Emparelhamento de redutores com servomotores

Emparelhamento de redutores com servomotores

Os projetistas de máquinas estão recorrendo cada vez mais aos redutores para aproveitar os últimos avanços na tecnologia de servomotores. Essencialmente, um redutor converte energia de alta velocidade e baixo torque em saída de baixa velocidade e alto torque. Um servo motor fornece um posicionamento altamente preciso de seu eixo de saída. Ao emparelhar redutores com servomotores, eles aprimoram os pontos fortes um do outro, fornecendo movimento controlado que é preciso, robusto e confiável.
À medida que a servotecnologia evoluiu, com os fabricantes produzindo motores menores, porém mais potentes, os redutores estão se tornando cada vez mais essenciais parceiros no controle de movimento. Encontrar o emparelhamento ideal deve levar em consideração muitas considerações de engenharia. Antes de abordá-los, aqui está uma breve revisão dos fundamentos do redutor.

Noções básicas do redutor

Então, como um redutor fornece a potência exigida pelas aplicações mais exigentes de hoje? Bem, tudo isso remonta ao básico das engrenagens e sua capacidade de alterar a magnitude ou a direção de uma força aplicada.

Os redutores podem fazer isso de algumas maneiras diferentes:

Multiplicação de torque. As engrenagens e o número de dentes em cada engrenagem criam uma relação. Se um motor pode gerar 20 in-lbs. de torque e um redutor de proporção de 10:1 estiver conectado à sua saída, o torque resultante será próximo a 200 pol-lbs. Com a ênfase contínua no desenvolvimento de dimensões menores para motores e equipamentos que eles acionam, a capacidade de emparelhar um motor menor com um redutor para atingir a saída de torque desejada é inestimável.

Um motor pode ser classificado em 2.000 rpm, mas sua aplicação pode não exigir isso. Tentar operar o motor a 50 rpm pode não ser o ideal com base no seguinte;

Se você estiver operando em uma velocidade muito baixa, como 50 rpm, e a resolução do feedback do motor não for alta o suficiente, a taxa de atualização do acionamento eletrônico pode fazer com que uma ondulação de velocidade tenha uma contagem mensurável a cada 0,357 grau de rotação do eixo . Se o drive eletrônico que você está usando para controlar o motor tiver um loop de velocidade de 0,125 milissegundos, ele procurará essa contagem mensurável a cada 0,0375 grau de

rotação do eixo a 50 rpm (300 graus/s). Quando não vê essa contagem, acelerará a rotação do motor para encontrá-la. Na velocidade que encontra a próxima contagem mensurável, o rpm será muito rápido para a aplicação e, em seguida, o inversor diminuirá a rotação do motor de volta para 50 rpm e, em seguida, todo o processo será reiniciado

novamente. Esse aumento e diminuição constantes em RPMs causam ondulação de velocidade em uma aplicação.

• Um servo motor operando em baixa rotação opera de forma ineficiente. As correntes parasitas são loops de corrente elétrica induzida dentro do motor durante a operação. As correntes parasitas produzem uma força de arrasto dentro do motor e têm um impacto negativo maior no desempenho do motor em RPMs mais baixas.

• Os parâmetros de um motor de prateleira podem não ser adequados para operar em baixa rotação. Quando uma aplicação aciona o referido motor a 50 rpm, ela não está utilizando todas as rpm disponíveis. Como a constante de tensão (V/Krpm) do motor é ajustada para uma rotação mais alta, a constante de torque (Nm/amp) — que está diretamente relacionada a ela — é menor do que deveria ser. Como resultado, a aplicação requer mais corrente para acioná-la do que se a aplicação tivesse um motor projetado especificamente para 50 rpm. A relação de um redutor reduz a rotação do motor, razão pela qual os redutores às vezes são chamados de redutores de engrenagem. Utilizando um redutor com relação 40:1, a rotação do motor na entrada do redutor será de 2.000 rpm e a rotação na saída do redutor será de 50 rpm. Operar o motor em rotações mais altas permitirá evitar as preocupações mencionadas nos itens 1 e 2. O item 3 permite que o projeto use menos torque e corrente do motor com base na vantagem mecânica do redutor.

Como exemplo, considere uma pessoa andando de bicicleta, com a pessoa agindo como o motor. Se essa pessoa tentar subir uma colina íngreme com uma marcha projetada para baixa rotação, ela terá dificuldades

eles tentam manter o equilíbrio e atingir uma rotação que lhes permita subir a colina. No entanto, se eles mudarem as marchas da moto para uma velocidade que produza uma rotação mais alta, o motociclista terá

um tempo muito mais fácil. Uma força constante pode ser aplicada com rotação suave sendo fornecida. A mesma lógica se aplica a aplicações industriais que exigem velocidades mais baixas, mantendo o torque necessário.

• Correspondência de inércia . Os servomotores atuais geram mais torque em relação ao tamanho do quadro devido aos densos enrolamentos de cobre, materiais leves e ímãs de alta energia.

Isso cria incompatibilidades inerciais entre os servomotores e as cargas que eles estão tentando mover. O uso de um redutor para combinar melhor a inércia do motor com a inércia da carga permite o uso de um motor menor, resultando em um sistema mais responsivo e mais fácil de ajustar. Novamente, isso é obtido por meio da relação do redutor, onde a inércia refletida da carga para o motor é diminuída em 1/relação2.

Lembre-se de que a inércia é a medida da resistência de um objeto à mudança em seu movimento e sua função da massa e forma do objeto. Quanto maior a inércia de um objeto, mais torque é necessário para acelerar ou desacelerar o objeto. Isso significa que quando a inércia da carga é muito maior que a inércia do motor, às vezes pode causar overshoot excessivo ou aumentar os tempos de acomodação. Ambas as condições podem diminuir o rendimento da linha de produção.

Por outro lado, quando a inércia do motor for maior que a inércia da carga, o motor precisará de mais potência do que o necessário para a aplicação específica. Isso aumenta os custos porque exige pagar mais por um motor maior do que o necessário e porque o aumento do consumo de energia exige custos operacionais mais altos. A solução é usar um redutor para combinar a inércia do motor com a inércia da carga.

Economia de custos do sistema

Os redutores permitem o uso de motores e acionamentos menores, o que pode ajudar a reduzir o custo do sistema. Como os servossistemas menores consomem menos amplificadores, eles reduzem os custos operacionais. A economia de energia é maior quando as aplicações exigem alto torque e baixa velocidade porque os servomotores de acionamento direto precisam ser consideravelmente maiores do que os servomotores acoplados a redutores.

Os redutores geralmente acionam mecanismos longos, como sistemas de alimentação de material que movem comprimentos de arame, madeira ou metal, onde a alta velocidade não é essencial, mas o torque alto e a precisão altamente repetível são críticos. O emparelhamento de redutores com servomotores neste tipo de aplicação pode fornecer flexibilidade incomparável com um motor de acionamento direto tradicional. A combinação servo-engrenagem custará menos para operar, ocupará menos espaço e fornecerá uma correspondência de inércia para melhor controle de movimento.