Emparejamiento de cabezales de engranajes con servomotores

Emparejamiento de cabezales de engranajes con servomotores

Los diseñadores de máquinas recurren cada vez más a los reductores para aprovechar los últimos avances en tecnología de servomotores. Esencialmente, un reductor convierte la energía de alta velocidad y bajo torque en una salida de baja velocidad y alto torque. Un servomotor proporciona un posicionamiento muy preciso de su eje de salida. Cuando se combinan cabezales de engranajes con servomotores, mejoran las fortalezas de cada uno, proporcionando un movimiento controlado que es preciso, robusto y confiable.
A medida que la tecnología de servo ha evolucionado, con fabricantes que producen motores más pequeños pero más potentes, los cabezales de engranajes se vuelven cada vez más esenciales socios en el control de movimiento. Encontrar el emparejamiento óptimo debe tener en cuenta muchas consideraciones de ingeniería. Antes de abordarlos, aquí hay una breve revisión de los conceptos básicos de Gearhead.

Conceptos básicos de engranajes

Entonces, ¿cómo hace un reductor para proporcionar la potencia requerida por las aplicaciones más exigentes de la actualidad? Bueno, todo eso se remonta a los conceptos básicos de los engranajes y su capacidad para cambiar la magnitud o la dirección de una fuerza aplicada.

Gearheads puede lograr esto de diferentes maneras:

Multiplicación de par. Los engranajes y el número de dientes de cada engranaje crean una relación. Si un motor puede generar 20 in-lbs. de torque, y se conecta un reductor de relación 10:1 a su salida, el torque resultante será cercano a 200 in-lbs. Con el énfasis continuo en el desarrollo de huellas más pequeñas para los motores y el equipo que impulsan, la capacidad de emparejar un motor más pequeño con un reductor para lograr la salida de par deseada es invaluable.

Un motor puede tener una potencia nominal de 2000 rpm, pero es posible que su aplicación no lo requiera. Es posible que tratar de hacer funcionar el motor a 50 rpm no sea óptimo según lo siguiente:

Si está funcionando a una velocidad muy baja, como 50 rpm, y la resolución de retroalimentación de su motor no es lo suficientemente alta, la tasa de actualización de la unidad electrónica puede causar que una ondulación de velocidad tenga un conteo medible cada 0,357 grados de rotación del eje. . Si la unidad electrónica que está utilizando para controlar el motor tiene un bucle de velocidad de 0,125 milisegundos, buscará ese recuento medible cada 0,0375 grados de

rotación del eje a 50 rpm (300 grados/seg). Cuando no vea ese conteo, acelerará la rotación del motor para encontrarlo. A la velocidad a la que encuentra el siguiente conteo medible, las rpm serán demasiado rápidas para la aplicación y luego el variador reducirá las rpm del motor a 50 rpm y luego todo el proceso comenzará de nuevo

otra vez. Este aumento y disminución constantes de las RPM provocan una ondulación de la velocidad en una aplicación.

• Un servomotor que funciona a bajas revoluciones funciona de manera ineficiente. Las corrientes de Foucault son bucles de corriente eléctrica inducida dentro del motor durante el funcionamiento. Las corrientes de Foucault producen una fuerza de arrastre dentro del motor y tienen un mayor impacto negativo en el rendimiento del motor a RPM más bajas.

• Es posible que los parámetros de un motor estándar no sean adecuados para funcionar a bajas revoluciones. Cuando una aplicación hace funcionar el motor antes mencionado a 50 rpm, no está usando todas sus rpm disponibles. Debido a que la constante de voltaje (V/Krpm) del motor está configurada para rpm más altas, la constante de torque (Nm/amp), que está directamente relacionada con ella, es más baja de lo que debe ser. Como resultado, la aplicación requiere más corriente para impulsarla que si la aplicación tuviera un motor diseñado específicamente para 50 rpm. La relación de un reductor reduce las rpm del motor, razón por la cual los reductores a veces se denominan reductores de engranajes. Usando un reductor con una relación de 40:1, las rpm del motor a la entrada del reductor serán 2000 rpm y las rpm a la salida del reductor serán 50 rpm. Operar el motor a rpm más altas le permitirá evitar las preocupaciones mencionadas en los puntos 1 y 2. El punto 3 permite que el diseño utilice menos torsión y corriente del motor en función de la ventaja mecánica del reductor.

Como ejemplo, considere a una persona que anda en bicicleta, con la persona actuando como motor. Si esa persona trata de montar esa bicicleta en una colina empinada en una marcha diseñada para bajas revoluciones, tendrá dificultades como

intentan mantener el equilibrio y alcanzar un régimen de revoluciones que les permita subir la colina. Sin embargo, si cambian las marchas de la bicicleta a una velocidad que producirá mayores rpm, el ciclista tendrá

un tiempo mucho más fácil. Se puede aplicar una fuerza constante proporcionando una rotación suave. La misma lógica se aplica a las aplicaciones industriales que requieren velocidades más bajas manteniendo el par necesario.

• Coincidencia de inercia . Los servomotores actuales generan más par en relación con el tamaño del bastidor debido a los devanados de cobre denso, los materiales livianos y los imanes de alta energía.

Esto crea desajustes de inercia entre los servomotores y las cargas que intentan mover. El uso de un reductor para adaptar mejor la inercia del motor a la inercia de la carga permite el uso de un motor más pequeño, lo que da como resultado un sistema con mayor capacidad de respuesta y más fácil de ajustar. Nuevamente, esto se logra a través de la relación del reductor, donde la inercia reflejada de la carga al motor se reduce en 1/relación 2.

Recuerde que la inercia es la medida de la resistencia de un objeto a cambiar en su movimiento y su función de masa y forma del objeto. Cuanto mayor sea la inercia de un objeto, más torque se necesita para acelerar o desacelerar el objeto. Esto significa que cuando la inercia de la carga es mucho mayor que la inercia del motor, a veces puede causar un sobreimpulso excesivo o aumentar los tiempos de estabilización. Ambas condiciones pueden disminuir el rendimiento de la línea de producción.

Por otro lado, cuando la inercia del motor es mayor que la inercia de la carga, el motor necesitará más potencia de la que sería necesaria para la aplicación en particular. Esto aumenta los costos porque requiere pagar más por un motor que es más grande de lo necesario y porque el mayor consumo de energía requiere costos operativos más altos. La solución es utilizar un reductor para hacer coincidir la inercia del motor con la inercia de la carga.

Ahorro de costos del sistema

Los reductores permiten usar motores y variadores más pequeños, lo que puede ayudar a reducir el costo de un sistema. Debido a que los servosistemas más pequeños consumen menos amperios, reducen los costos operativos. Los ahorros de energía son mayores cuando las aplicaciones exigen un alto par y baja velocidad porque los servomotores de accionamiento directo deben ser considerablemente más grandes que los servomotores acoplados a reductores.

Los cabezales de engranajes a menudo impulsan mecanismos largos, como sistemas de alimentación de material que mueven longitudes de alambre, madera o metal, donde la alta velocidad no es esencial, pero el alto par y la precisión altamente repetible son críticos. La combinación de cabezales de engranajes con servomotores en este tipo de aplicación puede proporcionar una flexibilidad inigualable con un motor de transmisión directa tradicional. La combinación de servo-reductor costará menos de operar, ocupará menos espacio y proporciona una combinación de inercia para un mejor control de movimiento.