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与伺服电机配对齿轮头

与伺服电机配对齿轮头

与伺服电机配对齿轮头

机器设计者越来越多地转向齿轮头,以利用伺服电机技术的最新进展。本质上,一个齿轮头转换高速,低扭矩能量到低速,高扭矩输出。伺服电机提供其输出轴的高度精确定位。当齿轮头与伺服电机配对时,它们可以增强彼此的力量,提供精确、健壮和可靠的控制运动。
随着伺服技术的发展,随着制造商生产更小,但更强大的马达,齿轮头正在成为越来越重要的合作伙伴在运动控制。寻找最优配对必须考虑许多工程方面的因素。在解决这些问题之前,这里是一个简短的回顾齿轮头的基础知识。

计算机迷基础知识

那么,一个齿轮头是如何为当今要求更高的应用程序提供所需的动力的呢?好了,这一切都回到了齿轮的基本原理和它们改变作用力大小或方向的能力。

齿轮头可以通过几种不同的方式实现这一点:

扭矩倍增。每个齿轮上的齿轮和齿数创建一个比率。如果一个马达能产生20磅。扭矩,和10:1的比率齿轮头附加到其输出,由此产生的扭矩将接近200磅。随着对开发更小的电机及其驱动设备的不断强调,将更小的电机与齿轮头配对以实现所需扭矩输出的能力是非常宝贵的。

电机可能额定为2,000转/分,但您的应用程序可能不需要。尝试以50转/分运行电机可能不是最佳的基于以下几点;

如果您正在以非常低的速度运行,如50转/分,并且您的电机反馈分辨率不够高,电子驱动器的更新速率可能会导致速度波动,在每。357度的轴旋转有一个可测量的计数。如果你用来控制电机的电子驱动器有一个速度环0.125毫秒,它将寻找每0.0375度可测量的计数

轴旋转50 RPM(300度/秒)。当它看不见计数时它就会加快马达旋转来找它。在它找到下一个可测量的计数的速度下,rpm对于应用程序来说太快了,然后驱动器将减慢电机的rpm回到50 rpm,然后整个过程重新开始

一次。这种转速的不断增加和减少会在应用程序中造成速度波动。

•伺服电机运行在低转速运行效率低。涡流是在运行过程中电机内部感应的电流回路。涡流在电机内部产生阻力,在较低转速时对电机性能有较大的负面影响。

•一个现成的电机的参数可能不适合在低转速下运行。当应用程序以50 rpm运行上述电机时,它并没有使用所有可用的rpm。因为电机的电压常数(V/Krpm)被设置为更高的转速,扭矩常数(Nm/amp) -这是直接相关的-低于它需要。因此,应用程序需要更多的电流来驱动它,而不是使用专门为50转/分设计的电机。一个齿轮头的比率降低电机转速,这就是为什么齿轮头有时被称为齿轮减速器。使用40:1的比例的齿轮头,电机转速在输入齿轮头将是2000 rpm,转速在输出齿轮头将是50 rpm。以更高的转速运行电机将允许您避免在项目1和2中提到的问题。弹头3允许设计使用更少的扭矩和电流从电机的基础上的机械优势的齿轮头。

举个例子,假设一个人骑着自行车,这个人充当马达。如果那个人试图骑着自行车上一个陡峭的山坡,齿轮设计为低转速,他或她将挣扎

他们试图保持平衡,并达到能让他们爬上山顶的每分钟转速。然而,如果他们将自行车的齿轮转换成一个速度,将产生更高的转速,骑手将有

轻松多了。可以施加恒定的力,同时提供平滑的旋转。同样的逻辑也适用于工业应用,即在保持必要扭矩的同时要求较低的转速。

惯性匹配。目前的伺服电机产生更多的扭矩相对于框架尺寸,因为密集的铜绕组,轻质材料,和高能磁铁。

这就造成了伺服电机和它们试图移动的负载之间的惯性不匹配。使用一个齿轮头,以更好地匹配电机的惯性,以负载的惯性,允许使用一个更小的电机,从而产生一个更灵敏的系统,更容易调整。再次,这是通过齿轮头的比率,其中反映的惯性负载对电机是减少1/比率2。

回想一下,惯性是衡量一个物体抵抗其运动变化的阻力,以及它对物体质量和形状的作用。物体的惯量越大,加速或减速所需的扭矩就越大。这意味着当负载惯性比电机惯性大得多时,有时会导致过度超调或增加沉降时间。这两种情况都会降低生产线的产量。

另一方面,当电机的惯量大于负载的惯量时,电机将需要比特殊应用所需的更多的功率。这增加了成本,因为它需要支付更多的马达,比必要的更大,因为增加的电力消耗需要更高的运行成本。解决方案是使用一个齿轮头匹配电机的惯性,以负载的惯性。

系统成本节约

齿轮头允许使用更小的电机和驱动器,这有助于降低系统的成本。因为更小的伺服系统需要更少的放大器,它们降低了操作成本。当应用要求高扭矩和低转速时,功率节约是最大的,因为直接驱动伺服电机需要比耦合到齿轮头的伺服电机大得多。

齿轮头通常驱动长机构,如材料进给系统,移动长度的电线,木材,或金属,高速不是必要的,但高扭矩和高度重复精度是关键。在这种应用中,与伺服电机配对的齿轮头可以提供传统直驱电机无法比拟的灵活性。伺服齿轮头组合将成本更低的操作,占用更少的空间,并提供了更好的运动控制的惯性匹配。

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