Egyenáramú motor vs hajtóműves motor: melyik illik az Ön alkalmazásához?

A szabványos egyenáramú motor gyorsan forog, de alacsony nyomatékot produkál, míg a hajtóműves motor ugyanazt az egyenáramú motort párosítja sebességváltóval, hogy a sebességet nyomatékra cserélje . Ha az alkalmazásnak meg kell emelnie, húznia vagy el kell forgatnia valamit terhelés alatt alacsony fordulatszámon, a hajtóműves motor szinte mindig a jobb választás. Ha nagy sebességű forgásra van szüksége enyhe terhelés mellett – például egy hűtőventilátor –, egy sima egyenáramú motor jól működik és olcsóbb.

A kettő közötti zavar nem igazán az, hogy melyik a "jobb". A motor teljesítményének a munka mechanikai követelményeihez való hozzáigazításáról van szó. Az alábbiakban egy gyakorlati részletet olvashat arról, hogy miben különböznek egymástól, hová illeszkednek, és hogyan kell méretezni a kis hajtóműves motor először helyesen.

Mi választja el valójában az egyenáramú motort a hajtóműves motortól?

Az egyenáramú motor az elektromos energiát közvetlenül forgó mozgássá alakítja. Kimenő tengelye a motor belső tekercselése és a feszültség által termelt sebességgel forog – gyakran 3000 és 12000 RPM között kis hobbi és ipari motorokhoz. Ez gyors, de a tengely nyomatéka alacsony, mivel nincs mechanikai előnye.

A hajtóműves motor ugyanazt a forgó tengelyt veszi át, és egy hajtóműsoron – homlokkerekeken, bolygókerekes fogaskerekeken vagy csigakerekeken – keresztül vezeti, mielőtt a kimenet elérné a végső tengelyt. Mindegyik fokozat csökkenti a sebességet és arányosan megsokszorozza a nyomatékot. A természetesen 10 000 ford./perc sebességgel forgó motor 100:1 sebességváltóból csak 100 ford./percnél jön ki, de kb. 100-szor nagyobb nyomaték (mínusz a mechanikai veszteségek, jellemzően 10-20%).

Miért fontos ez a kompromisszum a gyakorlatban?

A nyomaték az, ami valójában mechanikai munkát végez – a kerék súrlódás elleni forgatását, a kapu felemelését vagy a szállítószalag meghajtását. A csupasz egyenáramú motor, amely magas fordulatszámon és alacsony nyomatékon forog, leáll abban a pillanatban, amikor valódi ellenállásba ütközik. A sebesség csökkentése az, ami miatt ugyanaz a motor képes valamit mozgatni tömeggel és terheléssel a háta mögött.

A legfontosabb műszaki adatok egymás melletti összehasonlítása

Az alábbi táblázat egy kis 12 V-os egyenáramú motor tipikus teljesítménytartományait mutatja, összehasonlítva a sebességváltóval felszerelt motorral.

Jegyezze meg a hatásfok az áttétel növekedésével csökken , mivel minden további sebességfokozat súrlódási veszteséget okoz. A 10:1-es sebességváltó megőrizheti a 85%-os hatásfokot, míg a 300:1-es bolygókerekes váltó 50-60%-ra csökkenhet.

Ha egy sima egyenáramú motor a megfelelő hívás

Hagyja ki a sebességváltót, ha az alkalmazásnak nagyobb szüksége van a sebességre, mint az erőre, és a terhelés könnyű vagy már szabadon forog. A gyakori felhasználási esetek a következők:

• Hűtőventilátorok és fúvók, ahol a légáramlás a cél, nem a nyomaték
• Kis drónok és RC jármű propellerek
• Vibrációs motorok telefonokban és hordható eszközökben
• Nagy sebességű orsók olyan szerszámokhoz, mint a forgóvágó vagy fúró
• Olyan alkalmazások, amelyek már külső hajtóművet vagy szíjat használnak a rendszerben máshol

Ezekben az esetekben a sebességváltó beépítése csak növeli a költségeket, a méretet és a mechanikai veszteséget, anélkül, hogy valódi haszonnal járna.

Ha egy kis hajtóműves motor megéri a többletköltséget

Egy kis hajtóműves motor magasabb árat keres, ha a terhelés ellenáll a mozgásnak – vagyis valódi erőre van szükség a mozgás elindításához vagy fenntartásához. A tipikus forgatókönyvek a következők:

1. Robotkarok és működtetők, amelyeknek terhelés alatt kell emelniük vagy rögzített pozíciót tartaniuk
2. Ablak- és ajtóautomatizálási rendszerek, beleértve a kapunyitókat
3. Szállítószalagos rendszerek, amelyek a terméket a súrlódás ellen mozgatják
4. Fényképezőgép kardánkardánok és billenthető mechanizmusok, amelyek precíz, lassú mozgást igényelnek
5. Árusító automaták és adagoló mechanizmusok
6. Akkumulátoros tolószékek és mozgást segítő eszközök

Egy valós méretezési példa

Vegyünk egy kis robotkar-csuklót, amelynek 500 g-os terhet kell felemelnie 5 cm-es sugarú körben. Ehhez nagyjából kell 25 kg·cm nyomaték az ízületnél. Egy csupasz egyenáramú motor, amely 1 kg·cm leállási nyomatékot produkál, egyszerűen nem képes erre – azonnal leállna. Ugyanennek a motornak a 30:1 arányú sebességváltóval való párosítása körülbelül 25-27 kg·cm-re növeli a hasznos nyomatékot (ami 15%-os mechanikai veszteséget jelent), ami megfelelő tartományban van. Ez az a számítás, amely elválasztja a működő konstrukciót a kiégett motortól.

Hogyan válasszuk ki a megfelelő áttételi arányt

A sebességfokozat kiválasztása nem találgatás – ez közvetlenül a nyomaték- és sebességkövetelményekből következik. Használja ezt az alapfolyamatot:

1. Számítsa ki a kimenő tengelyen szükséges nyomatékot a teher súlya és a kar távolsága alapján
2. Ellenőrizze az alapmotor leállási nyomatékát és terhelés nélküli fordulatszámát az adatlapjáról
3. Ossza el a szükséges nyomatékot a motor névleges nyomatékával, hogy megbecsülje a szükséges minimális áttételi arányt
4. Adjon hozzá 20-30%-os biztonsági ráhagyást, hogy figyelembe vegye a sebességváltó veszteségeit és elkerülje a motor leállási körülményeit
5. Győződjön meg arról, hogy az eredményül kapott kimeneti sebesség továbbra is megfelel az alkalmazás időzítési igényeinek

A motor túl közeli futása a leállási nyomatékhoz folyamatosan túlmelegedést és idő előtti meghibásodást okoz. A legtöbb kis hajtóműves motor akkor teljesít a legjobban, ha a névleges leállási nyomaték 50-70%-ával működik , teret hagyva a terhelés változásának.

Gyakori hibák, amikor a kettő közül választunk

Néhány visszatérő hiba megjelenik a barkácsolásnál, sőt egyes kereskedelmi terveknél is:

• A motor kiválasztása kizárólag a feszültség és a fordulatszám alapján, a nyomatékkövetelmények teljes figyelmen kívül hagyásával
• Feltételezve, hogy a nagyobb áttétel mindig biztonságosabb – a túlzott csökkentés rontja a hatékonyságot, és szükségtelenül növeli a méretet és a költségeket
• A holtjáték figyelmen kívül hagyása az olcsóbb sebességváltókban, ami pozicionálási pontatlanságot okoz a precíziós alkalmazásokban
• A munkaciklus figyelmen kívül hagyása – a szakaszos használatra tervezett hajtóműves motor túlmelegszik, ha folyamatosan működik

Ha a gyártó adatlapján ellenőrzi az elakadási nyomatékot és a folyamatos forgatónyomatékot, a legtöbb ilyen probléma elkerülhető a terv véglegesítése előtt.