Việc sử dụng các bánh răng trong một thiết bị có tỷ số truyền cố định là gì?

Theo hiểu biết của tôi, có hai cách sử dụng hệ thống bánh răng: để thay đổi tốc độ quay đầu ra (giao dịch với mô-men xoắn) và thay đổi trục quay. Bây giờ, trong một chiếc ô tô, chẳng hạn, cần phải có nhiều tỷ số truyền có sẵn, để cho phép mô-men xoắn cao và gia tốc cao khi xe bắt đầu di chuyển từ đứng yên, và cả tốc độ cao khi xe đã di chuyển.

Tuy nhiên, tôi biết rằng một số hệ thống vẫn có bánh răng khi chúng chỉ sử dụng tỷ số truyền cố định. Ví dụ, trong phòng thí nghiệm của tôi, chúng tôi làm việc với một cánh tay robot và các đồng nghiệp của tôi thường nói về hệ thống bánh răng trong cánh tay. Nhưng cánh tay không liên tục thay đổi tỷ số truyền như trong xe hơi. Vậy những bánh răng này thực sự đang làm gì?

Nếu họ phải thay đổi tốc độ / mô-men xoắn của đầu ra của động cơ và đây là tỷ số truyền cố định, thì tại sao cánh tay không được thiết kế hoàn toàn với một động cơ khác - một trong đó cung cấp các đặc tính tốc độ / mô-men mong muốn? Trực giác của tôi có lẽ là dễ dàng hơn để sản xuất hàng loạt động cơ có tốc độ cao và mô-men xoắn thấp, vì vậy sẽ tiết kiệm hơn khi mua một trong những động cơ chung này và gắn nó vào một hệ thống bánh răng, thay vì thiết kế một động cơ bespoke có mô-men xoắn cao ở đầu ra của nó theo mặc định .... điều này có đúng không?

Có nhiều lý do tại sao người ta có thể chọn sử dụng một động cơ giảm tốc với tỷ số truyền cố định cho cánh tay robot trên một động cơ không có vỏ bọc:

• Như Carlton nhận xét về câu hỏi của bạn, có thể khó tìm thấy một động cơ không có đáp ứng các yêu cầu về tốc độ / mô-men xoắn cụ thể cho một ứng dụng nhất định và một động cơ có thể cung cấp đủ mô-men xoắn không có thể quá lớn / lớn cho cánh tay robot (và có thể cũng quá đói
• Từ góc độ điều khiển, giả sử động cơ nhỏ và tỷ lệ bánh răng được sử dụng để tăng mô-men xoắn / giảm tốc độ, một sự thay đổi lớn về góc của động cơ sẽ dẫn đến một sự thay đổi nhỏ về góc của cánh tay robot; điều này có nghĩa là bạn có thể kiểm soát chính xác hơn vị trí của cánh tay bằng cách đo và chỉ huy vị trí của động cơ (góc lớn hơn = dễ đo hơn)
• Điều này cũng hoàn toàn có thể, rằng họ tình cờ có sẵn một động cơ có kích thước nhất định và quyết định sử dụng nó thay vì mua một động cơ khác, có lẽ đắt hơn, cho cánh tay

Tôi chắc chắn có nhiều yếu tố khác để xem xét, nhưng, ở mức độ cao, điều này sẽ cho bạn ý tưởng về lý do tại sao cánh tay robot có thể không được thiết kế để sử dụng một động cơ không có vỏ bọc.

Động cơ điện thường chỉ hoạt động tốt ở tốc độ cao, và so với một cái gì đó như động cơ đốt trong, mô-men xoắn tương đối thấp. Tỷ lệ bánh răng cố định được sử dụng để đối phó với giới hạn vốn có này.

Ngoài ra, một số thiết kế sẽ sử dụng một bộ truyền bánh răng để họ có thể thiết kế một điểm hỏng trong hệ thống của họ không phải là động cơ. Nếu hệ thống, cánh tay robot trong ví dụ của bạn, sử dụng một động cơ rất đắt tiền, bạn có thể muốn một bộ phận rẻ hơn bị hỏng và bảo vệ động cơ của bạn trong trường hợp quá tải.

Một khối lượng đồng và sắt nhất định chỉ có thể tạo ra rất nhiều mô-men xoắn: tăng mô-men xoắn hơn nữa sẽ cần nhiều dòng điện hơn, điều đó có nghĩa là (a) từ thông tăng lên làm bão hòa sắt và (b) tổn thất I ^ 2R trong đồng làm quá nhiệt động cơ. Vì vậy, nhiều mô-men xoắn đòi hỏi nhiều sắt và đồng; tức là một động cơ lớn hơn, nặng hơn, đắt tiền hơn.

Hơn nữa, vì mô-men xoắn tăng đi kèm với chi phí tăng tổn thất I ^ 2R, động cơ điện hoạt động hiệu quả nhất khi được sử dụng ở các tải mô-men xoắn nhẹ.

Không có giới hạn cơ bản tương đương về tốc độ. Động cơ chải có giới hạn từ hao mòn bàn chải, ma sát, gia nhiệt và ăn mòn do châm ngòi nhưng động cơ mới hơn (BLDC, v.v.) không có sự cân nhắc nào đến giới hạn tốc độ của vòng bi và giới hạn cường độ vật liệu dưới lực ly tâm.

Vì vậy, để sử dụng một động cơ hiệu quả, bạn sẽ chạy nó nhanh chóng tạo ra mô-men xoắn tương đối ít. Sau đó, nó có mô-men xoắn dự trữ khi bạn cần nó cho các mục đích ngắn hạn (tăng tốc, vv).

Vì vậy, nếu bạn cần mô-men xoắn cao và tốc độ thấp, việc trang bị động cơ tốc độ cao thường sẽ hiệu quả hơn, chi phí thấp hơn, nhẹ hơn, sử dụng ít vật liệu hơn và do đó có thể rẻ hơn động cơ truyền động trực tiếp sử dụng ở tốc độ thấp.

Bánh răng và dây đai, vv được sử dụng để thay đổi tốc độ và quan trọng hơn là mô-men xoắn của thiết bị đầu vào (động cơ). Tải quay được tăng tốc bởi mô-men xoắn đến tốc độ chỉ huy. Bạn giảm quán tính của tải trọng di chuyển bằng cách triển khai hộp số hoặc thiết bị giảm tốc độ khác. Ví dụ, nếu bạn có tỷ lệ giảm 5: 1, mô-men xoắn động cơ được tăng theo hệ số 5 và quán tính là (1/5) ** 2 giá trị không giảm.