Engrenagem em projetos de controle de movimento

Quais são as vantagens de usar um redutor?

As estimativas dizem que apenas cerca de um terço dos sistemas de controle de movimento em serviço usam engrenagens, embora haja boas razões para fazê-lo. Por exemplo, quando seu sistema de controle de movimento deve funcionar a 1.000 rpm ou menos, o uso de um redutor é vantajoso. Também é aconselhável usar engrenagens ao projetar sistemas com restrições de tamanho. Emparelhar um redutor com seu servo motor ou usar um motorredutor integrado pode permitir que você empregue um motor menor, reduzindo assim o tamanho do sistema.
As vantagens de usar um redutor com seu servo em um sistema de controle de movimento incluem:

• Multiplicação de torque. Os redutores podem fornecer uma vantagem mecânica quando montados no eixo de saída do motor. Isso ocorre porque o número de engrenagens e dentes em cada engrenagem fornece uma vantagem mecânica definida por uma relação. Digamos que um motor pode gerar 100 pol.-lbs de torque e um redutor de proporção 5:1 está conectado. Dependendo da eficiência do redutor, o torque resultante será próximo a 500 pol-lbs. O uso de um redutor gera uma saída de torque mais alta em um envelope menor.
• Redução de RPM. Os redutores são freqüentemente chamados de redutores de engrenagem porque aumentam a saída de torque enquanto diminuem a rotação do motor. Por exemplo, quando um motor está funcionando a 1.000 rpm e um redutor de proporção 5:1 está conectado, a velocidade na saída é de 200 rpm. Essa redução de velocidade pode melhorar a eficiência geral do sistema. Em um exemplo recente, um mecanismo de moagem de pedra exigia que o motor funcionasse a 15 rpm. A baixa velocidade dificultou o giro do rebolo porque o motor tendia a travar. Aqui, o uso de um redutor de 100:1 fez com que o motor funcionasse a 1.500 rpm, proporcionando uma rotação suave e contínua.
• Correspondência de inércia. Nos últimos quinze anos, os fabricantes de servomotores introduziram materiais leves, enrolamentos de cobre densos e ímãs de alta energia. Os servomotores estão, portanto, gerando mais torque em relação ao tamanho do chassi do que no passado, resultando em maiores incompatibilidades inerciais entre os servomotores e as cargas que eles controlam.

Lembre-se de que a inércia é uma medida da resistência de um objeto a qualquer mudança em seu movimento e é uma função da forma e da massa do objeto. Quanto maior a inércia de um objeto, maior a quantidade de torque necessária para acelerá-lo ou desacelerá-lo.
Quando a inércia da carga é muito maior do que a inércia do motor, pode causar overshoot excessivo ou aumentar os tempos de acomodação. Ambas as condições diminuem o rendimento da linha de produção.
Por outro lado, quando a inércia do motor é 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 você está pagando mais por um motor maior do que o necessário e o aumento do consumo de energia significa maiores custos operacionais. A solução é usar um redutor para casar a inércia do motor com a inércia da carga. A escolha do redutor apropriado permite que você use um motor menor, bem como desenvolva um sistema mais responsivo.

Ajudar a reduzir o custo do sistema

O resultado é que a multiplicação de torque, a redução de rpm e a correspondência de inércia ajudam a reduzir o custo do sistema porque o uso de um redutor permite o uso de um motor e inversor de tamanho menor.
Por exemplo, digamos que uma aplicação exija 200 in-lbs de torque a uma velocidade de 300 rpm. Para acionar a carga apenas com um servo motor (com atributos de desempenho padrão encontrados na indústria), é necessário um servo motor com tamanho de carcaça de 142 mm e um drive que possa fornecer 30 A contínuos. O sistema custa cerca de US$ 6.000. Mas usar um redutor para a aplicação permite que você use um servo motor de 90 mm e um acionamento correspondentemente menor.