Memaksimalkan Presisi: Menggandeng Gearhead dengan Motor Servo

Dasar-Dasar Gearhead

Bagaimana gearhead menyediakan daya yang diperlukan oleh aplikasi yang lebih menuntut saat ini? Semua kembali ke dasar roda gigi dan kemampuan mereka untuk mengubah magnitudo atau arah gaya yang diterapkan.

Gearhead dapat mencapai ini dalam beberapa cara:

Perkalian torsi. Roda gigi dan jumlah gigi pada setiap roda gigi menciptakan rasio. Jika motor dapat menghasilkan 20 in-lbs torsi, dan gearhead rasio 10:1 dipasang pada outputnya, torsi yang dihasilkan akan mendekati 200 in-lbs. Dengan penekanan berkelanjutan pada pengembangan footprint yang lebih kecil untuk motor dan peralatan yang dioperasikannya, kemampuan untuk memasangkan motor yang lebih kecil dengan gearhead untuk mencapai output torsi yang diinginkan sangat berharga.

Motor mungkin berdaya tahan 2.000 rpm, tetapi aplikasi Anda mungkin tidak memerlukannya. Mencoba menjalankan motor pada 50 rpm mungkin tidak optimal berdasarkan hal berikut;

Jika Anda berjalan pada kecepatan sangat rendah, seperti 50 rpm, dan resolusi umpan balik motor Anda tidak cukup tinggi, laju pembaruan drive elektronik mungkin menyebabkan ripple kecepatan yang terukur setiap .357 derajat rotasi shaft. Jika drive elektronik yang Anda gunakan untuk mengontrol motor memiliki loop kecepatan .125 milidetik, ia akan mencari hitungan yang terukur setiap .0375 derajat

rotasi shaft pada 50 rpm (300 deg/sec). Ketika tidak melihat hitungan itu ia akan mempercepat rotasi motor untuk mencarinya. Pada kecepatan di mana ia melihat hitungan yang terukur berikutnya, rpm akan terlalu cepat untuk aplikasi dan kemudian drive akan menurunkan rpm motor kembali ke 50 rpm dan seluruh proses dimulai lagi

lagi. Peningkatan dan penurunan konstan dalam RPM menyebabkan ripple kecepatan dalam aplikasi.

• Motor servo yang berjalan pada rpm rendah bekerja tidak efisien. Arus eddy adalah loop arus listrik yang diinduksi dalam motor selama operasi. Arus eddy menghasilkan gaya drag dalam motor dan memiliki dampak negatif yang lebih besar pada kinerja motor pada rpm lebih rendah.

• Parameter motor off-the-shelf mungkin tidak cocok untuk berjalan pada rpm rendah. Ketika aplikasi menjalankan motor yang disebutkan di atas pada 50 rpm, ia tidak menggunakan semua rpm yang tersedia. Karena konstanta tegangan (V/Krpm) motor diatur untuk rpm yang lebih tinggi, konstanta torsi (Nm/amp)—yang langsung terkait dengannya—lebih rendah dari yang dibutuhkan. Akibatnya, aplikasi membutuhkan lebih banyak arus untuk melakukannya daripada jika aplikasi memiliki motor yang dirancang khusus untuk 50 rpm. Rasio gearhead mengurangi rpm motor, itulah mengapa gearhead terkadang disebut gear reducer. Menggunakan gearhead dengan rasio 40:1, rpm motor pada input gearhead akan 2.000 rpm dan rpm pada output gearhead akan 50 rpm. Menjalankan motor pada rpm yang lebih tinggi akan memungkinkan Anda untuk menghindari kekhawatiran yang disebutkan dalam poin 1 dan 2. Poin 3 memungkinkan desain untuk menggunakan lebih sedikit torsi dan arus dari motor berdasarkan keuntungan mekanis gearhead.

Sebagai contoh, pertimbangkan orang yang mengendarai sepeda, dengan orang bertindak sebagai motor. Jika orang itu mencoba mengendarai sepeda itu mendaki lereng curam dengan gigi yang dirancang untuk rpm rendah, dia akan kesulitan saat

mereka mencoba menjaga keseimbangan mereka dan mencapai rpm yang memungkinkan mereka mendaki lereng. Namun, jika mereka mengubah gigi sepeda ke kecepatan yang akan menghasilkan rpm yang lebih tinggi, pengendara akan

lebih mudah. Gaya konstan dapat diterapkan dengan rotasi halus yang disediakan. Logika yang sama berlaku untuk aplikasi industri yang memerlukan kecepatan lebih rendah sambil mempertahankan torsi yang diperlukan.

• Pencocokan Inersia. Motor servo saat ini menghasilkan lebih banyak torsi relatif terhadap ukuran frame karena gulungan tembaga padat, bahan ringan, dan magnet energi tinggi.

Ini menciptakan ketidakcocokan inersia antara motor servo dan beban yang mereka coba gerakkan. Menggunakan gearhead untuk mencocokkan inersia motor dengan inersia beban memungkinkan penggunaan motor yang lebih kecil yang menghasilkan sistem yang lebih responsif dan lebih mudah diatur. Lagi, ini dicapai melalui rasio gearhead, di mana inersia yang tertangkap beban ke motor berkurang dengan 1/ratio2.

Ingat bahwa inersia adalah ukuran resistensi objek terhadap perubahan dalam geraknya dan merupakan fungsi dari massa dan bentuk objek. Semakin besar inersia objek, semakin besar torsi yang diperlukan untuk mempercepat atau melambatkan objek. Ini berarti ketika inersia beban jauh lebih besar dari inersia motor, kadang-kadang dapat menyebabkan overshoot berlebihan atau meningkatkan waktu settling. Kedua kondisi dapat menurunkan throughput garis produksi.

Di sisi lain, ketika inersia motor lebih besar dari inersia beban, motor akan membutuhkan lebih banyak daya daripada yang diperlukan untuk aplikasi tertentu. Ini meningkatkan biaya karena memerlukan pembayaran lebih untuk motor yang lebih besar dari yang diperlukan dan karena konsumsi daya yang meningkat memerlukan biaya operasi yang lebih tinggi. Solusinya adalah menggunakan gearhead untuk mencocokkan inersia motor dengan inersia beban.

Penghematan Biaya Sistem

Gearhead memungkinkan penggunaan motor dan drive yang lebih kecil, yang dapat membantu menurunkan biaya sistem. Karena sistem servo yang lebih kecil menarik lebih sedikit ampere mereka mengurangi biaya operasi. Penghematan daya terbesar saat aplikasi menuntut torsi tinggi dan kecepatan rendah karena motor servo direct-drive perlu jauh lebih besar dari motor servo yang dipasangkan dengan gearhead.

Gearhead sering menggerakkan mekanisme panjang, seperti sistem pemasok bahan yang memindahkan panjang kabel, kayu, atau logam, di mana kecepatan tinggi tidak penting tetapi torsi tinggi dan akurasi yang dapat diulang sangat krusial. Memasangkan gearhead dengan motor servo dalam jenis aplikasi ini dapat memberikan fleksibilitas yang tidak tertandingi dengan motor direct-drive tradisional. Kombinasi servo-gearhead akan lebih murah dioperasikan, menempati lebih sedikit ruang, dan memberikan pencocokan inersia untuk kontrol gerak yang lebih baik.