Передача мощности для управления движением

Несмотря на то, что технологии развиваются и существует множество новых способов достижения полезного движения в конкретных приложениях, электродвигатели и редукторы по-прежнему остаются предпочтительным и наиболее популярным выбором для передачи энергии в коммерческих, промышленных и автоматических приложениях. Двигатели — это компоненты, которые преобразуют электрическую энергию в полезную механическую энергию. Редукторы преобразуют механическую вращательную мощность в желаемую комбинацию скорости и крутящего момента, если двигатель не может сделать это напрямую. Преимуществами этой комбинации являются низкая стоимость, простота, надежность и универсальность.

Сегодня на рынке представлено несколько стилей и типов электродвигателей и устройств передачи энергии. В зависимости от применения разработчик может сначала выбирать между двигателями переменного и постоянного тока, затем между типами двигателей (например, индукционными, универсальными и с постоянными магнитами) и, наконец, между многими типами, специфичными для каждого типа. Перед проектировщиком также стоит задача выбора устройства управления и усилителя, обеспечивающего необходимую входную мощность для электродвигателя. В схеме передачи мощности можно выбирать между такими опциями, как прямой привод, цепная/ременная передача, шариковинтовая передача, прямая передача и все типы, соответствующие этим типам.

Когда дизайнеры собирают кусочки головоломки для решения своих задач, они обычно сталкиваются с препятствием где-то посередине; двигатель не обеспечивает должной мощности. Например, двигатель может обеспечивать необходимую мощность, но не соответствовать требованиям по скорости или крутящему моменту. Большинство двигателей рассчитаны на работу с пиковой мощностью в определенном диапазоне крутящего момента и скорости при постоянной нагрузке. Эксплуатация двигателя за пределами этого диапазона может привести либо к недостаточному использованию двигателя и потере денег на двигатель слишком большого размера, либо к чрезмерному использованию двигателя и потенциальному риску его повреждения.

Хотя каждый тип и тип двигателя работают по-разному, двигатели меньшего размера обычно работают более эффективно при более высоких скоростях и более низких крутящих моментах. Двигатели большего размера работают с более высокими крутящими моментами и более низкими скоростями. За динамикой этого легко следить, если рассматривать двигатель как большой рычаг момента. Чем больше радиус ротора, тем больший момент может быть создан двигателем, что приводит к большему крутящему моменту.

Высокоэнергетические серводвигатели с постоянными магнитами в последнее время стали чрезвычайно популярны в индустрии управления движением. Для этих двигателей общее эмпирическое правило заключается в том, что если длина двигателя увеличивается вдвое, то и выходной крутящий момент двигателя также увеличивается вдвое. Однако выходной крутящий момент двигателя увеличится в четыре раза, если длина останется прежней, а диаметр двигателя увеличится вдвое. Для достижения максимальной эффективности, правильного подбора размеров и экономичной конструкции лучше всего спроектировать двигатель для работы при расчетной точке нагрузки по скорости и крутящему моменту или немного ниже нее.

Зубчатая передача — один из старейших способов преобразования и передачи вращательной энергии. Большинство систем трансмиссии работают на основе изменения длины рычага момента для изменения характеристик крутящего момента при обратном изменении скорости. Крутящий момент можно легко удвоить с помощью всех видов трансмиссионных систем, одновременно снижая скорость вдвое. Но, в конце концов, входная мощность по-прежнему равна выходной мощности (за вычетом эффективности). Надлежащие системы передачи должны выбираться с учетом производительности, размера, стоимости и различных других ограничений. Хотя каждый тип системы имеет свои плюсы и минусы, системы зубчатой ​​передачи имеют множество преимуществ в области экономической мощности в небольших корпусах.

Эвольвентные прямозубые передачи разработаны в соответствии с определенными стандартами и представляют собой высокоэффективное средство передачи мощности. Эвольвентные передачи с углом давления в двадцать градусов обычно являются наиболее популярными в промышленности. Простое взаимодействие между двумя шестернями приводит к изменению скорости и крутящего момента на ту же величину, что и соотношение диаметров (или количества зубьев) двух шестерен. Мощность передается через зацепления зубьев шестерни за счет распределения нагрузки между несколькими зубьями (коэффициент контакта). Из-за угла давления в 20 градусов в систему возникает результирующая радиальная нагрузка на вал/ шейки. КПД прямозубой передачи может превышать 98%.