Odabirom aservo motorbaziran samo na snazi motora jedan je od najlakših načina da napravite loš izbor.
Mašina može biti označena kao da zahtijeva servo motor od 750 W, 1 kW ili 2 kW, ali sama snaga vam ne govori može li motor stvarno ubrzati opterećenje, održati brzinu ili precizno zaustaviti.
Korisnije pitanje je:
Koliki obrtni moment zaista zahteva aplikaciju?
Za servo motor, obrtni moment određuje da li motor može pomjeriti teret, ubrzati ga unutar potrebnog vremena i podnijeti promjene radnih uvjeta bez preopterećenja.
Ovaj vodič objašnjava praktičan način izračunavanja zahtjeva za momentom servo motora prije odabira motora. Takođe pokriva nekoliko faktora koji se često zanemaruju, uključujući inerciju opterećenja, vršni obrtni moment, efikasnost prenosa, vertikalna opterećenja, vreme ubrzanja i radni ciklus.
Zašto je obrtni moment servo motora važniji od same snage
Snaga motora i obrtni moment su povezani, ali opisuju različite aspekte performansi motora.
Snaga vam govori koliko mehaničkog rada motor može isporučiti tokom vremena.
Moment vam govori koliko rotacijske sile motor može proizvesti.
Mašina kojoj je potreban veliki obrtni moment pri relativno maloj brzini može zahtevati veoma drugačiji motor od mašine kojoj je potrebna velika brzina sa relativno malim opterećenjem.
Na primjer, razmotrite dvije mašine:
Mašina A
Potreban obrtni moment: 10 N·m
Radna brzina: 500 RPM
Mašina B
Potreban obrtni moment: 10 N·m
Radna brzina: 3.000 RPM
Zahtev za obrtnim momentom je identičan, ali mašina B zahteva mnogo više mehaničke snage jer radi na mnogo većoj brzini.
Zbog toga bi odabir servo motora trebao početi sa stvarnim zahtjevima kretanja, a ne jednostavnim odabirom motora na osnovu snage.
Osnovni proračun obrtnog momenta servo motora
Najjednostavniji odnos momenta je:
U pravoj industrijskoj mašini, međutim, potreban obrtni moment motora retko je samo obrtni moment koji stvara opterećenje.
Praktičniji proračun uzima u obzir nekoliko komponenti:
Potreban obrtni moment motora=Obrtni moment opterećenja + obrtni moment ubrzanja + obrtni moment trenja + obrtni moment gravitacije + gubici u prenosu
Ne zahtijeva svaka aplikacija sve ove uslove.
Na primjer, horizontalni transporter može imati značajan moment trenja i ubrzanja, ali relativno mali obrtni moment{0}}vezan za gravitaciju.
Vertikalna osa podizanja, s druge strane, može imati značajnu komponentu momenta gravitacije.
Korak 1: Identificirajte što se motor zapravo kreće
Prije izračuna momenta, identificirajte kompletno mehaničko opterećenje povezano na motor.
Ovo može uključivati:
- Transportna traka
- Roller
- Remenica
- Screw
- Gear
- Rotacioni sto
- Robot ruka
- Fan
- Pumpa
- Alat za rezanje
- Materijal koji se transportuje
Nemojte izračunavati obrtni moment samo na osnovu težine proizvoda.
Motor također može morati ubrzati same mehaničke komponente.
Na primjer, transportni sistem može pomicati proizvod od 50 kg, ali motor također može morati ubrzati traku, valjke, remenice i druge rotirajuće komponente.
Korak 2: Izračunajte moment opterećenja
Za jednostavno rotirajuće opterećenje, potrebni obrtni moment zavisi od sile koja deluje na sistem i efektivnog radijusa.
Na primjer, ako remenica treba da stvori određenu tangencijalnu silu, potrebni obrtni moment se povećava kako se radijus remenice povećava.
Ovo je važna tačka pri odabiru motora.
Relativno mala sila primijenjena kroz veliki radijus može zahtijevati značajan obrtni moment.
Prilikom izračunavanja opterećenja, identificirajte:
- Potrebna linearna sila
- Prečnik remenice ili bubnja
- Screw lead
- Omjer prijenosa
- Mehanička efikasnost
Stvarna mehanička konfiguracija često ima veći utjecaj na zahtjeve za okretnim momentom 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 da održava kretanje tereta.
Također treba promijeniti brzinu opterećenja.
Što je brže potrebno ubrzanje, veći je moment ubrzanja.
Moment ubrzanja je povezan sa:
- Inercija opterećenja
- Inercija motora
- Potrebno ubrzanje
- Omjer prijenosa
Za rotirajući sistem, moment ubrzanja može se konceptualno predstaviti kao:
Obrtni moment ubrzanja=Ukupna inercija × Kutno ubrzanje
To je razlog zašto veliki rotacioni sto može zahtijevati mnogo veći servo motor nego što bi njegovo stabilno{0}}opterećenje sugeriralo.
Stroj može zahtijevati samo skroman obrtni moment dok se rotira konstantnom brzinom, ali može biti potrebna velika količina obrtnog momenta da bi se stol ubrzao od nule do radne brzine.
Zašto je vrijeme ubrzanja važno
Uzmite u obzir dvije mašine koje obje trebaju postići 2000 o/min.
Mašina A
Vrijeme ubrzanja: 5 sekundi
Mašina B
Vrijeme ubrzanja: 0,5 sekundi
Druga mašina treba da postigne istu brzinu deset puta brže.
Pod pretpostavkom da opterećenje i drugi uvjeti ostanu isti, potrebni moment ubrzanja može biti znatno veći.
Zbog toga dobavljači moraju znati ne samo maksimalnu brzinu, već i:
- Startna brzina
- Ciljna brzina
- Vrijeme ubrzanja
- Vrijeme usporavanja
Za{0}}automatizaciju velike brzine, zahtjevi za ubrzanjem mogu postati odlučujući faktor u odabiru motora.
Korak 4: Uzmite u obzir moment trenja
Pravi mehanički sistemi uvek imaju određeni stepen trenja.
Izvori mogu uključivati:
- Ležajevi
- Seals
- Mjenjači
- Pojasevi
- Linearne vodilice
- Lanci
- Vijčani mehanizmi
Trenje može biti relativno malo u dobro-dizajniranoj mašini, ali se ne smije zanemariti.
Trenje se također može povećati kako se komponente troše ili mijenjaju uvjeti podmazivanja.
Za kritične industrijske primjene, proračun treba uzeti u obzir očekivano najgore-trenje, a ne samo idealno stanje nove mašine.
Korak 5: Izračunajte moment gravitacije za vertikalne primjene
Vertikalno kretanje zahtijeva posebnu pažnju.
Kada servo motor podiže teret, motor mora raditi protiv gravitacije.
To znači da vertikalna os može zahtijevati značajan obrtni moment čak i kada se kreće sporo.
Tipični primjeri uključuju:
- Sistemi Z{0}}ose
- Podizne platforme
- Dizalice
- Robotski vertikalni zglobovi
- Automatski sistemi skladištenja
- Vertikalni transporteri
Za ove primjene izračunajte moment potreban za držanje i pomicanje tereta.
Također biste trebali odrediti da li sistem zahtijeva akočnica za zadržavanje.
Kočnica može pomoći da se spriječi neželjeno pomicanje kada se isključi struja, ali kompletan sigurnosni dizajn stroja treba odrediti kako se teret bezbedno drži.
Korak 6: Uključite efikasnost mehaničkog prijenosa
Vrlo malo servo motora se povezuje direktno na opterećenje.
Većina industrijskih sistema koristi neki oblik prijenosa:
- Mjenjač
- Pojas
- Remenica
- Lanac
- Kuglični vijak
- Planetarni mjenjač
- Harmonic drive
Svaki prijenos donosi neki mehanički gubitak.
Na primjer, ako je efikasnost prijenosa 90%, motor treba proizvesti više okretnog momenta nego što je potrebno samo opterećenje.
Zanemarivanje gubitaka u prijenosu može rezultirati motorom koji izgleda adekvatno na papiru, ali se bori tokom stvarnog rada.
Korak 7: Razumjeti učinak prijenosnog omjera
Mjenjač može značajno promijeniti zahtjeve okretnog momenta i brzine koje vidi motor.
Pretpostavimo da mašina zahtijeva veliki izlazni moment pri relativno maloj brzini.
Mjenjač može smanjiti brzinu motora uz povećanje izlaznog momenta.
Ovo može omogućiti manjem servo motoru veće brzine-da pokreće mnogo veće opterećenje.
Međutim, mjenjač također uvodi:
- Gubici efikasnosti
- Backlash
- Dodatna inercija
- Mehanička složenost
- Dodatni trošak
Za precizne primjene, zazor mjenjača treba uključiti kada se procjenjuje konačni učinak pozicioniranja.
Kontinuirani obrtni moment u odnosu na vršni obrtni moment
Nakon izračunavanja osnovnog zahtjeva za obrtnim momentom, morate razlikovati kontinuirani i vršni moment.
Ovo je bitno za odabir servo motora.
Kontinuirani obrtni moment
Kontinuirani obrtni moment je obrtni moment potreban tokom normalnog rada.
Na primjer, transporter može kontinuirano zahtijevati 4 N·m dok radi svojom normalnom brzinom proizvodnje.
Odabrani motor bi trebao biti sposoban da isporuči ovaj moment bez pretjeranog porasta temperature.
Peak Torque
Maksimalni obrtni moment je potreban za kratke periode.
- Primjeri uključuju:
- Brzo ubrzanje
- Brzo usporavanje
- Pokretanje velikog opterećenja
- Nagle promjene opterećenja
- Česta vožnja unazad
- Stoga mašina može imati:
- Neprekidni zahtjevi zakretnog momenta: 4 N·m
- Potreban vršni moment: 9 N·m
U ovom slučaju, odabir motora zasnovanog samo na 4 N·m kontinuiranog zahtjeva može biti greška.
Motor i pogon takođe moraju biti u stanju da izdrže vršni zahtev od 9 N·m tokom potrebnog trajanja.
Nemojte birati servo motor na osnovu prosječnog okretnog momenta
Prosječni obrtni moment može biti koristan za razumijevanje cjelokupnog radnog ciklusa, ali ne govori cijelu priču.
Zamislite mašinu sa sledećim ciklusom:
- Ubrzajte brzo
- Trčite konstantnom brzinom
- Brzo usporite
- Stani
- Obrnuto
- Ponovi
- Prosječan obrtni moment može izgledati razumno.
Međutim, motor i dalje može doživjeti preopterećenje tijekom ubrzanja ili usporavanja.
Za odabir servo motora, prvo treba identificirati najgoru radnu točku.
Zatim procijenite cijeli ciklus rada i toplinske zahtjeve.
Kako inercija opterećenja mijenja zahtjeve obrtnog momenta servo motora
Inercija opterećenja je jedan od najvažnijih faktora u dimenzioniranju servo uređaja.
Težak predmet ne mora nužno imati visoku inerciju rotacije.
Ono što je bitno je kako je masa raspoređena u odnosu na os rotacije.
Veliki valjak s velikim dijelom svoje mase blizu vanjskog prečnika može imati znatno veću inerciju od kompaktne komponente iste mase.
Visoka inercija može dovesti do:
- Veći obrtni moment ubrzanja
- Duže vrijeme taloženja
- Overshoot
- Vibracije
- Problemi sa pozicioniranjem
Za primjene koje uključuju velike rotirajuće komponente, inerciju treba izračunati umjesto da se procjenjuje jednostavno iz težine.
Šta je sa obrtnim momentom servo motora pri velikoj brzini?
Česta greška je pretpostavka da nazivni moment motora ostaje dostupan pri svakoj brzini.
To ne mora nužno funkcionirati na taj način.
Servo motori imaju karakteristike obrtnog momenta{0}}brzine.
Kako se radna brzina povećava, raspoloživi obrtni moment se može eventualno smanjiti.
Stoga, trebali biste provjeriti:
Kontinuirani obrtni moment pri radnoj brzini
Maksimalni obrtni moment pri radnoj brzini
Maksimalna brzina
Potrebno ubrzanje pri radnoj brzini
Na primjer, ako vaša aplikacija zahtijeva 8 N·m pri 3000 o/min, nije dovoljno znati da motor ima nominalni obrtni moment od 8 N·m.
Morate potvrditi da motor zaista može pružiti potrebni obrtni moment pri 3000 o/min.
Kako izbjeći preveliku veličinu servo motora
Neki kupci namjerno biraju mnogo veći motor jer vjeruju da je "više okretnog momenta sigurnije".
Takav pristup može stvoriti nove probleme.
Predimenzioniranservo motormože rezultirati:
- Veći trošak motora
- Veći servo pogon
- Veća inercija sistema
- Veće fizičke dimenzije
- Povećana potrošnja energije
- Teža mehanička integracija
Veći motor je koristan samo ako mašina zaista može imati koristi od svog dodatnog kapaciteta.
Cilj bi trebao biti obezbjeđivanje dovoljnog obrtnog momenta i razumnog rezervnog kapaciteta-a ne maksimalnog mogućeg obrtnog momenta.
Kako izbjeći manju veličinu servo motora
Smanjenje veličine je obično problematičnije.
Motor koji radi previše blizu svojih granica može doživjeti:
- Alarmi preopterećenja
- Previsoka temperatura
- Loše ubrzanje
- Smanjen vijek trajanja
- Nestabilnost pozicioniranja
Motor treba procijeniti u odnosu na najgore očekivano radno stanje.
Obratite posebnu pažnju na:
- Maksimalno opterećenje
- Maksimalno ubrzanje
- Maksimalna brzina
- Uvjeti-visokog trenja
- Česta vožnja unazad
- Dugi radni ciklusi
Praktični primjer izračuna obrtnog momenta servo motora
Razmotrimo pojednostavljenu rotirajuću primjenu.
Mašina zahteva:
- Neprekidni moment opterećenja: 5 N·m
- Moment ubrzanja: 3 N·m
- Moment trenja: 1 N·m
- Efikasnost prenosa: 90%
Približni obrtni moment prije razmatranja drugih faktora dizajna bio bi zbir zahtjeva za opterećenje, ubrzanje i trenje, prilagođen za gubitke u prijenosu.
Važna lekcija nije konačan broj.
Važna lekcija je da je potreban obrtni moment motora retko jednak momentu opterećenja.
Ako izračunate samo opterećenje-stacionarnog stanja, možete podcijeniti veličinu motora potrebnu za ubrzanje.
Za stvarnu mašinu, proračun bi trebao biti izveden koristeći kompletan profil kretanja i najgore očekivane uslove.
Kako odabrati servo motor nakon izračunavanja obrtnog momenta
Nakon što je zahtjev za okretnim momentom izračunat, nemojte odmah odabrati motor.
Trebali biste uporediti izračunati zahtjev sa motorom:
- Kontinuirani obrtni moment
- Maksimalni obrtni moment
- Nazivna brzina
- Maksimalna brzina
- Kriva obrtnog momenta{0}}brzine
- Inercija rotora
- Encoder
- Kompatibilnost pogona
- Termičke karakteristike
Motor treba da zadovolji i mehaničke i električne zahtjeve.
Motor sa dovoljnim obrtnim momentom, ali nedovoljnom brzinom nije prikladan.
Motor s dovoljnom brzinom, ali neadekvatnim vršnim momentom također nije prikladan.
Obrtni moment je samo jedan dio odabira servo motora
Iako je obrtni moment kritičan, ne treba ga procjenjivati nezavisno.
Također biste trebali uzeti u obzir:
Brzina
Može li motor osigurati potreban obrtni moment pri potrebnom broju okretaja?
Preciznost
Može li kompletan sistem postići potrebnu tačnost pozicioniranja i ponovljivost?
Inercija
Može li motor efikasno kontrolirati priključeno opterećenje?
Duty Cycle
Može li motor podnijeti stvarno ubrzanje, usporavanje i radni ciklus bez pretjeranog zagrijavanja?
Životna sredina
Može li motor pouzdano raditi pod stvarnim uvjetima temperature, prašine, vlage i vibracija?
Ovi faktori određuju da li će motor raditi pouzdano nakon instalacije.
Kada biste trebali razmisliti o servo motoru visokog obrtnog momenta?
Servo motor visokog obrtnog momenta može biti prikladan za aplikacije koje uključuju:
- Teška opterećenja
- Veliki rotacioni stolovi
- Visoko{0}}inercijski mehanizmi
- Vertikalno podizanje
- Brzo ubrzanje
- Česta vožnja unazad
- Robotika{0}}za teške uslove rada
- Oprema za rukovanje materijalom
Međutim, veliki obrtni moment ne znači automatski i bolje performanse.
Motor treba odabrati prema stvarnom opterećenju i profilu kretanja.
Koje informacije trebate dati svom dobavljaču servo motora?
Ako želite tačnu preporuku motora, navedite više informacija od samo "Treba mi servo motor od 2 kW."
U idealnom slučaju, obezbedite:
Mehaničke informacije
- Težina opterećenja
- Inercija opterećenja
- Prečnik remenice
- Screw lead
- Omjer prijenosa
- Vrsta prijenosa
- Mehanička efikasnost
Zahtjevi za kretanje
- Kontinuirana brzina
- Maksimalna brzina
- Vrijeme ubrzanja
- Vrijeme usporavanja
- Vrijeme ciklusa
- Reverzna frekvencija
Zahtjevi zakretnog momenta
- Neprekidni moment opterećenja
- Maksimalni obrtni moment
- Zadržavanje obrtnog momenta
- Početni moment
Električni zahtjevi
- Dostupan napon
- Kontroler
- Servo pogon
- Zahtjevi kodera
Životna sredina
- Temperatura okoline
- Prašina
- Vlažnost
- Vibracije
- Uslovi ugradnje
Što su informacije potpunije, točnije se može odabrati motor.
Kako Auric pomaže pri odabiru servo motora
Za OEM proizvođače, izračunavanje momenta servo motora je samo prvi korak.
Konačni motor treba da odgovara mehaničkoj strukturi mašine, električnoj arhitekturi, upravljačkom sistemu i proizvodnom ciklusu.
Auric nudi rješenja za servo motore za industrijsku automatizaciju, OEM strojeve, robotiku, rukovanje materijalom, opremu za pakovanje i druge aplikacije za kontrolu pokreta.
Umjesto odabira motora samo na osnovu nazivne snage, Auric može procijeniti zahtjeve primjene kao što su:
- Kontinuirani obrtni moment
- Maksimalni obrtni moment
- Radna brzina
- Ubrzanje
- Inercija opterećenja
- Radni ciklus
- Konfiguracija enkodera
- Napon motora
- Montažne dimenzije
- Konfiguracija osovine
- Zahtjevi kočnice
- Kompatibilnost servo pogona
Za OEM aplikacije, prilagođene konfiguracije motora se također mogu uzeti u obzir kada standardni motor iz kataloga ne odgovara stroju.
Ovaj pristup{0}}baziran na aplikaciji pomaže u smanjenju rizika od odabira motora koji je premali ili nepotrebno prevelik.
Kontrolna lista za izračunavanje obrtnog momenta servo motora
Prije nego što odaberete motor, provjerite da li znate:
- Neprekidni moment opterećenja
- Maksimalni obrtni moment
- Obrtni moment ubrzanja
- Obrtni moment trenja
- Gravitacijski moment, ako je primjenjiv
- Inercija opterećenja
- Omjer prijenosa
- Efikasnost prenosa
- Normalna radna brzina
- Maksimalna brzina
- Vrijeme ubrzanja
- Vrijeme usporavanja
- Radni ciklus
- Potrebna tačnost pozicioniranja
- Dostupno napajanje
Ako je nekoliko od ovih vrijednosti nepoznato, bolje je raditi s dobavljačem motora prije naručivanja, a ne odabrati motor samo na osnovu snage.
Često postavljana pitanja
Final Thoughts
Izračunavanje zahtjeva za momentom servo motora nije samo stvar gledanja na težinu tereta.
Pouzdan proračun treba uzeti u obzir cijeli sistem kretanja:
Opterećenje + Ubrzanje + Trenje + Gravitacija + Transmisija + Inercija + Radni ciklus
Motor takođe treba da obezbedi potrebni obrtni moment pri potrebnoj brzini, a ne samo da zadovolji ocjenu obrtnog momenta navedenu na stranici kataloga.
Iz tog razloga, najboljiservo motorproces odabira počinje sa stvarnim radnim uslovima mašine.
Izračunajte kontinuirani moment.
Izračunajte vršni moment.
Provjerite ubrzanje.
Procijenite inerciju opterećenja.
Uzmite u obzir gubitke u prijenosu.
Zatim uporedite ove zahtjeve sa karakteristikama obrtnog momenta{0}}brzine motora i kompatibilnošću pogona.
Za industrijske OEM proizvođače, pružanje ovih detalja profesionalnom dobavljaču kao što jeAuricmože učiniti odabir motora mnogo preciznijim i pomoći da se izbjegnu dva najčešća problema u servo aplikacijama: odabir motora koji je premali ili plaćanje za onaj koji je nepotrebno velik.
