Engranajes en diseños de control de movimiento

¿Cuáles son las ventajas de usar un Gearhead?

Las estimaciones dicen que solo alrededor de un tercio de los sistemas de control de movimiento en servicio usan engranajes, aunque hay buenas razones para hacerlo. Por ejemplo, cuando su sistema de control de movimiento debe funcionar a 1000 rpm o menos, el uso de un reductor es ventajoso. También es aconsejable utilizar engranajes al diseñar sistemas que tienen restricciones de tamaño. Emparejar un reductor con su servomotor o usar un motorreductor integrado puede permitirle emplear un motor más pequeño, reduciendo así el tamaño del sistema.
Las ventajas de usar un reductor con su servo en un sistema de control de movimiento incluyen:

• Multiplicación de par. Los cabezales de engranajes pueden proporcionar una ventaja mecánica cuando se montan en el eje de salida del motor. Esto se debe a que la cantidad de engranajes y dientes en cada engranaje brinda una ventaja mecánica definida por una relación. Digamos que un motor puede generar 100 in.-lbs de torque y se adjunta un reductor de relación 5:1. Dependiendo de la eficiencia del reductor, el torque resultante estará cerca de 500 in-lbs. El uso de un reductor genera una salida de par más alta en un sobre más pequeño.
• Reducción de RPM. Los cabezales de engranajes a menudo se denominan reductores de engranajes porque aumentan la salida de par mientras disminuyen las rpm del motor. Por ejemplo, cuando un motor está funcionando a 1000 rpm y se conecta un reductor de relación 5:1, la velocidad de salida es de 200 rpm. Tal reducción de velocidad puede mejorar la eficiencia general del sistema. En un ejemplo reciente, un mecanismo para moler piedras requería que el motor funcionara a 15 rpm. La baja velocidad dificultaba el giro de la muela abrasiva porque el motor tendía a fallar. En este caso, el uso de un reductor de 100:1 hizo que el motor funcionara a 1500 rpm, proporcionando una rotación suave y continua.
• Coincidencia de inercia. En los últimos quince años, los fabricantes de servomotores han introducido materiales livianos, devanados de cobre densos e imanes de alta energía. Por lo tanto, los servomotores generan más par en relación con el tamaño del bastidor que en el pasado, lo que genera mayores desajustes de inercia entre los servomotores y las cargas que controlan.

Recuerde que la inercia es una medida de la resistencia de un objeto a cualquier cambio en su movimiento y es una función de la forma y la masa del objeto. Cuanto mayor sea la inercia de un objeto, mayor será la cantidad de torsión necesaria para acelerar o desacelerar el objeto.
Cuando la inercia de la carga es mucho mayor que la inercia del motor, puede causar un sobreimpulso excesivo o aumentar los tiempos de estabilización. Ambas condiciones reducen 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 necesaria para la aplicación en particular. Esto aumenta los costos porque está pagando más por un motor que es más grande de lo necesario y el mayor consumo de energía significa mayores costos operativos. La solución es utilizar un reductor para hacer coincidir la inercia del motor con la inercia de la carga. Elegir el reductor adecuado le permite usar un motor más pequeño y desarrollar un sistema con mayor capacidad de respuesta.

Ayuda a reducir el costo del sistema

El resultado es que la multiplicación del par, la reducción de las rpm y la adaptación de la inercia ayudan a reducir el costo del sistema porque el uso de un reductor permite el uso de un motor y un variador de menor tamaño.
Por ejemplo, supongamos que una aplicación requiere 200 in-lb de torque a una velocidad de 300 rpm. Para accionar la carga solo con un servomotor (con los atributos de rendimiento estándar que se encuentran en la industria), se necesita un servomotor con un tamaño de bastidor de 142 mm y un variador que pueda suministrar 30 A continuos. El sistema cuesta alrededor de $ 6,000. But using a gearhead for the application lets you use a 90 mm servo motor and a correspondingly smaller drive.