V automatizačných zariadeniach, mobilných robotoch a priemyselných aplikáciách nie je výber motora len o kontrole, či motor dokáže poskytnúť dostatočný krútiaci moment.
Mnohí inžinieri začínajú výpočtom krútiaceho momentu, aby zistili, či motor dokáže poháňať záťaž. Samotný krútiaci moment však úplne neurčuje, či je motor vhodný pre danú aplikáciu.
V reálnych projektoch sa stroj môže spustiť normálne a úspešne pohybovať záťažou, ale po dosiahnutí cieľovej rýchlosti môže motor zaznamenať nadmerné zvýšenie teploty, nedostatočný nepretržitý výkon alebo alarmy preťaženia.
Dôvodom často nie je nesprávny výpočet krútiaceho momentu, ale nedostatočné overenie výkonu.
Krútiaci moment určuje, či má motor dostatočnú silu na pohyb záťaže, zatiaľ čo výkon určuje, či motor dokáže nepretržite podávať požadovaný výkon pri cieľových otáčkach.
Napríklad rovnaký krútiaci moment 2 N.m vyžaduje úplne odlišné úrovne výkonu pri 100 ot./min a 3 000 ot./min. Preto je po výpočte krútiaceho momentu potrebný aj výpočet výkonu motora, aby sa overilo, či motor môže spĺňať skutočné prevádzkové požiadavky.
1. Prečo samotný krútiaci moment nestačí na výber motora
Výkon motora možno pochopiť z troch kľúčových faktorov: krútiaci moment, rýchlosť a výkon.
Krútiaci moment predstavuje rotačnú silu generovanú motorom a určuje, či motor môže poháňať záťaž.
Rýchlosť predstavuje rýchlosť otáčania motora a určuje rýchlosť pohybu zariadenia.
Výkon kombinuje krútiaci moment a rýchlosť, čo predstavuje, koľko mechanickej energie dokáže motor dodať za určitý čas.
Bicykel poskytuje jednoduchý príklad.
Pri jazde do kopca musí jazdec vyvinúť väčšiu silu na pedále, ale rýchlosť jazdy je zvyčajne nižšia. Pri jazde vysokou rýchlosťou na rovnom povrchu môže byť sila šliapania nižšia, ale nohy sa otáčajú rýchlejšie a celkový výdaj energie sa zvyšuje.
Ak je súčasne vyžadovaná vysoká rýchlosť a schopnosť stúpania, požadovaný výkon je oveľa vyšší.
Rovnaký princíp platí pre priemyselné motory.
Motor s dostatočným krútiacim momentom nemusí mať nevyhnutne dostatočnú kapacitu na-vysokorýchlostnú prevádzku. Skutočnú výstupnú kapacitu je možné vyhodnotiť iba pri zohľadnení krútiaceho momentu a otáčok.
2. Ako vypočítať výkon motora?
Mechanický výkon je určený krútiacim momentom a rýchlosťou otáčania.
Bežne používaná metóda inžinierskeho výpočtu je:
Výkon motora=Krútiaci moment x rýchlosť / 9550
Výsledok výpočtu predstavuje mechanický výstupný výkon motora.
Tento vzťah ukazuje, že výkon motora závisí od krútiaceho momentu aj od otáčok.
Vyšší krútiaci moment vyžaduje vyšší výkon.
Vyššia rýchlosť vyžaduje aj vyšší výkon.
Preto by pri výbere motora mali inžinieri nielen skontrolovať, či je krútiaci moment dostatočný, ale aj potvrdiť, či motor dokáže udržať požadovaný výkon pri cieľových otáčkach.
3. Prečo si vyššia rýchlosť vyžaduje väčší výkon pri rovnakom krútiacom momente?
Predpokladajme, že motor poskytuje rovnaký krútiaci moment pri rôznych prevádzkových rýchlostiach.
Pri nižšej rýchlosti vyžaduje motor relatívne menej energie.
Keď sa rýchlosť otáčania výrazne zvýši, motor potrebuje dodať viac energie v rovnakom časovom období, čo znamená, že požadovaný výkon sa zodpovedajúcim spôsobom zvýši.
To vysvetľuje, prečo niektoré stroje môžu normálne fungovať pri nízkej rýchlosti, ale pri rýchlejšom chode majú nedostatočný výkon alebo nadmerné zahrievanie.
V mnohých aplikáciách nie je obmedzením nedostatočný krútiaci moment. Skutočným problémom je, že motor nemôže poskytnúť dostatok nepretržitého výkonu pri požadovanej prevádzkovej rýchlosti.
4. Ako vypočítať výkon pre lineárne pohybové systémy?
Mnoho automatizačných systémov používa lineárne pohybové mechanizmy, ako napríklad:
Guľôčkové skrutkové pohony
Lineárne moduly
Zdvíhacie mechanizmy
Systémy manipulácie s materiálom
Pre tieto aplikácie sú požiadavky na napájanie určené najmä:
Prítlačná sila
Rýchlosť pohybu
Účinnosť prenosu
Základný vzťah je:
Výkon motora=Sila x rýchlosť / účinnosť
Napríklad, ak lineárny mechanizmus vyžaduje určitú prítlačnú silu a pohybuje sa určitou rýchlosťou, požadovaný mechanický výkon možno vypočítať na základe stavu zaťaženia a účinnosti prenosu.
Pri prevode požiadavky na hriadeľ motora by sa mali zvážiť aj faktory, ako je stúpanie skrutky, redukčný pomer a mechanická účinnosť.
Či už ide o lineárny pohyb alebo rotačný pohyb, princíp zostáva rovnaký:
Požadovaný výkon závisí od toho, aká sila je potrebná a ako rýchlo musí byť pohyb dokončený.
[obrázok]
5. Prečo je potrebné zvážiť účinnosť prenosu?
V skutočných mechanických systémoch nie je možné preniesť energiu motora do záťaže so 100-percentnou účinnosťou.
Straty energie môžu nastať v dôsledku:
Trenie guľôčkovou skrutkou
Straty prevodovky
Straty v pásovom prevode
Ložiskové trenie
Odpor vodiacej koľajnice
Preto sa pri výbere motora musí brať do úvahy celý prevodový systém a nie iba požiadavka na zaťaženie.
Nižšia účinnosť prenosu znamená, že motor musí poskytovať vyšší výstupný výkon, aby sa dosiahol rovnaký výkon pri zaťažení.
To je dôvod, prečo môže rovnaká aplikácia vyžadovať rôzne špecifikácie motora, keď sa používajú rôzne mechanické konštrukcie.
6. Výber výkonu motora vyžaduje analýzu krivky otáčok-krútiaceho momentu
Menovitý výkon uvedený v údajovom liste motora je len jedným referenčným parametrom.
Na určenie, či je motor vhodný, by mali inžinieri analyzovať aj krivku krútiaceho momentu-otáčok.
Rôzne pracovné podmienky vyžadujú pozornosť na rôzne faktory výkonu:
Prevádzka pri nízkej{0}}rýchlosti:
Zamerajte sa na schopnosť nepretržitého krútiaceho momentu.
Vysokorýchlostná prevádzka:
Zamerajte sa na nepretržitý výkon.
Zrýchlenie a spomalenie:
Zamerajte sa na maximálny krútiaci moment a jazdný výkon.
Dlhodobá-prevádzka:
Zamerajte sa na zvýšenie teploty a tepelnú kapacitu.
Niektoré motory poskytujú silný krútiaci moment pri nízkych otáčkach, ale pri vyšších rýchlostiach strácajú výkon.
Niektoré motory môžu poskytovať vysoký špičkový výkon, ale nedokážu udržať nepretržitú prevádzku pri veľkom zaťažení.
Preto výpočet výkonu motora nie je len o výbere väčšieho výkonu. Ide o potvrdenie, či motor môže spoľahlivo fungovať v skutočných pracovných podmienkach.
[obrázok]
7. Výpočet výkonu motora je len jednou časťou výberu motora
Výpočet výkonu je dôležitým krokom, ale nie je posledným krokom pri výbere motora.
Po určení požadovaného výkonu musia inžinieri ešte overiť:
Či špičkový krútiaci moment spĺňa požiadavky na zrýchlenie
Či nepretržitá prevádzka spôsobuje nadmerné zahrievanie
Či bola zohľadnená účinnosť prenosu
Či vertikálne zaťaženie vyžaduje prídržný moment alebo brzdenie
Či existujú časté cykly štart{0}}zastavenia
Spoľahlivý proces výberu motora by mal brať do úvahy viacero faktorov vrátane charakteristík zaťaženia, zotrvačnosti, požiadaviek na krútiaci moment, požiadavky na výkon a skutočných prevádzkových podmienok.
8. Tri kroky na výpočet výkonu motora
V praktických inžinierskych projektoch môže byť výpočet výkonu motora dokončený v troch krokoch.
Krok 1: Stanovte požiadavky na zaťaženie
analyzovať:
Zaťažovacia sila
Požadovaný krútiaci moment
Prevádzková rýchlosť
Pracovný cyklus
Krok 2: Preveďte požiadavky na parametre motora
Zvážte:
Prevodový pomer
Vedenie skrutky
Účinnosť prenosu
Potom určte:
Výstupný krútiaci moment motora
Prevádzková rýchlosť motora
Krok 3: Overte výkon motora
Skontrolujte:
Menovitý výkon
Nepretržitý krútiaci moment
Špičkový krútiaci moment
Maximálna rýchlosť
Nárast teploty
Až po overení týchto parametrov možno potvrdiť, že motor je vhodný pre danú aplikáciu.
9. Päť bežných chýb pri výpočte výkonu motora
Chyba 1: Pozeranie len na výkon a ignorovanie krútiaceho momentu
Motory s rovnakým výkonom môžu poskytovať rôzny krútiaci moment pri rôznych prevádzkových podmienkach. Nízko{1}}rýchlostné-aplikácie s veľkým zaťažením nemožno vybrať iba na základe výkonu.
Chyba 2: Pozeranie len na krútiaci moment a ignorovanie rýchlosti
Motor môže mať dostatočný krútiaci moment na pohyb záťaže, ale stále nedokáže dosiahnuť požadovanú prevádzkovú rýchlosť.
Chyba 3: Ignorovanie účinnosti prenosu
Výkon požadovaný záťažou sa nerovná skutočnej požiadavke na výkon motora. Je potrebné zvážiť mechanické straty.
Chyba 4: Zaobchádzanie so špičkovým výkonom ako s nepretržitým výkonom
Špičkový výkon predstavuje iba krátkodobú{0}}schopnosť. Dlhodobá-prevádzka závisí od menovitého výkonu a tepelnej kapacity.
Chyba 5: Kontrola iba hodnôt údajového listu bez kriviek výkonnosti
Motor by sa mal hodnotiť podľa jeho úplných charakteristík krútiaceho momentu-otáčok, nie iba podľa jedného menovitého parametra.
Zhrnutie: Základná logika výpočtu výkonu motora
Výpočet výkonu motora je nevyhnutnou súčasťou spoľahlivého výberu motora.
Základný princíp je:
Krútiaci moment určuje, či motor môže pohybovať záťažou.
Rýchlosť určuje, ako rýchlo môže zariadenie fungovať.
Výkon určuje, či motor dokáže nepretržite dodávať požadovaný výkon pri cieľovej rýchlosti.
Kompletný proces výberu motora by mal zahŕňať:
Analýza zaťaženia
Výpočet krútiaceho momentu
Overenie napájania
Analýza výkonnostnej krivky
Hodnotenie pracovného stavu
V prípade mobilných robotických aplikácií vrátane hnacích kolies AGV, systémov pohonu AMR a nízkonapäťových{0}}riešení servopohonov sa Plutools zameriava na kompletné prispôsobenie systému pohonu namiesto výberu komponentov na základe jedného parametra.
Prostredníctvom profesionálnej inžinierskej analýzy a overenia systému pomáha Plutools zákazníkom dosiahnuť vyššiu efektivitu, vyššiu spoľahlivosť a dlhšiu životnosť inteligentných mobilných zariadení.
Inžinierske pravidlo:
Nízka rýchlosť: Zamerajte sa na krútiaci moment.
Vysoká rýchlosť: Zamerajte sa na výkon.
Nepretržitá prevádzka: Zamerajte sa na tvorbu tepla.
Konečný výber motora by mal byť vždy založený na úplných pracovných podmienkach a overení výkonu motora.
