Couplage de réducteurs avec des servomoteurs

Appairer des réducteurs avec des servomoteurs

Les concepteurs de machines se tournent de plus en plus vers les réducteurs pour tirer parti des dernières avancées de la technologie des servomoteurs. Essentiellement, un réducteur convertit l'énergie à grande vitesse et à faible couple en une sortie à faible vitesse et à couple élevé. Un servomoteur assure un positionnement très précis de son arbre de sortie. Lorsqu'ils associent des réducteurs à des servomoteurs, ils améliorent les forces de l'autre, offrant un mouvement contrôlé précis, robuste et fiable.
À mesure que la technologie des servomoteurs a évolué, les fabricants produisant des moteurs plus petits mais plus puissants, les réducteurs deviennent de plus en plus essentiels partenaires en contrôle de mouvement. Trouver le couplage optimal doit prendre en compte de nombreuses considérations techniques. Avant de les aborder, voici un bref aperçu des bases du réducteur.

Principes de base des réducteurs

Alors, comment un réducteur fournit-il la puissance requise par les applications les plus exigeantes d'aujourd'hui ? Eh bien, tout cela revient aux bases des engrenages et à leur capacité à modifier l'amplitude ou la direction d'une force appliquée.

Les Gearheads peuvent y parvenir de différentes manières :

Multiplicateur de couple. Les engrenages et le nombre de dents sur chaque engrenage créent un rapport. Si un moteur peut générer 20 in-lbs. de couple, et un réducteur de rapport 10:1 est attaché à sa sortie, le couple résultant sera proche de 200 in-lbs. Avec l'accent continu mis sur le développement d'empreintes plus petites pour les moteurs et l'équipement qu'ils entraînent, la possibilité de coupler un moteur plus petit avec un réducteur pour obtenir le couple de sortie souhaité est inestimable.

Un moteur peut être évalué à 2 000 tr/min, mais votre application peut ne pas l'exiger. Essayer de faire tourner le moteur à 50 tr/min peut ne pas être optimal sur la base des éléments suivants :

Si vous tournez à très basse vitesse, comme 50 tr/min, et que la résolution de votre retour moteur n'est pas assez élevée, le taux de mise à jour du variateur électronique peut entraîner une ondulation de vitesse mesurable à chaque 0,357 degré de rotation de l'arbre. . Si le variateur électronique que vous utilisez pour contrôler le moteur a une boucle de vitesse de 0,125 millisecondes, il recherchera ce décompte mesurable à chaque 0,0375 degré de

rotation de l'arbre à 50 tr/min (300 deg/sec). Lorsqu'il ne voit pas ce compte, il accélère la rotation du moteur pour le trouver. À la vitesse à laquelle il trouve le prochain décompte mesurable, le régime sera trop rapide pour l'application, puis le variateur ralentira le régime du moteur jusqu'à 50 tr/min, puis tout le processus recommencera

encore. Cette augmentation et cette diminution constantes des RPM provoquent une ondulation de la vitesse dans une application.

• Un servomoteur fonctionnant à bas régime fonctionne de manière inefficace. Les courants de Foucault sont des boucles de courant électrique induites dans le moteur pendant le fonctionnement. Les courants de Foucault produisent une force de traînée dans le moteur et ont un impact négatif plus important sur les performances du moteur à bas régime.

• Les paramètres d'un moteur standard peuvent ne pas être adaptés pour fonctionner à bas régime. Lorsqu'une application fait tourner le moteur susmentionné à 50 tr/min, elle n'utilise pas tous ses tr/min disponibles. Étant donné que la constante de tension (V/Krpm) du moteur est réglée pour un régime plus élevé, la constante de couple (Nm/amp) - qui lui est directement liée - est inférieure à ce qu'elle devrait être. Par conséquent, l'application nécessite plus de courant pour la piloter que si l'application avait un moteur spécialement conçu pour 50 tr/min. Le rapport d'un réducteur réduit le régime du moteur, c'est pourquoi les réducteurs sont parfois appelés réducteurs. En utilisant un réducteur avec un rapport de 40:1, le régime du moteur à l'entrée du réducteur sera de 2 000 tr/min et le régime à la sortie du réducteur sera de 50 tr/min. Faire fonctionner le moteur à un régime plus élevé vous permettra d'éviter les problèmes mentionnés aux puces 1 et 2. La puce 3 permet à la conception d'utiliser moins de couple et de courant du moteur en fonction de l'avantage mécanique du réducteur.

À titre d'exemple, considérons une personne faisant du vélo, la personne jouant le rôle de moteur. Si cette personne essaie de faire du vélo sur une pente raide dans un rapport conçu pour un régime bas, elle aura du mal à

ils tentent de maintenir leur équilibre et d'atteindre un régime qui leur permettra de gravir la colline. Cependant, s'ils changent les vitesses du vélo à une vitesse qui produira un régime plus élevé, le cycliste aura

un temps beaucoup plus facile. Une force constante peut être appliquée avec une rotation régulière. La même logique s'applique aux applications industrielles qui nécessitent des vitesses plus faibles tout en conservant le couple nécessaire.

• Correspondance d'inertie . Les servomoteurs actuels génèrent plus de couple par rapport à la taille du châssis en raison des enroulements en cuivre denses, des matériaux légers et des aimants à haute énergie.

Cela crée des décalages inertiels entre les servomoteurs et les charges qu'ils tentent de déplacer. L'utilisation d'un réducteur pour mieux adapter l'inertie du moteur à l'inertie de la charge permet d'utiliser un moteur plus petit, ce qui donne un système plus réactif et plus facile à régler. Encore une fois, ceci est réalisé grâce au rapport du réducteur, où l'inertie réfléchie de la charge sur le moteur est diminuée de 1/ratio2.

Rappelez-vous que l'inertie est la mesure de la résistance d'un objet au changement dans son mouvement et sa fonction de la masse et de la forme de l'objet. Plus l'inertie d'un objet est grande, plus il faut de couple pour accélérer ou décélérer l'objet. Cela signifie que lorsque l'inertie de la charge est beaucoup plus grande que l'inertie du moteur, cela peut parfois provoquer un dépassement excessif ou augmenter les temps de stabilisation. Ces deux conditions peuvent réduire le débit de la ligne de production.

D'autre part, lorsque l'inertie du moteur est supérieure à l'inertie de la charge, le moteur aura besoin de plus de puissance que ce qui est autrement nécessaire pour l'application particulière. Cela augmente les coûts car il faut payer plus pour un moteur plus gros que nécessaire et parce que l'augmentation de la consommation d'énergie nécessite des coûts d'exploitation plus élevés. La solution consiste à utiliser un réducteur pour adapter l'inertie du moteur à l'inertie de la charge.

Économies sur les coûts du système

Les réducteurs permettent d'utiliser des moteurs et des entraînements plus petits, ce qui peut aider à réduire le coût d'un système. Parce que les systèmes d'asservissement plus petits consomment moins d'ampères, ils réduisent les coûts d'exploitation. Les économies d'énergie sont les plus importantes lorsque les applications exigent un couple élevé et une faible vitesse, car les servomoteurs à entraînement direct doivent être considérablement plus gros que les servomoteurs couplés à des réducteurs.

Les réducteurs entraînent souvent de longs mécanismes, tels que des systèmes d'alimentation en matériaux qui déplacent des longueurs de fil, de bois ou de métal, où une vitesse élevée n'est pas essentielle mais un couple élevé et une précision hautement reproductible sont essentiels. L'association de réducteurs avec des servomoteurs dans ce type d'application peut offrir une flexibilité inégalée avec un moteur à entraînement direct traditionnel. La combinaison servo-réducteur coûtera moins cher à exploiter, prendra moins de place et fournira une correspondance d'inertie pour un meilleur contrôle du mouvement.