характеристики ускорения, к отраженной инерции нагрузки необходимо добавить инерцию двигателя и определить крутящий момент, необходимый для ускорения этой общей инерции с требуемой скоростью. A комбинация двигателя и привода потребуется максимальная мощность крутящего момента, по крайней мере, в 1,5-2 раза превышающая это значение, чтобы обеспечить достаточную мощность крутящего момента.
Максимальный крутящий момент комбинации двигатель-привод должен превышать, с безопасным запасом не менее чем на 15%, сумму расчетного момента трения плюс момент ускорения плюс любая постоянная нагрузка крутящего момента, присутствующая во время ускорения. Если это невозможно, потребуется другой двигатель или передаточное число.
На станках с очень высокой производительностью приводы с автоматической настройкой последнего поколения могут очень эффективно компенсировать резонансы и вибрацию станка, поддерживая точную работу даже на очень высоких скоростях. Электромагнитная совместимость оказывает значительное влияние на проектирование и применение системы.
Механические требования к двигателю должны быть определены на ранней стадии процедуры определения размеров и выбора. Часто упускаемые из виду элементы включают любые ограничения по размерам и ориентации, вытекающие из механической конструкции.
Если их удастся выявить на ранней стадии, это может предотвратить неудовлетворительную производительность после установки оборудования. В частности, если двигатель установлен в вертикальном положении, может потребоваться специальная прокладка или предварительные нагрузки на подшипник.
При определении требований к приводу моменты трения, пожалуй, являются наиболее сложным аспектом процедура определения размеров двигателя.
В случае вращающегося вала наиболее широко используемым методом опоры является подшипник. Доступно множество различных типов, из которых наиболее распространенными являются роликовые и шарикоподшипниковые подшипники.
Обычная зубчатая передача состоит из двух или более зубчатых колес для изменения угловой скорости и крутящего момента между входным и выходным валами. Коробки передач являются важным инструментом для управления инерцией. Коробка передач уменьшает инерцию на квадрат передаточного отношения. Компромисс заключается в том, что коробки передач также снижают скорость двигателя. Большинство серводвигателей работают со скоростью от 2000 до 6000 об / мин, что позволяет им работать с полезной скоростью даже при использовании с коробкой передач с высоким передаточным отношением.
Цилиндрические или винтовые зубчатые колеса обычно используются в обычных зубчатых передачах. Цилиндрическое зубчатое колесо обладает преимуществом создания минимального осевого усилия, что уменьшает проблему любого перемещения подшипников зубчатого колеса.
Винтовые зубчатые колеса широко используются в роботизированных системах, поскольку они обеспечивают более высокое передаточное отношение по сравнению с цилиндрическими зубчатыми колесами при том же передаточном числе изменения скорости, при этом недостатком является осевая нагрузка на зубчатую передачу.
Ограничивающими факторами в зубчатой передаче являются жесткость зубьев шестерни, которую можно увеличить, выбрав зубчатое колесо наибольшего диаметра, подходящее для конкретного применения, вместе с минимизацией люфта или потери хода между отдельными шестернями.
В ходовом винте существует прямой контакт между винтом и гайкой, что приводит к относительно высокому трению и, следовательно, к неэффективному приводу. Для прецизионных применений используются шариковые винты из-за их низкого трения и, следовательно, хорошей динамической характеристики.
Шариковый винт в принципе идентичен ходовому винту, но мощность передается на гайку через линейные шарикоподшипники, расположенные в резьбе гайки.
Использование зубчатого ремня или цепной передачи является эффективным методом передачи мощности между двигателем и нагрузкой при сохранении синхронности
При применении линейного привода те же процедуры, которые были применены к свинцу и шариковому винту, могут быть применены к ременной передаче.
Очень хорошую справку о размерах двигателя можно найти в Интернете по адресу:
