Как выбрать высокоточный поворотный привод для промышленного применения?

1. Сначала выберите серию поворотных приводов с учетом их конструктивных особенностей

Здравствуйте! Меня зовут Теодор Ли, я технический директор HONPINE.

При выборе высокоточного поворотного привода для промышленного применения сначала необходимо понять конструктивные особенности различных серий продукции и сузить выбор с учетом требований к монтажу.

Сегодня я расскажу о четырех самых продаваемых сериях высокоточных поворотных приводов HONPINE и объясню их основные различия.

Серия HAS — сплошной вал, компактная конструкция

Серия HAS имеет конструкцию со сплошным валом и компактные габариты. Она подходит для применений с ограниченным пространством для установки, где не требуется прокладывать кабели или пневматические линии через внутреннюю часть привода.

Серия HAT — полый вал для внутренней прокладки кабелей

Серия HAT имеет полый вал, позволяющий прокладывать кабели и пневматические линии через центр привода. Она подходит для автоматизированного оборудования, требующего внутренней прокладки проводов или пневматических соединений.

Серия HAM — увеличенное сквозное отверстие

Серия HAM оснащена увеличенным центральным сквозным отверстием, обеспечивающим больше места для прокладки кабелей, воздушных линий и других внутренних соединений. Она особенно полезна для оборудования с повышенными требованиями к внутренней прокладке коммуникаций.

Серия HPG — высокая точность и жесткость для станков

Серия HPG предназначена для станков, где критически важны высокая точность позиционирования и жесткость конструкции. Она подходит для высокоточных систем поворотного позиционирования, которым требуется стабильная работа в сложных условиях эксплуатации.

2. Рассчитайте требуемый крутящий момент и выберите подходящее передаточное отношение

После предварительного выбора серии привода следующим шагом будет расчет фактического крутящего момента, необходимого для нагрузки, и выбор подходящего передаточного отношения.

Привод должен обеспечивать достаточный крутящий момент не только для поддержания нагрузки во время работы, но и для преодоления сопротивления, возникающего при разгоне и замедлении.

Шаг 1. Рассчитайте теоретический момент нагрузки (гравитационный момент + момент ускорения)

При запуске и остановке приводу необходимо преодолеть два основных компонента крутящего момента:

1. Гравитационный момент (TG)

Гравитационный момент возникает, когда привод перемещает смещенную относительно оси нагрузку или совершает вращательное движение против силы тяжести.

Формула:

TG = M × g × L × cosθ

Где:

M = масса нагрузки (кг)

g = ускорение свободного падения (9.8 м/с²)

L = расстояние от центра тяжести нагрузки до оси вращения (м)

θ = угол между направлением силы тяжести и плечом рычага

При чисто горизонтальном вращении, если центр тяжести нагрузки находится на оси вращения, компонентом гравитационного момента можно пренебречь.

2. Момент ускорения (Ta)

Момент ускорения — это крутящий момент, необходимый для разгона нагрузки из состояния покоя до заданной скорости за установленное время.

Формула:

Ta = J × α

Где:

J = момент инерции нагрузки (кг·м²), который можно получить с помощью 3D CAD-программы после назначения соответствующих свойств материала. Убедитесь, что начало координат расположено на оси вращения.

α = угловое ускорение (рад/с²), рассчитываемое с учетом требуемого времени рабочего цикла машины. Например, если привод должен разогнаться до заданной скорости за 0.2 секунды, требуемое угловое ускорение следует рассчитать соответствующим образом.

Шаг 2. Рассчитайте суммарный пиковый крутящий момент при запуске и остановке (ΣT)

После расчета гравитационного момента и момента ускорения сложите их и примените подходящий коэффициент запаса с учетом промышленного применения.

Формула:

ΣT = (TG + Ta) × коэффициент запаса

Рекомендуемые коэффициенты запаса:

Условия эксплуатации

Рекомендуемый коэффициент запаса

1.2 — в целом плавные нагрузки, например при стандартной обработке материалов.

1.5 — умеренные ударные нагрузки, например при частом вращении вперед и назад.

2.0 или выше — тяжелые нагрузки или сильные ударные воздействия, например при тяжелой механической обработке или загрузке и выгрузке в процессах штамповки.

советы по выбору высокоточного поворотного привода: от предварительного выбора изделия и расчета крутящего момента до окончательной конфигурации и особенностей монтажа.

Шаг 3. Сопоставьте расчетный крутящий момент с характеристиками привода

Рассчитанное значение ΣT представляет собой требуемый пиковый крутящий момент при разгоне и замедлении. На этом этапе необходимо проверить паспортные данные привода и убедиться в соответствии двух критически важных параметров.

1. Проверка пикового крутящего момента (при запуске и остановке)

Требование:

ΣT ≤ максимально допустимый мгновенный крутящий момент привода

В зависимости от спецификаций производителя этот параметр может быть указан как максимальный мгновенный крутящий момент или максимальный момент ускорения (T2B).

Важно различать максимальный мгновенный крутящий момент, который может быть допустим лишь в течение нескольких секунд, и максимальный момент ускорения/замедления, применимый при многократных запусках и остановках.

При выборе привода расчетный крутящий момент должен оставаться ниже соответствующих предельных значений, указанных производителем. При частых циклах ускорения и замедления уделите особое внимание более низкому допустимому пределу крутящего момента.

Если расчетное значение ΣT ниже указанного для привода номинального пикового момента при кратковременной нагрузке (например, пикового момента, допустимого менее 2 секунд), привод может быть механически способен выдерживать требуемую кратковременную нагрузку при соблюдении ограничений производителя по рабочему циклу и условиям эксплуатации.

2. Проверка номинального крутящего момента (непрерывная работа)

Требование:

Фактический крутящий момент при непрерывной работе ≤ номинальный крутящий момент привода

Даже если пиковый крутящий момент не превышает допустимый предел, необходимо также проверить крутящий момент при непрерывной работе.

Если привод постоянно работает с крутящим моментом выше номинального, возможно чрезмерное нагревание и ускоренный износ гибкого колеса волнового редуктора, что существенно сократит срок службы.

Для промышленного оборудования обычно рекомендуется на этапе предварительного проектирования поддерживать крутящий момент при непрерывной работе ниже примерно 80% номинального значения, оставляя достаточный запас.

Важно: требуемый крутящий момент нагрузки при запуске и остановке должен оставаться ниже допустимого пикового значения с достаточным запасом. При этом крутящий момент при непрерывной работе должен находиться в пределах номинального значения для привода.

HONPINE предлагает различные конструктивные исполнения для удовлетворения разных требований к монтажу.

HAM — цилиндрическая конструкция без фланца

Серия HAM имеет цилиндрический корпус без встроенного монтажного фланца. Она подходит для оборудования с индивидуальной монтажной конструкцией или для случаев, когда заказчику требуется более гибкий вариант установки.

HAMF — встроенный монтажный фланец

Серия HAMF оснащена встроенным монтажным фланцем, упрощающим механический монтаж и позиционирование.

Выбор между HAM и HAMF следует делать с учетом механической компоновки оборудования, монтажного пространства и требований к установке.

4. Нужен ли электромагнитный тормоз?

Необходимость электромагнитного тормоза зависит от условий эксплуатации и требований безопасности оборудования.

Для поворотных приводов HONPINE предусмотрены исполнения с тормозом и соответствующими значениями удерживающего момента. При выборе модели проверьте указанный тормозной момент и убедитесь, что он соответствует требованиям к удержанию нагрузки.

В обозначении модели:

B обозначает исполнение с тормозом.

A обозначает исполнение без тормоза.

Для применений, где привод должен удерживать положение при отключенном двигателе, может потребоваться электромагнитный тормоз.

Типичные области применения — вертикальные системы позиционирования, подъемные механизмы и оборудование, в котором после отключения питания нагрузка может перемещаться под действием силы тяжести.

Исполнение с тормозом следует выбирать с учетом фактической нагрузки, требуемого удерживающего момента и требований безопасности оборудования.

[Изображение: сравнение поворотных приводов с электромагнитным тормозом и без него]

5. Проверьте разрешение и тип энкодера двигателя

Выбор энкодера напрямую влияет на разрешение обратной связи и возможности контроля положения поворотного привода.

HONPINE предлагает два варианта многооборотного абсолютного энкодера:

23-разрядный многооборотный абсолютный энкодер

17-разрядный многооборотный абсолютный энкодер

Оба варианта — многооборотные абсолютные энкодеры, сохраняющие информацию о положении даже после отключения питания.

В отличие от инкрементальных энкодеров, для которых после отключения питания требуется повторно задать положение, многооборотные абсолютные энкодеры сохраняют информацию об абсолютном положении при нескольких оборотах, упрощая запуск системы и управление положением.

Подходящее разрешение энкодера следует выбирать с учетом требований к позиционированию, архитектуры системы управления и общих требований к точности оборудования.

Важно также отличать разрешение энкодера от фактической точности позиционирования. Итоговые характеристики позиционирования зависят от всей системы передачи, механической жесткости, люфта, стратегии управления и других факторов.

6. Проверьте направление вывода кабеля

Последний фактор — направление вывода кабеля, напрямую влияющее на удобство монтажа и внутреннюю прокладку кабелей.

Для поворотных приводов HONPINE предусмотрены два варианта вывода кабеля:

Вывод с торцевой стороны: кабели выходят через торец привода. Этот вариант подходит для компоновок оборудования, в которых удобнее прокладывать кабель вдоль оси.

Боковой вывод: кабели выходят сбоку привода. Этот вариант подходит для установок с ограниченным пространством вдоль оси или при предпочтительной боковой прокладке.

Перед выбором варианта вывода кабеля учитывайте ориентацию привода при установке, расположение окружающих механических компонентов, доступное пространство и радиус изгиба кабеля.

Правильный выбор направления вывода кабеля помогает упростить сборку и уменьшить риск помех от кабеля во время работы оборудования.

Нужна помощь в выборе высокоточного поворотного привода для промышленного применения?

Выборвысокоточного поворотного привода — это не просто выбор модели по номинальному крутящему моменту.

Необходимо также учитывать конструкцию привода, момент инерции нагрузки, требования к ускорению, передаточное отношение, монтажное исполнение, требования к торможению, разрешение энкодера и прокладку кабелей.

HONPINE предлагает несколько серий высокоточных поворотных приводов, включая HAS, HAT, HAM и HPG, для различных задач промышленного управления движением и позиционирования.

Если вы выбираете высокоточный поворотный привод для промышленного оборудования, свяжитесь с HONPINE, чтобы запросить актуальные паспорта изделий и обсудить наиболее подходящую конфигурацию привода с нашей технической командой.