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何時在運動控制設計中使用齒輪傳動
發布時間:2018-10-08 作者來源:摩森機電 訪問次數:1513

據估計,只有約三分之一的運動控制系統使用傳動裝置,盡管有充分的理由這樣做。例如,當您的運動控制系統必須以1,000 rpm或更低的轉速運行時,使用減速機是有利的。在設計具有尺寸限制的系統時使用齒輪傳動也是明智的。將減速機與伺服電機配合使用或使用集成的減速電機可以讓您使用更小的電機,從而減小系統尺寸。

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使用減速機的優點

在運動控制系統中使用帶伺服的減速機的優點包括:

  • 扭矩倍增。當安裝到電機輸出軸時,減速機可提供機械優勢。這是因為每個齒輪上的齒輪和齒的數量提供了由比率定義的機械優勢。假設一臺電機可以產生100英寸 - 磅的扭矩,并且連接了一個5:1比例的齒輪箱。根據齒輪箱的效率,產生的扭矩將接近500 in-lbs。齒輪箱的使用在較小的包絡中產生較高的扭矩輸出。

 

  • 轉速降低。減速機通常被稱為齒輪減速器,因為它們在降低電機轉速的同時增加了扭矩輸出。例如,當電動機以1,000 rpm運轉并且安裝了5:1比例的減速機時,輸出速度為200 rpm。這種速度降低可以提高整體系統效率。在最近的一個例子中,石磨機構要求電動機以15rpm的速度運轉。慢速使砂輪轉動變得困難,因為馬達傾向于齒輪。在這里,使用100:1減速機使電機以1,500 rpm的轉速運轉,提供平穩,連續的旋轉。


  • 慣性匹配。過去十五年左右,伺服電機制造商推出了輕質材料,密集銅繞組和高能磁鐵。因此,伺服電機相對于框架尺寸產生的扭矩比過去更大,導致伺服電機與其控制的負載之間的慣性不匹配更大。

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回想一下,慣性是物體對其運動任何變化的抵抗力的量度,并且是物體形狀和質量的函數。物體的慣性越大,加速或減速物體所需的扭矩量就越大。 

當負載慣量遠大于電機慣量時,可能會導致過沖或增加穩定時間。兩種情況都會降低生產線的產量

另一方面,當電動機慣性大于負載慣量時,電動機將需要比特定應用所需的更多的功率。這會增加成本,因為您為超過必要的電機支付更多費用,而增加的功耗意味著更高的運營成本。解決方案是使用齒輪箱使電機的慣性與負載的慣性相匹配。選擇合適的齒輪箱可以讓您使用更小的電機,并開發出響應更快的系統。     


幫助降低系統成本

結果是扭矩倍增,轉速降低和慣性匹配有助于降低系統成本,因為使用減速機可以使用更小尺寸的電機和驅動器。

例如,假設應用需要200 in-lbs的扭矩,速度為300 rpm。為了僅使用伺服電機來驅動負載(在行業中具有標準性能屬性),需要一個142 mm框架尺寸的伺服電機和一個可連續提供30 A的驅動器。該系統的成本約為41000元。但是,在應用中使用減速機可以使用90 mm伺服電機和相應更小的驅動器。該系統的成本約為22000元。


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