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何时在运动控制设计中使用齿轮传动
2018-10-08 访问次数:913

据估计,只有约三分之一的运动控制系统使用传动装置,尽管有充分的理由这样做。例如,当您的运动控制系统必须以1,000 rpm或更低的转速运行时,使用减速机是有利的。在设计具有尺寸限制的系统时使用齿轮传动也是明智的。将减速机与伺服电机配合使用或使用集成的减速电机可以让您使用更小的电机,从而减小系统尺寸。

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使用减速机的优点

在运动控制系统中使用带伺服的减速机的优点包括:

  • 扭矩倍增。当安装到电机输出轴时,减速机可提供机械优势。这是因为每个齿轮上的齿轮和齿的数量提供了由比率定义的机械优势。假设一台电机可以产生100英寸 - 磅的扭矩,并且连接了一个5:1比例的齿轮箱。根据齿轮箱的效率,产生的扭矩将接近500 in-lbs。齿轮箱的使用在较小的包络中产生较高的扭矩输出。

 

  • 转速降低。减速机通常被称为齿轮减速器,因为它们在降低电机转速的同时增加了扭矩输出。例如,当电动机以1,000 rpm运转并且安装了5:1比例的减速机时,输出速度为200 rpm。这种速度降低可以提高整体系统效率。在最近的一个例子中,石磨机构要求电动机以15rpm的速度运转。慢速使砂轮转动变得困难,因为马达倾向于齿轮。在这里,使用100:1减速机使电机以1,500 rpm的转速运转,提供平稳,连续的旋转。


  • 惯性匹配。过去十五年左右,伺服电机制造商推出了轻质材料,密集铜绕组和高能磁铁。因此,伺服电机相对于框架尺寸产生的扭矩比过去更大,导致伺服电机与其控制的负载之间的惯性不匹配更大。

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回想一下,惯性是物体对其运动任何变化的抵抗力的量度,并且是物体形状和质量的函数。物体的惯性越大,加速或减速物体所需的扭矩量就越大。 

当负载惯量远大于电机惯量时,可能会导致过冲或增加稳定时间。两种情况都会降低生产线的产量

另一方面,当电动机惯性大于负载惯量时,电动机将需要比特定应用所需的更多的功率。这会增加成本,因为您为超过必要的电机支付更多费用,而增加的功耗意味着更高的运营成本。解决方案是使用齿轮箱使电机的惯性与负载的惯性相匹配。选择合适的齿轮箱可以让您使用更小的电机,并开发出响应更快的系统。     


帮助降低系统成本

结果是扭矩倍增,转速降低和惯性匹配有助于降低系统成本,因为使用减速机可以使用更小尺寸的电机和驱动器。

例如,假设应用需要200 in-lbs的扭矩,速度为300 rpm。为了仅使用伺服电机来驱动负载(在行业中具有标准性能属性),需要一个142 mm框架尺寸的伺服电机和一个可连续提供30 A的驱动器。该系统的成本约为41000元。但是,在应用中使用减速机可以使用90 mm伺服电机和相应更小的驱动器。该系统的成本约为22000元。