Servomotorvalgguide: dreiemoment, hastighet og nøyaktighet forklart

Å velge riktig servomotor for en industrimaskin kan være mer komplisert enn å bare sjekke motorens merkeeffekt.

En servomotor kan ha nok hestekrefter, men likevel ikke gi tilstrekkelig dreiemoment under akselerasjon. Den kan nå den nødvendige maksimale hastigheten, men fungerer dårlig ved lav hastighet. Den kan også ha en koder med høy-oppløsning, men hele maskinen kan fortsatt ikke oppnå posisjoneringsnøyaktigheten som kreves av applikasjonen.

Grunnen er enkel: dreiemoment, hastighet og nøyaktighet er koblet sammen.

Når du velger en servomotor, må du se på motor, koder, servodrift, mekanisk girkasse og faktisk belastning som ett komplett bevegelseskontrollsystem.

Denne veiledningen forklarer de tre viktigsteservomotorvalgfaktorer-moment, hastighet og nøyaktighet-og viser hvordan du bruker dem sammen når du velger en motor for industrielle applikasjoner.

Hvorfor dreiemoment, hastighet og nøyaktighet er viktige ved valg av servomotorer

Ulike maskiner stiller ulike krav til deres servomotorer.

En pakkemaskin kan trenge rask akselerasjon og presis stopp.

En transportør kan trenge stabilt kontinuerlig dreiemoment og hastighetskontroll.

En robotskjøt kan trenge høyt dreiemoment i en kompakt pakke.

En CNC-maskin kan prioritere posisjoneringsnøyaktighet og jevn drift med lav-hastighet.

Derfor er det ingen enkelt servomotor som er "best" for enhver applikasjon.

Den riktige motoren må gi den nødvendige kombinasjonen av:

• Kontinuerlig dreiemoment
• Maksimalt dreiemoment
• Driftshastighet
• Maksimal hastighet
• Akselerasjon
• Posisjoneringsnøyaktighet
• Koderoppløsning
• Lasttreghet
• Driftssyklus

Blant disse parameterne er dreiemoment, hastighet og nøyaktighet de tre viktigste utgangspunktene.

1. Moment: Kan servomotoren flytte lasten din?

Dreiemomentet bestemmer hvor mye rotasjonskraft servomotoren kan produsere.

For industrielt utstyr er dreiemoment vanligvis viktigere enn bare å se på hestekrefter.

En servomotor trenger nok dreiemoment for å overvinne den mekaniske motstanden til maskinen og akselerere belastningen.

Det totale dreiemomentkravet kan omfatte:

Lastemoment

Friksjonsmoment

Akselerasjonsmoment

Tyngdekraftrelatert-moment

Overføringstap

Dette betyr at motoren ikke skal velges kun i henhold til vekten av lasten.

Den mekaniske strukturen til maskinen betyr like mye.

Kontinuerlig dreiemoment vs Peak Torque

Dette er en av de viktigste forskjellene når du velger en servomotor.

Kontinuerlig dreiemoment

Kontinuerlig dreiemoment er mengden dreiemoment motoren kan levere under normal drift uten å overskride dens termiske grenser.

Det er viktig når motoren skal fungere under belastning i lange perioder.

For eksempel:

En transportør kan kreve 5 N·m moment kontinuerlig.

I dette tilfellet bør den valgte motoren ha tilstrekkelig kontinuerlig dreiemoment til å håndtere 5 N·m belastningen uten å operere kontinuerlig ved sin termiske grense.

Maksimalt dreiemoment

Maksimalt dreiemoment er det høyere dreiemomentet som er tilgjengelig for korte perioder.

Det blir viktig under:

• Oppstart
• Akselerasjon
• Rask retardasjon
• Retningsendringer
• Plutselige belastningsendringer

En maskin kan for eksempel kreve:

5 N·m kontinuerlig dreiemoment

men

10 N·m toppmoment

under akselerasjon.

En motor med tilstrekkelig kontinuerlig dreiemoment, men utilstrekkelig toppmoment, kan fungere normalt med konstant hastighet, men slite når maskinen trenger å akselerere raskt.

Dette er grunnen til at begge tallene må kontrolleres.

Hvor mye dreiemomentmargin bør du legge igjen?

En vanlig feil er å velge en motor hvis nominelle dreiemoment er nøyaktig lik den beregnede belastningen.

Ekte maskiner opererer sjelden under helt konstante forhold.

Laster kan endres på grunn av:

• Produktvekt
• Mekanisk friksjon
• Temperatur
• Slitasje
• Akselerasjon
• Overføringseffektivitet
• Produksjonsforhold
• En rimelig ingeniørmargin er derfor nyttig.

Men å bare velge en motor som er flere ganger større enn den beregnede belastningen er ikke nødvendigvis bedre.

En overdimensjonert motor kan øke:

• Motor kostnad
• Servodrivkostnad
• Systemtreghet
• Installasjonsplass
• Energiforbruk

Målet er å gi nok dreiemomentkapasitet uten unødvendig overdimensjonering av systemet.

2. Hastighet: Hvor fort må motoren gå?

Hastighet er den andre viktige faktoren.

Når du velger en servomotor, se ikke bare på maksimalt turtall.

Du bør bestemme tre driftspunkter:

Minimum driftshastighet

Normal driftshastighet

Maksimal driftshastighet

Det viktige spørsmålet er ikke:

"Hvor fort kan denne motoren snurre?"

Det er:

"Kan denne motoren gi det nødvendige dreiemomentet med den hastigheten maskinen min faktisk trenger?"

Denne forskjellen er ekstremt viktig.

En servomotor kan ha en maksimal hastighet på 5000 RPM, men det betyr ikke at den kan gi sitt maksimale dreiemoment ved 5000 RPM.

Servomotorer har dreiemoment-hastighetsegenskaper som må vurderes ved valg.

Hvorfor høy hastighet og høyt dreiemoment kan være vanskelig å kombinere

Motorhastighet og dreiemoment er nært knyttet til de elektriske og mekaniske egenskapene til motoren.

Når hastigheten øker, kan motoren gå inn i et område der tilgjengelig dreiemoment reduseres.

Dette skaper et viktig utvalgsspørsmål:

Trenger du høyt dreiemoment, høy hastighet eller begge deler samtidig?

For eksempel:

Søknad A

Driftshastighet: 1000 RPM

Nødvendig dreiemoment: 10 N·m

Søknad B

Driftshastighet: 4000 RPM

Nødvendig dreiemoment: 10 N·m

Selv om begge applikasjonene krever samme dreiemoment, er applikasjon B mye mer krevende fordi motoren må opprettholde dette dreiemomentet med mye høyere hastighet.

Derfor er det ikke nok å kun se på dreiemomentet.

Sjekk alltid motorens dreiemoment-hastighetskurve.

Hastighet handler også om akselerasjon

For servoapplikasjoner er maksimal hastighet bare en del av ligningen.

Akselerasjon kan være enda viktigere.

Tenk på en maskin som må flyttes fra:

0 → 3000 RPM på 0,2 sekunder

Det er veldig forskjellig fra en maskin som tar:

10 sekunder for å nå 3000 RPM.

Den første applikasjonen krever mye større dynamisk ytelse.

Motoren må gi nok dreiemoment til å akselerere rotoren og tilkoblet belastning innen den nødvendige tiden.

Dette er grunnen til at akselerasjonskrav bør gis til motorleverandøren ved valg.

3. Nøyaktighet: Hvor nøyaktig kan servomotoren plassere lasten?

Nøyaktighet blir ofte misforstått ved valg av servomotor.

Mange kjøpere antar at en høy koderoppløsning automatisk betyr at maskinen vil ha ekstremt høy posisjoneringsnøyaktighet.

Det er ikke nødvendigvis sant.

Faktisk systemnøyaktighet avhenger av flere komponenter:

• Koderoppløsning
• Servokontrollalgoritme
• Mekanisk tilbakeslag
• Skaftstivhet
• Girkassenøyaktighet
• Koblingsfleksibilitet
• Maskinvibrasjon
• Lasttreghet
• Mekanisk produksjonstoleranse

Enkoderen er bare en del av hele systemet.

Koderoppløsning vs faktisk posisjoneringsnøyaktighet

Disse to begrepene bør ikke behandles som det samme.

Koderoppløsning

Enkoderoppløsning beskriver hvor fint koderen kan oppdage endringer i akselposisjon.

Høyere oppløsning gir mer tilbakemeldingsinformasjon til kontrolleren.

Dette kan forbedre:

• Tilbakemelding på posisjon
• Glatthet med lav-hastighet
• Bevegelseskontroll
• Repeterbarhet

Men høyere oppløsning eliminerer ikke automatisk mekaniske feil.

Faktisk posisjoneringsnøyaktighet

Posisjoneringsnøyaktighet beskriver hvor nær den faktiske mekaniske posisjonen er den kommanderte posisjonen.

For eksempel, hvis en maskin blir beordret til å flytte til 100,00 mm, men den endelige posisjonen er 100,08 mm, er posisjoneringsfeilen 0,08 mm.

Den feilen kan komme fra:

• Girkasseslipp
• Beltelastisitet
• Feil på skrueledning
• Mekanisk deformasjon
• Encoder montering
• Last bevegelse

Derfor, når en kunde sier: «Jeg trenger en servomotor med høy-nøyaktighet», er det riktige spørsmålet:

Hvilken nøyaktighet trenger egentlig hele maskinen?

Repeterbarhet vs nøyaktighet

Dette er også forskjellige konsepter.

En maskin kan gjentatte ganger stoppe i nesten nøyaktig samme posisjon, men fortsatt være litt unna den beordrede posisjonen.

For eksempel:

• Målposisjon: 100,00 mm
• Faktiske resultater:
• 100,08 mm
• 100,08 mm
• 100,07 mm
• 100,08 mm

Systemet har god repeterbarhet, men dårlig absolutt nøyaktighet.

Denne forskjellen er viktig i applikasjoner som:

• CNC utstyr
• Robotikk
• Inspeksjonsmaskineri
• Halvlederutstyr
• Presisjonsmontering
• Automatiserte posisjoneringssystemer

Load Inertia: The Hidden Factor Behind Servo Performance

Dreiemoment, hastighet og nøyaktighet kan ikke evalueres separat fra lasttreghet.

En servomotor kan ha nok nominelt dreiemoment, men likevel yte dårlig hvis den tilkoblede lasten har svært høy treghet.

Høy treghet kan forårsake:

• Sakte akselerasjon
• Overskyt
• Vibrasjon
• Lang avviklingstid
• Plasseringsfeil
• Servo ustabilitet

Vanlige belastninger med høy-treghet inkluderer:

• Store ruller
• Roterende bord
• Svinghjul
• Store gir
• Tunge robotarmer
• Høy-roterende sammenstillinger

Av denne grunn bør motorleverandøren kjenne den omtrentlige belastningstregheten når det er mulig.

Hvorfor servodriften er viktig

Servomotoren er bare en del av systemet.

Servodrevet bestemmer hvordan elektrisk kraft leveres til motoren og hvordan tilbakemeldingssignalet behandles.

Før du velger en motor, kontroller kompatibiliteten mellom:

• Motorspenning
• Motorstrøm
• Enkoder
• Servodrift
• Kontroller
• Kommunikasjonsgrensesnitt

En motor med utmerkede spesifikasjoner kan fortsatt gi dårlige resultater hvis drivverket ikke er riktig tilpasset.

Motor og drivenhet bør derfor velges som et system.

Velge riktig servomotor etter applikasjon

Ulike applikasjoner prioriterer ulike spesifikasjoner.

Dette er grunnen til at det å bare spørre etter "en 2 kW servomotor" ikke gir nok informasjon for riktig valg.

24V vs 48V vs 220V servomotorer

Spenning er en annen viktig valgfaktor.

24V servomotor

24V servomotorer anses vanligvis for:

AGV-er

AMR-er

Mobile roboter

Batteridrevne-maskiner

Kompakt automatiseringsutstyr

De er spesielt praktiske når maskinen allerede bruker en 24V DC elektrisk arkitektur.

48V servomotor

48V-systemer kan gi mer strøm med lavere strøm sammenlignet med 24V-systemer.

Dette kan være nyttig for:

Mobile roboter

Elektrisk utstyr

Medium-automatisering

Batteridrevne industrisystemer-

Lavere strøm kan også bidra til å redusere kabelstørrelse og elektrisk tap.

220V servomotor

220V servomotorer er mye brukt i industriell automasjon der det kreves høyere effekt.

Typiske bruksområder inkluderer:

CNC maskineri

Industriroboter

Emballasje maskineri

Automatisert produksjonsutstyr

Den riktige spenningen avhenger av maskinens komplette elektriske arkitektur i stedet for motorpreferanse alene.

Når trenger du en girkasse?

En girkasse kan være nødvendig når applikasjonen trenger:

Høyt utgangsmoment

Lav utgangshastighet

Høy posisjoneringsnøyaktighet

Bedre treghetstilpasning

For eksempel kan en servomotor fungere effektivt ved flere tusen omdreininger, mens maskinen bare trenger noen få hundre omdreininger.

En girkasse kan redusere hastigheten samtidig som den øker utgående dreiemoment.

Imidlertid introduserer girkasser også:

Tilbakeslag

Mekaniske tap

Ekstra kostnad

Ekstra vedlikehold

For presisjonsapplikasjoner bør girkasseslipp inkluderes i nøyaktighetsanalysen.

Når bør du velge en servomotor med høyt dreiemoment?

En servomotor med høyt dreiemoment er verdt å vurdere når applikasjonen involverer:

Tung belastning

Rask akselerasjon

Hyppig start og stopp

Høy treghet

Vertikal løfting

Stort roterende utstyr

Kraftig-robotikk

Høyt dreiemoment må imidlertid ikke forveksles med "bedre".

Hvis maskinen din bare trenger et lite dreiemoment, kan bruk av en betydelig overdimensjonert motor med høyt dreiemoment øke systemkostnadene uten å forbedre ytelsen.

Motoren bør være dimensjonert rundt den faktiske bevegelsesprofilen.

En praktisk valgprosess for servomotorer

En god utvelgelsesprosess kan reduseres til følgende trinn.

Trinn 1 - Definer belastningen

Fastsette:

Lastevekt

Lasttype

Friksjon

Tyngdekraftseffekter

Mekanisk girkasse

Trinn 2 - Beregn dreiemoment

Fastsette:

Kontinuerlig dreiemoment

Maksimalt dreiemoment

Startmoment

Akselerasjonsmoment

Trinn 3 - Definer hastighet

Identifisere:

Minimum hastighet

Normal hastighet

Maksimal hastighet

Akselerasjonstid

Trinn 4 - Beregn treghet

Vurder tregheten til:

Motor

Kobling

Girkasse

Talje

Rulle

Laste

Trinn 5 - Definer nøyaktighet

Finn ut om applikasjonen krever:

Posisjonsnøyaktighet

Repeterbarhet

Glatthet med lav-hastighet

Tilbakemelding med høy-oppløsning

Trinn 6 - Velg Encoder

Velg en koder basert på den nødvendige kontrollytelsen.

Trinn 7 - Match Servo Drive

Sjekk krav til spenning, strøm, koder, kommunikasjon og kontroll.

Trinn 8 - Evaluer miljøet

Sjekk temperatur, fuktighet, støv, vibrasjoner og andre driftsforhold.

Trinn 9 - Se gjennom den komplette bevegelsesprofilen

Sørg for at den valgte motoren kan håndtere den faktiske syklusen-ikke bare ett driftspunkt.

Sjekkliste for valg av servomotorer for kjøpere

Før du ber om et tilbud, forberede følgende informasjon:

Mekanisk

Lastevekt

Lasttreghet

Transmisjonstype

Girforhold

Krav til skaft

Monteringsdimensjoner

Ytelse

Kontinuerlig dreiemoment

Maksimalt dreiemoment

Nominell hastighet

Maksimal hastighet

Akselerasjonstid

Retardasjonstid

Driftssyklus

Nøyaktighet

Nødvendig posisjoneringsnøyaktighet

Nødvendig repeterbarhet

Enkoderpreferanse

Krav til tilbakeslag

Elektrisk

Tilgjengelig spenning

Kontinuerlig strøm

Toppstrøm

Kontroller type

Kommunikasjonsprotokoll

Miljø

Omgivelsestemperatur

Støv

Fuktighet

Vibrasjon

Installasjonsforhold

Jo mer fullstendig denne informasjonen er, jo lettere er det for leverandøren å anbefale riktig motor.

Vanlige feil ved valg av servomotor

Velger kun etter wattstyrke

Kraft er viktig, men det forteller deg ikke nok om dreiemoment ved en bestemt hastighet.

Ignorerer Peak Torque

En motor kan møte den kontinuerlige belastningen, men svikte under akselerasjon.

Forutsatt at koderoppløsning er lik nøyaktighet

Mekanisk tilbakeslag og deformasjon kan fortsatt begrense den endelige posisjoneringsnøyaktigheten.

Ignorerer treghet

Høy belastningstreghet kan gjøre en riktig drevet motor vanskelig å kontrollere.

Overdimensjonerer motoren

En større motor er ikke automatisk mer pålitelig eller mer effektiv.

Velge motor før kjøring

Motoren og stasjonen må være kompatible fra begynnelsen.

Hvordan Auric hjelper deg med å velge riktig servomotor

For industrielle OEM-er kan det være vanskelig å velge en servomotor fra en katalog fordi katalogen sjelden beskriver hver detalj av den faktiske maskinen.

Auricnærmer seg servomotorvalg fra applikasjonssiden.

I stedet for å bare spørre om motorkraft, kan valgprosessen vurdere:

Nødvendig dreiemoment

Maksimalt dreiemoment

Driftshastighet

Akselerasjon

Lasttreghet

Krav til enkoder

Spenning

Monteringsdimensjoner

Akselkonfigurasjon

Bremsekrav

Servodrivkompatibilitet

Dette er spesielt nyttig for utstyrsprodusenter som trenger en servomotor som passer til en eksisterende mekanisk struktur eller en ny maskindesign.

Auric kan også evaluere tilpassede krav for OEM-applikasjoner der standard katalogspesifikasjoner ikke er tilstrekkelige.

Målet er ikke bare å gi en motor med høyere spesifikasjoner.

Det er for å gi en motor som er riktig tilpasset maskinens faktiske bevegelseskrav.

Ofte stilte spørsmål

Hva er den viktigste spesifikasjonen ved valg av servomotor?

Det er ingen enkelt viktigste spesifikasjon. Dreiemoment, hastighet, akselerasjon, belastningstreghet, nøyaktighet og driftssyklus må vurderes sammen.

For de fleste bruksområder er kontinuerlig dreiemoment og toppmoment de første spesifikasjonene som skal beregnes.

Hvordan beregner jeg det nødvendige dreiemomentet for servomotoren?

Start med å evaluere lastmomentet, friksjonen, akselerasjonskravene, tyngdekraften og mekaniske overføringstap. Den verste-driftstilstanden bør inkluderes i beregningen.

Gir en servomotor med høyere RPM bedre ytelse?

Ikke nødvendigvis. Høy maksimal hastighet er bare nyttig hvis maskinen faktisk krever det. Du må også sjekke hvor mye dreiemoment motoren kan gi ved den hastigheten.

Gjør en koder med høy{0}}høy ​​oppløsning maskinen mer nøyaktig?

Ikke automatisk. Enkoderoppløsning forbedrer tilbakemeldingsoppløsningen, men den endelige maskinens nøyaktighet avhenger også av mekanisk tilbakeslag, overføringsnøyaktighet, stivhet, vibrasjon og kontrollytelse.

Trenger jeg en girkasse med servomotoren min?

Ikke alltid. En girkasse er nyttig når du trenger høyere utgangsmoment ved lavere hastighet eller bedre lasttilpasning. Direkte-drevne servomotorer kan være egnet når applikasjonen ikke krever hastighetsreduksjon.

Hvordan velger jeg mellom 24V, 48V og 220V servomotorer?

Begynn med den tilgjengelige elektriske arkitekturen og nødvendig kraft. 24V og 48V er vanlige i lav-spennings- og batteridrevne-systemer, mens 220V er mer vanlig i industrimaskiner med høyere-effekt.

Siste tanker

Å velge en servomotor handler ikke om å finne motoren med det høyeste dreiemomentet, høyeste RPM eller høyeste koderoppløsning.

Det handler om å finne den rette balansen mellom dreiemoment, hastighet og nøyaktighet.

Motoren trenger nok kontinuerlig dreiemoment for å håndtere normal belastning, nok toppmoment til å håndtere akselerasjon, tilstrekkelig hastighet for den nødvendige syklusen og passende tilbakemelding for å oppnå den nødvendige posisjoneringsytelsen.

Samtidig må belastningstreghet, mekanisk overføring, driftssyklus, servodrivkompatibilitet og driftsmiljø også vurderes.

Den beste servomotoren er derfor ikke nødvendigvis den største eller kraftigste modellen.

Det er motoren som kan levere det nødvendige dreiemomentet ved nødvendig turtall med nødvendig nøyaktighet, samtidig som den forblir pålitelig og økonomisk over maskinens levetid.

For industrielle OEM-er og produsenter av automasjonsutstyr kan det å definere disse kravene før kjøp forhindre kostbare motorutskiftninger og igangkjøringsproblemer senere.

Hvis du kan gi den faktiske belastningen, hastigheten, akselerasjonen, nøyaktigheten, driftssyklusen og installasjonskravene, kan en profesjonell servomotorleverandør som Auric hjelpe deg med å gå fra en generell motorspesifikasjon til en riktig tilpasset bevegelseskontrollløsning.