Odabir aservo motortemelji se samo na snazi motora jedan je od najlakših načina da napravite loš odabir.
Stroj može biti označen kao da zahtijeva servo motor od 750 W, 1 kW ili 2 kW, ali sama snaga vam ne govori može li motor stvarno ubrzati teret, održati brzinu ili se točno zaustaviti.
Korisnije pitanje je:
Koliki zakretni moment stvarno zahtijeva aplikacija?
Za servo motor, okretni moment određuje može li motor pomaknuti teret, ubrzati ga unutar potrebnog vremena i nositi se s promjenama radnih uvjeta bez preopterećenja.
Ovaj vodič objašnjava praktičan način za izračunavanje zahtjeva za momentom servo motora prije odabira motora. Također pokriva nekoliko čimbenika koji se često zanemaruju, uključujući inerciju opterećenja, vršni okretni moment, učinkovitost prijenosa, vertikalna opterećenja, vrijeme ubrzanja i radni ciklus.
Zašto je moment servo motora važniji od same snage
Snaga motora i moment su povezani, ali opisuju različite aspekte performansi motora.
Snaga vam govori koliko mehaničkog rada motor može izvršiti tijekom vremena.
Okretni moment vam govori koliku rotacijsku silu motor može proizvesti.
Stroj koji treba veliki okretni moment pri relativno maloj brzini može zahtijevati sasvim drugačiji motor od stroja kojem je potrebna velika brzina uz relativno malo opterećenje.
Na primjer, razmotrite dva stroja:
Stroj A
Potreban zakretni moment: 10 N·m
Brzina rada: 500 RPM
Stroj B
Potreban zakretni moment: 10 N·m
Brzina rada: 3.000 RPM
Zahtjev za okretnim momentom je identičan, ali Stroj B zahtijeva mnogo više mehaničke snage jer radi puno većom brzinom.
Zbog toga bi odabir servo motora trebao početi sa stvarnim zahtjevima za kretanje, a ne jednostavno birati motor na temelju snage.
Osnovni proračun momenta servo motora
Najjednostavniji odnos momenta je:
U stvarnom industrijskom stroju, međutim, potrebni moment motora rijetko je samo moment koji stvara opterećenje.
Praktičniji izračun uzima u obzir nekoliko komponenti:
Potreban moment motora=moment opterećenja + moment ubrzanja + moment trenja + moment sile teže + gubici prijenosa
Ne zahtijeva svaka aplikacija sve ove uvjete.
Na primjer, horizontalni transporter može imati značajan moment trenja i ubrzanja, ali relativno mali moment povezan s-gravitacijom.
S druge strane, okomita podizna os može imati značajnu komponentu gravitacijskog momenta.
Korak 1: Prepoznajte što se motor zapravo kreće
Prije izračuna okretnog momenta, identificirajte cjelokupno mehaničko opterećenje povezano s motorom.
To može uključivati:
- Pokretna traka
- Valjak
- koloturnik
- Vijak
- oprema
- Rotacijski stol
- Ruka robota
- Ventilator
- Pumpa
- Alat za rezanje
- Materijal koji se prevozi
Nemojte izračunavati zakretni moment samo na temelju težine proizvoda.
Motor će također možda trebati ubrzati same mehaničke komponente.
Na primjer, transportni sustav može pomicati proizvod od 50 kg, ali motor također može trebati ubrzati remen, valjke, remenice i druge rotirajuće komponente.
Korak 2: Izračunajte moment opterećenja
Za jednostavno rotirajuće opterećenje, potrebni zakretni moment ovisi o sili koja djeluje na sustav i efektivnom radijusu.
Na primjer, ako remenica treba generirati određenu tangencijalnu silu, potrebni zakretni moment raste kako se povećava radijus remenice.
Ovo je važna točka pri odabiru motora.
Relativno mala sila koja se primjenjuje kroz veliki radijus može zahtijevati znatan moment.
Prilikom izračunavanja opterećenja odredite:
- Potrebna linearna sila
- Promjer remenice ili bubnja
- Vijčani vod
- Prijenosni omjer
- Mehanička učinkovitost
Stvarna mehanička konfiguracija često ima veći učinak na zahtjeve okretnog momenta nego što sugerira nazivna snaga motora.
Korak 3: Izračunajte moment ubrzanja
Ovo je jedan od najčešće zanemarenih dijelova dimenzioniranja servo motora.
Servo motor ne treba samo održavati teret u kretanju.
Također treba promijeniti brzinu tereta.
Što je brže potrebno ubrzanje, veći je moment ubrzanja.
Moment ubrzanja povezan je sa:
- Inercija opterećenja
- Motorna inercija
- Potrebno ubrzanje
- Prijenosni omjer
Za rotirajući sustav moment ubrzanja može se konceptualno predstaviti kao:
Moment ubrzanja=Ukupna inercija × Kutno ubrzanje
Zbog toga bi veliki rotirajući stol mogao zahtijevati mnogo veći servo motor nego što to sugerira njegovo stalno-opterećenje.
Stroj može zahtijevati samo skroman okretni moment dok se okreće konstantnom brzinom, ali može biti potrebna velika količina okretnog momenta da se stol ubrza od nule do radne brzine.
Zašto je vrijeme ubrzanja važno
Razmotrimo dva stroja koji moraju postići 2000 okretaja u minuti.
Stroj A
Vrijeme ubrzanja: 5 sekundi
Stroj B
Vrijeme ubrzanja: 0,5 sekundi
Drugi stroj treba postići istu brzinu deset puta brže.
Pod pretpostavkom da opterećenje i ostali uvjeti ostaju isti, potrebni moment ubrzanja može biti znatno veći.
Zbog toga dobavljači moraju znati ne samo maksimalnu brzinu, već i:
- Početna brzina
- Ciljana brzina
- Vrijeme ubrzanja
- Vrijeme usporavanja
Za-automatizaciju velike brzine zahtjevi za ubrzanjem mogu postati odlučujući faktor u odabiru motora.
Korak 4: Razmotrite moment trenja
Pravi mehanički sustavi uvijek imaju određeni stupanj trenja.
Izvori mogu uključivati:
- Ležajevi
- Brtve
- Mjenjači
- Pojasevi
- Linearne vodilice
- Lanci
- Vijčani mehanizmi
Trenje može biti relativno malo u dobro-projektiranom stroju, ali ne treba ga zanemariti.
Trenje se također može povećati kako se komponente troše ili mijenjaju uvjeti podmazivanja.
Za kritične industrijske primjene, izračun bi trebao uzeti u obzir očekivani najgori-slučaj trenja, a ne samo idealno stanje novog stroja.
Korak 5: Izračunajte gravitacijski moment za okomite primjene
Okomito kretanje zahtijeva posebnu pozornost.
Kada servo motor podiže teret, motor mora raditi protiv gravitacije.
To znači da okomita os može zahtijevati značajan okretni moment čak i kada se kreće sporo.
Tipični primjeri uključuju:
- Sustavi osi Z-
- Podizne platforme
- Dizalice
- Robotski okomiti spojevi
- Automatizirani skladišni sustavi
- Vertikalni transporteri
Za ove primjene izračunajte okretni moment potreban za držanje i pomicanje tereta.
Također biste trebali utvrditi zahtijeva li sustav azadržavanje kočnice.
Kočnica može spriječiti neželjeno pomicanje kada se napajanje isključi, ali kompletan sigurnosni dizajn stroja trebao bi odrediti kako se teret sigurno drži.
Korak 6: Uključite učinkovitost mehaničkog prijenosa
Vrlo malo servo motora spaja se izravno na opterećenje.
Većina industrijskih sustava koristi neki oblik prijenosa:
- Mjenjač
- Pojas
- koloturnik
- Lanac
- Kuglični vijak
- Planetarni mjenjač
- Harmonijski pogon
Svaki prijenos uvodi određeni mehanički gubitak.
Na primjer, ako je učinkovitost prijenosa 90%, motor mora proizvesti više okretnog momenta nego što samo opterećenje zahtijeva.
Ignoriranje gubitaka u prijenosu može rezultirati motorom koji izgleda primjereno na papiru, ali se muči tijekom stvarnog rada.
Korak 7: Shvatite učinak prijenosnog omjera
Mjenjač može značajno promijeniti zakretni moment i zahtjeve brzine koje vidi motor.
Pretpostavimo da stroj zahtijeva veliki izlazni moment pri relativno maloj brzini.
Mjenjač može smanjiti brzinu motora dok povećava izlazni moment.
To može omogućiti manjem,-brzinskom servo motoru da pokreće mnogo veći teret.
Međutim, mjenjač također predstavlja:
- Gubici učinkovitosti
- Zazor
- Dodatna inercija
- Mehanička složenost
- Dodatni trošak
Za precizne primjene, zračnost mjenjača treba uključiti kada se procjenjuje izvedba konačnog pozicioniranja.
Kontinuirani zakretni moment u odnosu na vršni zakretni moment
Nakon izračuna potrebnog osnovnog zakretnog momenta, potrebno je razlikovati kontinuirani zakretni moment od vršnog zakretnog momenta.
Ovo je bitno za odabir servo motora.
Kontinuirani okretni moment
Kontinuirani zakretni moment je zakretni moment potreban tijekom normalnog rada.
Na primjer, pokretna traka može neprekidno zahtijevati 4 N·m dok radi normalnom proizvodnom brzinom.
Odabrani motor trebao bi biti sposoban isporučiti ovaj moment bez pretjeranog porasta temperature.
Najveći zakretni moment
Za kratka razdoblja potreban je najveći zakretni moment.
- Primjeri uključuju:
- Rapid ubrzanje
- Naglo usporavanje
- Pokretanje velikog opterećenja
- Nagle promjene opterećenja
- Često kretanje unatrag
- Stroj stoga može imati:
- Trajni zakretni moment: 4 N·m
- Zahtjev za najveći zakretni moment: 9 N·m
U ovom slučaju, odabir motora koji se temelji samo na kontinuiranom zahtjevu od 4 N·m mogao bi biti pogreška.
Motor i pogon također moraju biti sposobni podnijeti vršni zahtjev od 9 N·m za traženo trajanje.
Ne birajte servo motor na temelju prosječnog zakretnog momenta
Prosječni okretni moment može biti koristan za razumijevanje ukupnog radnog ciklusa, ali ne govori potpunu priču.
Zamislite stroj sa sljedećim ciklusom:
- Brzo ubrzajte
- Trčite konstantnom brzinom
- Brzo usporite
- Stop
- Obrnuto
- Ponoviti
- Prosječni okretni moment mogao bi izgledati razumno.
Međutim, motor bi ipak mogao doživjeti preopterećenje tijekom ubrzavanja ili usporavanja.
Za odabir servo motora, prvo treba identificirati najlošiju radnu točku.
Zatim procijenite cijeli radni ciklus i toplinske zahtjeve.
Kako inercija opterećenja mijenja zahtjeve za momentom servo motora
Inercija opterećenja jedan je od najvažnijih čimbenika u dimenzioniranju servo uređaja.
Teški predmet ne mora nužno imati veliku rotacijsku inerciju.
Bitno je kako je masa raspoređena u odnosu na os rotacije.
Veliki valjak s velikim dijelom svoje mase blizu vanjskog promjera može imati znatno veću inerciju od kompaktne komponente iste mase.
Visoka inercija može dovesti do:
- Veći moment ubrzanja
- Dulje vrijeme taloženja
- Preletjeti
- Vibracija
- Problemi s pozicioniranjem
Za primjene koje uključuju velike rotirajuće komponente, tromost treba izračunati, a ne procijeniti samo na temelju težine.
Što je s momentom servo motora pri velikoj brzini?
Uobičajena pogreška je pretpostavka da nazivni okretni moment motora ostaje dostupan pri svakoj brzini.
To ne mora nužno tako funkcionirati.
Servo motori imaju karakteristike momenta-brzine.
Kako se radna brzina povećava, raspoloživi zakretni moment može se na kraju smanjiti.
Stoga biste trebali provjeriti:
Kontinuirani moment pri radnoj brzini
Vršni moment pri radnoj brzini
Maksimalna brzina
Potrebno ubrzanje pri radnoj brzini
Na primjer, ako vaša aplikacija zahtijeva 8 N·m pri 3000 okretaja u minuti, nije dovoljno znati da motor ima nazivni okretni moment od 8 N·m.
Morate potvrditi da motor stvarno može pružiti potrebni okretni moment pri 3000 o/min.
Kako izbjeći preveliki servo motor
Neki kupci namjerno biraju puno veći motor jer vjeruju da je "više okretnog momenta sigurnije".
Takav pristup može stvoriti nove probleme.
Prevelikservo motormože rezultirati:
- Veći trošak motora
- Veći servo pogon
- Veća inercija sustava
- Veće fizičke dimenzije
- Povećana potrošnja energije
- Teža mehanička integracija
Veći motor je koristan samo ako stroj stvarno može imati koristi od svog dodatnog kapaciteta.
Cilj bi trebao biti osigurati dovoljan zakretni moment i razuman rezervni kapacitet-a ne najveći mogući zakretni moment.
Kako izbjeći manju veličinu servo motora
Premale veličine obično su problematičnije.
Motor koji radi preblizu svojim granicama može doživjeti:
- Alarmi za preopterećenje
- Pretjerana temperatura
- Slabo ubrzanje
- Smanjeni vijek trajanja
- Nestabilnost pozicioniranja
Motor treba procijeniti u odnosu na najgore očekivane uvjete rada.
Obratite posebnu pozornost na:
- Maksimalno opterećenje
- Maksimalno ubrzanje
- Maksimalna brzina
- Uvjeti visokog-trenja
- Često kretanje unatrag
- Dugi radni ciklusi
Primjer praktičnog izračuna zakretnog momenta servo motora
Razmotrimo pojednostavljenu rotacijsku primjenu.
Stroj zahtijeva:
- Kontinuirani moment opterećenja: 5 N·m
- Moment ubrzanja: 3 N·m
- Moment trenja: 1 N·m
- Učinkovitost prijenosa: 90%
Približni zakretni moment prije razmatranja drugih projektnih čimbenika bio bi zbroj zahtjeva za opterećenjem, ubrzanjem i trenjem, prilagođen gubicima u prijenosu.
Važna lekcija nije konačan broj.
Važna lekcija je da je potreban moment motora rijetko jednak samom momentu opterećenja.
Ako izračunate samo opterećenje-stacionarnog stanja, možete podcijeniti veličinu motora potrebnu za ubrzanje.
Za stvarni stroj, izračun treba izvesti korištenjem kompletnog profila gibanja i najgorih očekivanih uvjeta.
Kako odabrati servo motor nakon izračuna zakretnog momenta
Nakon što se izračuna potreban zakretni moment, nemojte odmah odabrati motor.
Trebali biste usporediti izračunate zahtjeve s motorom:
- Kontinuirani okretni moment
- Najveći okretni moment
- Nazivna brzina
- Maksimalna brzina
- Krivulja-brzine momenta
- Inercija rotora
- Koder
- Kompatibilnost pogona
- Toplinske karakteristike
Motor mora zadovoljiti i mehaničke i električne zahtjeve.
Motor s dovoljnim okretnim momentom, ali nedovoljnom brzinom nije prikladan.
Motor s dovoljnom brzinom, ali neadekvatnim vršnim momentom također nije prikladan.
Zakretni moment samo je jedan dio odabira servo motora
Iako je okretni moment kritičan, ne treba ga neovisno ocjenjivati.
Također biste trebali uzeti u obzir sljedeće:
Ubrzati
Može li motor osigurati potrebni okretni moment pri traženom broju okretaja u minuti?
Točnost
Može li cijeli sustav postići potrebnu točnost i ponovljivost pozicioniranja?
Inercija
Može li motor učinkovito kontrolirati priključeno opterećenje?
Radni ciklus
Može li motor podnijeti stvarno ubrzanje, usporavanje i radni ciklus bez pretjeranog zagrijavanja?
okoliš
Može li motor pouzdano raditi pod stvarnim uvjetima temperature, prašine, vlage i vibracija?
Ovi čimbenici određuju hoće li motor raditi pouzdano nakon instalacije.
Kada biste trebali razmisliti o servo motoru visokog momenta?
Servo motor visokog momenta može biti prikladan za primjene koje uključuju:
- Teška opterećenja
- Veliki rotirajući stolovi
- Mehanizmi visoke-inercije
- Vertikalno podizanje
- Rapid ubrzanje
- Često kretanje unatrag
- Robotika-za teške uvjete rada
- Oprema za rukovanje materijalom
Međutim, veliki okretni moment ne znači automatski bolje performanse.
Motor treba odabrati prema stvarnom opterećenju i profilu gibanja.
Koje informacije trebate dati svom dobavljaču servo motora?
Ako želite točnu preporuku motora, navedite više informacija osim samo "Trebam servo motor od 2 kW."
Idealno, osigurajte:
Mehaničke informacije
- Težina tereta
- Inercija opterećenja
- Promjer remenice
- Vijčani vod
- Prijenosni omjer
- Vrsta prijenosa
- Mehanička učinkovitost
Zahtjevi za kretanje
- Kontinuirana brzina
- Maksimalna brzina
- Vrijeme ubrzanja
- Vrijeme usporavanja
- Vrijeme ciklusa
- Frekvencija preokretanja
Zahtjevi zakretnog momenta
- Kontinuirani moment opterećenja
- Vršni moment opterećenja
- Moment zadržavanja
- Početni moment
Električni zahtjevi
- Raspoloživi napon
- Kontrolor
- Servo pogon
- Zahtjevi za koder
okoliš
- Temperatura okoline
- Prah
- Vlažnost
- Vibracija
- Uvjeti ugradnje
Što su podaci potpuniji, motor se može točnije odabrati.
Kako Auric pomaže pri odabiru servo motora
Za OEM proizvođače, izračun momenta servo motora samo je prvi korak.
Konačni motor mora odgovarati mehaničkoj strukturi stroja, električnoj arhitekturi, sustavu upravljanja i proizvodnom ciklusu.
Auric nudi rješenja za servo motore za industrijsku automatizaciju, OEM strojeve, robotiku, rukovanje materijalima, opremu za pakiranje i druge aplikacije za upravljanje kretanjem.
Umjesto odabira motora samo na temelju nazivne snage, Auric može procijeniti zahtjeve primjene kao što su:
- Kontinuirani okretni moment
- Najveći okretni moment
- Brzina rada
- Ubrzanje
- Inercija opterećenja
- Radni ciklus
- Konfiguracija kodera
- Napon motora
- Montažne dimenzije
- Konfiguracija vratila
- Zahtjevi za kočnice
- Kompatibilnost servo pogona
Za OEM aplikacije, prilagođene konfiguracije motora također se mogu uzeti u obzir kada standardni motor iz kataloga ne odgovara stroju.
Ovaj-pristup temeljen na aplikaciji pomaže u smanjenju rizika od odabira motora koji je premalih ili nepotrebno prevelikih.
Kontrolni popis za izračun momenta servo motora
Prije nego što odaberete svoj motor, provjerite znate li:
- Kontinuirani moment opterećenja
- Vršni moment opterećenja
- Moment ubrzanja
- Moment trenja
- Moment gravitacije, ako je primjenjivo
- Inercija opterećenja
- Prijenosni omjer
- Učinkovitost prijenosa
- Normalna radna brzina
- Maksimalna brzina
- Vrijeme ubrzanja
- Vrijeme usporavanja
- Radni ciklus
- Zahtijevana točnost pozicioniranja
- Dostupno napajanje
Ako je nekoliko od ovih vrijednosti nepoznato, bolje je surađivati s dobavljačem motora prije naručivanja umjesto odabira motora samo na temelju snage.
Često postavljana pitanja
Završne misli
Izračun zahtjeva za okretnim momentom servo motora nije samo stvar gledanja na težinu tereta.
Pouzdan izračun treba uzeti u obzir cijeli sustav kretanja:
Opterećenje + Ubrzanje + Trenje + Gravitacija + Prijenos + Inercija + Radni ciklus
Motor također mora osigurati potrebni zakretni moment pri traženoj brzini, a ne samo zadovoljiti zakretni moment naveden na stranici kataloga.
Iz tog razloga, najboljiservo motorproces odabira počinje stvarnim radnim uvjetima stroja.
Izračunajte kontinuirani zakretni moment.
Izračunajte vršni zakretni moment.
Provjerite ubrzanje.
Procijenite inerciju opterećenja.
Razmotrite gubitke u prijenosu.
Zatim usporedite te zahtjeve s momentom motora-brzinskim karakteristikama i kompatibilnošću pogona.
Za industrijske OEM-e, pružanje ovih pojedinosti profesionalnom dobavljaču kao što jeZlatanmože učiniti odabir motora mnogo preciznijim i pomoći u izbjegavanju dva najčešća problema u servo aplikacijama: odabir motora koji je premalen ili plaćanje za onaj koji je nepotrebno velik.
