Хотя для некоторых проектов в области робототехники требуются определенные типы двигателей, зачастую может быть неясно, какой двигатель этого типа является идеальным. Например, для дрона вам нужен бесщеточный двигатель, но какой именно вы выберете? Выбирая двигатель для привода роботизированной руки или ноги, как узнать, какая мощность вам нужна и какая передача необходима? Данный материал поможет ответить на некоторые из этих вопросов.
На первый взгляд, глядя на цифры и выполняя простые математические операции при подборе двигателя, кажется, что вся эта процедура довольно легка. Однако она может быть осложнена кривыми мощности, тепловыми факторами и зубчатой передачей. В данном материале мы расскажем, как определить размеры двигателей для двух наиболее распространенных приложений: приводных систем и актуаторов. В приводной системе двигатель вращает колесо, или другой непрерывно вращающийся элемент для обеспечения движения. Для актуаторов двигатель обычно работает с экстремальным передаточным отношением, чтобы производить всего пару оборотов в секунду, но с очень высоким крутящим моментом для перемещения тяжелой, смещенной массы, как на манипуляторе робота.
Чтобы правильно подобрать размер двигателя, вам нужно знать, в чем будет заключаться его работа, то есть каков предполагаемый/максимальный вес или нагрузка, и насколько быстро он должен работать.
Для начала поговорим о механической энергии. Никакие двигатели не обладают 100% КПД, но их эффективность резко меняется в зависимости от того, насколько быстро они работают по сравнению с их максимальными (без нагрузки) оборотами в минуту. Это станет более понятным, если мы посмотрим на типичную кривую мощности двигателя. Давайте посмотрим на пару отличных примеров.
Возьмем, к примеру, VEX 775 Pro. Это щеточный двигатель, который может с успехом использоваться в приводной системе робота весом около 15 кг из-за его небольшого размера и веса, но значительной мощности и высокой скорости. Чтобы разогнать такого робота до скорости менее 300 км/ч, нужно понизить обороты с помощью планетарной коробки передач 16:1. Несмотря на это, он все равно легче и компактнее других вариантов.
Из этой кривой мощности ясно видно, почему вам нужно ее снизить. Пиковый КПД 75% достигается чуть ниже максимальной скорости 18730 об/мин, примерно на отметке 17500 об/мин. Это означает, что при максимальных оборотах он выделяет гораздо меньше отработанного тепла, чем при работе на пиковой выходной мощности, когда его КПД составляет всего около 43%.
Почти все знают, что электромобили быстры, потому что они разгоняются с мгновенным крутящим моментом, потому что, когда двигатель запускается с полной остановки, он выдает 100% своего крутящего момента. Однако при 0 об/мин он также не производит механической энергии и имеет 0% КПД при остановке. Из этой кривой ясно, что работа в диапазоне низких оборотов поджарит этот двигатель, поскольку почти вся энергия, проходящая через него, превращается в отработанное тепло.
Далее представлена кривая двигателя для гораздо большего и тяжелого двигателя CIM.
Оба приведенных выше примера относятся к коллекторным двигателям, но очень разных размеров. Оба имеют примерно одинаковую пиковую выходную мощность. Оба работают при напряжении 12 В и имеют очень похожие номинальные значения тока останова около 131 ампер, но 775 Pro предназначен для совсем других приложений, чем CIM. CIM более идеален для непрерывной работы из-за его большей тепловой массы, а с максимальным числом оборотов в минуту всего 5330 и гораздо более высоким крутящим моментом, он не требует такой тяжелой передачи для большинства применений.
Главный вывод здесь заключается в том, что для того, чтобы двигатель мог работать для вашей конструкции, он должен быть в состоянии обеспечить достаточную мощность, предпочтительно там, где он наиболее эффективен вблизи своей максимальной скорости. Для выбора передаточного числа зацепление должно быть таким, чтобы при желаемой скорости вы получали как минимум столько крутящего момента, сколько необходимо. Имейте в виду, что двигатель автоматически замедляется и потребляет больше тока для создания большего крутящего момента, а это означает, что вы всегда сможете работать так быстро или быстрее, чем необходимо, с более легкими нагрузками, пока создаваемый крутящий момент достаточен при максимальном крутящем моменте.
Хотя для большинства двигателей не предусмотрена диаграмма кривой мощности, подобная тем, которые мы рассмотрели в этой статье, вы можете предположить кривую на основе крутящего момента, тока, напряжения и скорости холостого хода. Имея в виду эти числа, вы можете использовать простую арифметику и линейную алгебру, чтобы определить, подойдет ли двигатель для вашей сборки.
© digitrode.ru