Welche Faktoren sollte ich bei der Dimensionierung eines Servomotors berücksichtigen?

Dimensionierung eines Industrie-Servomotor ist ein entscheidender Schritt bei der Entwicklung jedes Bewegungssteuerungssystems. Ein Fehler kann zu schlechter Leistung, häufigen Ausfällen oder unnötigen Kosten führen. Einstatt einen Motor einfach auf der Grundlage einer allgemeinen PS-Angabe auszuwählen, umfasst ein professioneller Ansatz eine detaillierte Analyse der spezifischen Anforderungen Ihrer Anwendung.

Um einen Servomotor richtig zu dimensionieren, müssen Sie die folgenden Schlüsselfaktoren berücksichtigen.

1. Bewegungsprofilanalyse

Der erste Schritt besteht darin, die erforderliche Bewegung zu definieren. Ein Bewegungsprofil unterteilt einen einzelnen Bewegungszyklus in die Segmente Beschleunigung, konstante Geschwindigkeit und Verzögerung.

• Beschleunigungs- und Verzögerungszeit: Dadurch wird das Spitzendrehmoment bestimmt, das zum Starten und Stoppen der Last erforderlich ist. Schnellere Rampen erfordern ein höheres Drehmoment.

• Zeit mit konstanter Geschwindigkeit: Der Motor muss ein bestimmtes Maß an kontinuierlichem Drehmoment bereitstellen, um Reibung und andere Kräfte während des stationären Teils der Bewegung zu überwinden.

• Verweildauer: Die Zeit zwischen den Bewegungszyklen ist entscheidend für die Abkühlung des Motors. Es beeinflusst die Fähigkeit des Motors, die Anforderungen des nächsten Zyklus zu bewältigen.

2. Last und Trägheit

Die Fähigkeit eines Motors, eine Last zu bewegen, hängt direkt von der Trägheit des Systems ab. Die Trägheit ist ein Maß für den Widerstand eines Objekts gegenüber einer Bewegungsänderung.

• Lastträgheit: Dies ist die Trägheit von allem, was der Motor bewegen muss, einschließlich der Last selbst, Zahnrädern, Riemenscheiben und anderen mechanischen Komponenten.

• Motorträgheit: Dies ist die Trägheit des Rotors des Motors. Im Idealfall beträgt die Motorträgheit nur einen kleinen Bruchteil der Gesamtsystemträgheit. Eine gute Faustregel ist ein Verhältnis zwischen Last und Motorträgheit 3:1 und 5:1 , obwohl Verhältnisse bis zu 10:1 kann bei richtiger Abstimmung akzeptabel sein. Eine nicht übereinstimmende Trägheit kann zu instabilen oder schwer abzustimmenden Regelkreisen führen, was zu Vibrationen und schlechter Positionierungsgenauigkeit führt.

3. Drehmomentanforderungen

Drehmoment ist die vom Motor erzeugte Rotationskraft. Sie müssen zwei Arten von Drehmomenten berücksichtigen:

• Kontinuierliches Drehmoment ( $$T_C$$

  Dies ist das maximale Drehmoment, das der Motor dauerhaft ohne Überhitzung erzeugen kann. Es wird zur Überwindung stationärer Kräfte wie Reibung und Schwerkraft benötigt. Es handelt sich um das durchschnittliche Drehmoment über einen vollständigen Arbeitszyklus.

• Spitzendrehmoment ( $$T_P$$

  Dies ist das maximale Drehmoment, das der Motor für kurze Zeit liefern kann, typischerweise während der Beschleunigung oder Verzögerung. Das Spitzendrehmoment des Motors muss höher sein als das maximale Beschleunigungsdrehmoment Ihrer Anwendung, um eine dynamische Leistung sicherzustellen.

Mithilfe der RMS-Methode (Root Mean Square) können Sie das erforderliche Dauerdrehmoment unter Berücksichtigung der Drehmomentniveaus und -dauern für jedes Segment des Bewegungsprofils berechnen. Das berechnete RMS-Drehmoment muss kleiner sein als das Nenndauerdrehmoment des Motors ( $$T_C$$ ). Ebenso muss das erforderliche Spitzendrehmoment geringer sein als das Nennspitzendrehmoment des Motors ( $$T_P$$ ).

4. Geschwindigkeitsanforderungen

Die Nenngeschwindigkeit des Motors ist ein weiterer kritischer Faktor. Der gewählte Motor muss in der Lage sein, die für Ihr Bewegungsprofil erforderliche Höchstgeschwindigkeit zu erreichen. Sie sollten auch die Drehzahl-Drehmoment-Kurve des Motors berücksichtigen. Mit zunehmender Drehzahl nimmt häufig das verfügbare Drehmoment ab. Stellen Sie sicher, dass der Motor das erforderliche Drehmoment bei der erforderlichen Drehzahl bereitstellen kann.

5. Umweltfaktoren

An Industrie-Servomotor muss den Bedingungen seiner Betriebsumgebung standhalten.

• Temperatur: Stellen Sie sicher, dass der Betriebstemperaturbereich des Motors für die Umgebung geeignet ist. Hohe Umgebungstemperaturen können die Leistung des Motors beeinträchtigen.

• Schutzart (IP): Diese Bewertung gibt die Widerstandsfähigkeit des Motors gegenüber Staub und Flüssigkeiten an. In staubigen oder nassen Umgebungen ist eine höhere IP-Schutzart unerlässlich, um Motorschäden zu vermeiden.

• Vibration und Schock: Der Motor sollte mechanisch robust genug sein, um den in der Anwendung auftretenden Vibrationen und Stößen standzuhalten.

Durch sorgfältige Berücksichtigung jedes dieser Faktoren – Bewegungsprofil, Trägheit, Drehmoment, Geschwindigkeit und Umgebung – können Sie eine auswählen Industrie-Servomotor das optimale Leistung, Effizienz und Langlebigkeit für Ihre spezifische Anwendung bietet. Ein gründlicher Dimensionierungsprozess gewährleistet nicht nur einen zuverlässigen Betrieb, sondern hilft Ihnen auch, eine Überdimensionierung zu vermeiden, die zu höheren Kosten und Energieverschwendung führen kann.