Ao selecionar um servo motor, a maioria dos engenheiros começa calculando o torque.
O torque parece suficiente, o tamanho do motor parece apropriado e tudo parece correto no papel. Mas assim que a máquina começa a funcionar, os problemas começam a aparecer: vibração durante a operação, resposta lenta, impacto excessivo durante a aceleração e desaceleração e precisão de posicionamento instável. Os parâmetros do drive são ajustados repetidamente, mas o desempenho ainda não é satisfatório.
Depois de horas-ou mesmo dias-de solução de problemas, a causa real geralmente não é o torque insuficiente, mas uma relação de inércia inadequada.
Se o torque for muito baixo, o motor simplesmente não consegue acionar a carga. Se a relação de inércia estiver incorreta, a máquina poderá nunca atingir um desempenho estável, não importa quantos ajustes sejam feitos.
Muitos problemas de comissionamento que consomem dias ou até semanas podem ser atribuídos a esse fator negligenciado.
Neste artigo, pularemos as fórmulas complicadas e nos concentraremos nos princípios práticos de seleção de servo motores que são mais importantes em aplicações de engenharia-do mundo real.
O torque é importante, mas não é toda a história
O torque costuma ser o primeiro parâmetro que os engenheiros avaliam durante a seleção do servo motor, e por um bom motivo. O torque determina se o motor pode mover a carga.
Por exemplo, uma plataforma elevatória deve superar continuamente a gravidade, tornando o torque nominal uma consideração crítica. Por outro lado, máquinas de seleção e-posicionamento de alta-velocidade, braços robóticos e sistemas de transferência executam ciclos frequentes de aceleração e desaceleração, onde o torque máximo se torna igualmente importante.
Na maioria das aplicações industriais, os engenheiros normalmente reservam uma margem de segurança de aproximadamente 1,5 vezes o torque nominal calculado. Para sistemas altamente dinâmicos com movimentos de partida-parada frequentes, uma margem de pico de torque de 2 vezes ou mais é geralmente recomendada.
Referência de torque típica por aplicação
| Aplicativo | Torque recomendado |
|---|---|
| Escolha SMT-e-posicione o cabeçalho | Abaixo de 0,5 N·m |
| Plataforma de transferência | 1–3 N·m |
| Mecanismo de elevação | 4–7 N·m |
| Articulação do braço robótico | 4–10 N·m |
| Mesa giratória-para serviços pesados | Acima de 10 N·m |
No entanto, muitos engenheiros encontram uma situação frustrante:
O cálculo do torque está correto, são incluídas margens de segurança suficientes, mas a máquina ainda vibra, ultrapassa os limites ou luta para alcançar um posicionamento estável.
Em muitos casos, a resposta está na razão de inércia.
Taxa de inércia: a verdadeira chave para o desempenho do sistema servo
Se o torque determina se uma máquina pode se mover, a taxa de inércia determina se ela pode se mover de maneira suave e precisa.
A razão de inércia é calculada como:
Taxa de inércia=Inércia da carga ÷ Inércia do rotor do motor
À primeira vista, o conceito pode parecer abstrato. Uma analogia simples facilita a compreensão.
Imagine empurrar um carrinho de compras vazio em vez de empurrar um carrinho cheio de mercadorias pesadas. Ambos podem ser movidos, mas o carrinho carregado é mais difícil de acelerar, mais difícil de parar e menos responsivo a mudanças de direção.
Os servomotores se comportam da mesma maneira.
Quando a relação de inércia se torna muito grande, o motor deve trabalhar mais para controlar a carga, muitas vezes levando a problemas de desempenho como:
Vibração excessiva do motor
Oscilação residual após parada
Dificuldade em aumentar os ganhos do servo
Precisão de posicionamento instável
Temperaturas mais altas do motor
Esses sintomas são frequentemente confundidos com problemas de ajuste ou potência insuficiente do motor, quando o verdadeiro problema geralmente é a má correspondência de inércia.
Taxas de inércia recomendadas para mecanismos de acionamento comuns
| Tipo de unidade | Razão de Inércia Recomendada |
|---|---|
| Acionamento por fuso de esferas | 3–5 |
| Acionamento por correia dentada | 5–8 |
| Sistemas de redutores de engrenagem | 8–10 |
| Condição Ideal | Menor ou igual a 5 |
Para a maioria dos equipamentos de automação, manter uma taxa de inércia abaixo de 5 simplifica significativamente o comissionamento e melhora a estabilidade geral do sistema.
Outra consideração importante é a redução de marcha. Uma caixa de engrenagens não apenas aumenta o torque de saída, mas também reduz a inércia de carga refletida vista pelo motor. Por exemplo, uma caixa de velocidades 10:1 pode teoricamente reduzir a inércia reflectida para aproximadamente 1/100 do seu valor original, tornando muito mais fácil para o sistema servo alcançar um controlo estável.
Três fatores frequentemente esquecidos que afetam a confiabilidade-de longo prazo
Muitas máquinas apresentam bom desempenho durante os testes iniciais, mas começam a apresentar problemas de desempenho meses depois. Em muitos casos, a causa raiz não é o torque ou a inércia, mas sim detalhes que foram negligenciados durante a fase de seleção.
Não se concentre apenas na velocidade nominal
A maioria dos servomotores industriais está disponível com velocidades nominais de 3.000 rpm ou 5.000 rpm.
Um erro comum é presumir que uma classificação de velocidade mais alta significa automaticamente melhor desempenho.
Na realidade, o torque contínuo geralmente diminui à medida que a velocidade aumenta. Os engenheiros devem sempre revisar a curva de velocidade-de torque do motor e verificar se o torque suficiente permanece disponível na velocidade operacional pretendida.
A seleção do codificador afeta diretamente a precisão
Para equipamentos de automação geral, codificadores de 17 ou 20 bits geralmente são suficientes.
Para robótica, sistemas de posicionamento de precisão, equipamentos semicondutores e outras aplicações-de ponta, os codificadores de 23 bits fornecem resolução de feedback e precisão de posicionamento significativamente maiores.
Os engenheiros também devem determinar se a máquina requer:
Retenção de posição após perda de potência
Recuperação automática de coordenadas após reinicialização
Se estas funções forem necessárias, um codificador absoluto é geralmente a escolha preferida.
Eixos verticais devem sempre usar freio
Este é um dos erros mais frequentemente esquecidos e potencialmente caros.
Qualquer eixo afetado pela gravidade deve ser equipado com freio de retenção.
Sem freio, uma falha de energia ou parada de emergência pode permitir que a carga caia livremente, potencialmente danificando equipamentos, peças de trabalho ou criando riscos de segurança.
O custo adicional de um freio é insignificante comparado com o custo de um acidente inesperado.
Por que mais AGVs e AMRs estão adotando sistemas servo de baixa tensão?
À medida que AGVs, AMRs, empilhadeiras autônomas e robôs de armazém se tornam cada vez mais populares, os sistemas servo tradicionais de 220 Vca estão sendo gradualmente substituídos por soluções servo de baixa tensão.
Comparados aos servossistemas CA convencionais, os servomotores de baixa tensão oferecem diversas vantagens:
Integração direta com sistemas de bateria de lítio
Maior eficiência energética
Arquitetura elétrica simplificada
Maior segurança operacional
Reduza os custos gerais do sistema
Esses benefícios tornam a tecnologia servo de baixa tensão uma escolha ideal para aplicações robóticas móveis.
Para apoiar a crescente procura por logística inteligente e robôs móveis autónomos,Plutoolsdesenvolveu oServo motor e sistema de acionamento de baixa tensão da série PLT.
Projetada especificamente para veículos industriais-alimentados por bateria e robôs móveis, a série PLT suporta tensões operacionais de 24 V a 72 V e oferece excelente desempenho dinâmico, controle de velocidade preciso e operação confiável.
As aplicações típicas incluem:
Sistemas de acionamento AGV
Robôs móveis AMR
Empilhadeiras autônomas
Equipamento de automação de armazém
Sistemas logísticos inteligentes
Robôs de serviço móvel
Combinada com comunicação CANopen e integração perfeita com unidades de roda motriz AGV, sistemas de acionamento diferencial e unidades de direção, a Série PLT ajuda os fabricantes a construir sistemas de controle de movimento mais eficientes e inteligentes.
Resumo das regras de seleção de servomotores
| Parâmetro | Recomendação |
|---|---|
| Margem de Torque Nominal | Maior ou igual a 1,5× |
| Margem de pico de torque | Maior ou igual a 2× |
| Razão de Inércia Ideal | Menor ou igual a 5 |
| Aplicações de alta-inércia | Considere a redução de engrenagem |
| Eixo vertical | Freio necessário |
| Posicionamento de alta{0}}precisão | Maior ou igual ao codificador de 20 bits |
| Robôs Móveis | Servo de baixa tensão preferido |
Conclusão
Muitos engenheiros que iniciam a seleção de servo motores concentram-se principalmente no torque.
No entanto, a experiência-de projetos no mundo real revela rapidamente uma verdade mais importante:
O torque determina se a carga pode se mover, enquanto a correspondência de inércia determina se o sistema pode se mover de maneira suave e confiável.
Ao mesmo tempo, fatores como seleção do codificador, sistemas de frenagem e classificações de proteção ambiental desempenham um papel crítico na confiabilidade-de longo prazo.
Abordar essas considerações durante o estágio de projeto é muito mais eficaz do que passar dias solucionando problemas de desempenho após a instalação.
Para equipamentos de automação, AGVs, AMRs, empilhadeiras autônomas e sistemas de logística inteligentes, a seleção adequada de servomotores não se trata apenas de escolher uma classificação de potência-trata-se de encontrar o equilíbrio ideal entre desempenho, eficiência, confiabilidade e custo.
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