Cómo elegir un servomotor: una guía detallada para aplicaciones de precisión

Los servomotores son un componente fundamental en una amplia gama de aplicaciones industriales, desde la robótica hasta los sistemas de automatización. Seleccionar el servomotor adecuado para sus necesidades específicas puede ser una tarea difícil. Este artículo le proporcionará una guía detallada sobre cómo elegir un servomotor que se ajuste a sus requisitos, centrándose en varios factores como el par, la velocidad, la inercia y el tipo de aplicación. Analicemos los aspectos clave que debe tener en cuenta para una selección eficaz del servomotor.

Comprensión de los servomotores y sus aplicaciones

¿Qué es un servomotor?

A servomotor Es un actuador o motor rotatorio que permite un control preciso de la posición angular o lineal, la velocidad y la aceleración. Los servomotores se utilizan en sistemas de circuito cerrado donde las señales de retroalimentación, generalmente de codificadores, proporcionan datos para ajustar la salida del motor y garantizar un control preciso. Son conocidos por su precisión y se utilizan comúnmente en robótica, sistemas de transporte y máquinas CNC.

Los servomotores tienen varias características distintivas:

• Alta precisión:Gracias al uso de mecanismos de retroalimentación, los servomotores ofrecen una excelente precisión en el control de la posición.
• Control de velocidad:Pueden variar la velocidad según la señal de control de entrada, lo que permite un uso versátil en diferentes aplicaciones.
• Control de par:Los servomotores pueden ajustar su par para adaptarse a los cambios de carga.

Aplicaciones de los servomotores

Los servomotores son versátiles y se utilizan en muchas aplicaciones industriales y comerciales:

• Robótica:Los servomotores proporcionan los movimientos precisos necesarios para las articulaciones robóticas.
• Máquinas CNC:Se utiliza para un control preciso del fresado, taladrado y corte.
• Sistemas transportadores automatizados:Los servomotores se utilizan para garantizar un movimiento suave de los materiales a lo largo de las líneas transportadoras.
• Dispositivos médicos:Aplicaciones como robots quirúrgicos y prótesis también dependen de la precisión de los servomotores.

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Factores clave a tener en cuenta al elegir un servomotor

1. Requisitos de par

Esfuerzo de torsión es un factor clave a la hora de seleccionar un servomotor. Es esencial comprender tanto par continuo y par máximo Requisitos:

• Par continuo:Este es el torque que un motor necesita mantener durante el funcionamiento normal sin sobrecalentarse.
• Par máximo:Esto representa el torque que el motor puede proporcionar por períodos cortos, típicamente durante la aceleración.

Por ejemplo, al trabajar en un brazo robótico, el par continuo es necesario para ocupar cargos, mientras par máximo Puede ser necesario al iniciar movimientos.

Cálculo del par

Una forma sencilla de calcular los requisitos de par es determinar el peso, el radio y los componentes de fricción de la carga en su configuración. Esto se puede hacer utilizando la fórmula:

Par (Nm) = Fuerza (N) x Radio (m)

Seleccionar un motor con una potencia adecuada clasificación de par garantiza que el servo pueda soportar la carga sin causar daños o inestabilidad.

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2. Velocidad y rapidez

Velocidad Es otro factor importante a tener en cuenta al elegir un servomotor. Según la aplicación, debe seleccionar un motor que pueda proporcionar la velocidad requerida sin comprometer el control ni la precisión.

• Aplicaciones de alta velocidad:Por lo general, se encuentran en cintas transportadoras y sistemas de embalaje donde se requiere un movimiento rápido.
• Aplicaciones de baja velocidad:Las tareas de precisión, como los robots de selección y colocación o las operaciones de ensamblaje, requieren velocidades más bajas pero un torque mayor.

El curva velocidad-par El diseño de un motor es un factor crucial a examinar, ya que ilustra la relación entre la velocidad del motor y el par que puede entregar. Los servomotores diseñados con un diseño más amplio rango de velocidad Son generalmente más versátiles.

3. Inercia y adaptación de carga

Coincidencia de la inercia del servomotor al inercia de carga es vital para la estabilidad del sistema. Una relación de inercia mal adaptada puede dar como resultado oscilaciones, vibraciones, y una falta general de control.

• Relación de inercia:Lo ideal es que la relación entre la inercia de la carga y el motor sea menor que 10:1Si la inercia de la carga es demasiado alta, es posible que el servomotor no pueda controlar la carga con precisión, lo que genera un funcionamiento ineficiente.
• Reducción de engranajes:Usando un caja de cambios Puede ayudar a hacer coincidir la inercia de la carga con la inercia del motor al reducir eficazmente el impacto de la carga en el motor.

“La relación de inercia correcta puede marcar la diferencia en el rendimiento uniforme y eficiente de un sistema accionado por servomotor”.

4. Relaciones de transmisión y fuerzas externas

Los servomotores a menudo utilizan reductores de engranajes para ajustar la velocidad de salida y el par para adaptarse mejor a la aplicación. relación de transmisión Puede afectar significativamente tanto las características de velocidad como de torque del motor.

Por ejemplo, si un relación de transmisión Si se utiliza una relación de 5:1, la velocidad del motor se reduce en un factor de cinco, mientras que el par se incrementa en el mismo factor. Esta configuración es particularmente útil en aplicaciones que requieren un par elevado a una velocidad más baja, como el posicionamiento de objetos pesados.

Fuerzas externas:También se deben tener en cuenta factores como la atracción gravitacional y las fuerzas mecánicas al determinar la relación de transmisión, especialmente en aplicaciones en las que puede ser necesario suspender partes de la carga.

5. Requisitos del servoaccionamiento

Servoaccionamientos Se utilizan para controlar la potencia que se entrega al motor. Las especificaciones del variador deben coincidir con los requisitos del servomotor, incluidos:

• Voltaje:Asegúrese de que el servoaccionamiento pueda soportar los requisitos de voltaje del motor.
• Corriente continua y corriente pico:El variador debe soportar las necesidades de corriente continua y máxima del motor para evitar el sobrecalentamiento y garantizar un rendimiento constante.

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Comparación de diferentes servomotores

Servomotores de CC y de CA

Los servomotores están disponibles como C.A. y corriente continua Tipos. Cada uno tiene ventajas específicas que pueden adaptarse a diferentes aplicaciones:

Los servomotores de CA se prefieren para la automatización industrial, mientras que los servomotores de CC se utilizan a menudo en proyectos de aficionados o dispositivos de bajo consumo.

Servicio continuo vs. servicio intermitente

Los servomotores también pueden clasificarse en función de si están destinados a deber continuo o servicio intermitente. A motor de servicio continuo Puede funcionar durante largos períodos sin sobrecalentarse, mientras que un motor de servicio intermitente Está diseñado para ráfagas de funcionamiento más cortas. Seleccione su motor en función del ciclo de trabajo de su aplicación para evitar sobrecalentamientos innecesarios o fallas del motor.

Ajuste de sistemas de servomotores

La importancia del ajuste del servo

Ajuste adecuado de un sistema de servomotor es necesario para lograr las características de rendimiento deseadas, tales como mínimo error de posición, alta capacidad de respuesta y estabilidadPor lo general, el ajuste del servomotor implica ajustar las siguientes ganancias:

• Ganancia proporcional (Kp):Afecta la fuerza con la que el motor intenta alcanzar la posición deseada.
• Ganancia integral (Ki):Ayuda a eliminar errores residuales a lo largo del tiempo.
• Ganancia derivada (Kd):Se utiliza para reducir el sobreimpulso y amortiguar las oscilaciones.

Muchos sistemas servo vienen con autoajuste software que simplifica este proceso, haciéndolo accesible para principiantes o aquellos sin amplia experiencia en ingeniería.

Cómo elegir el dispositivo de retroalimentación adecuado

Los servomotores utilizan dispositivos de retroalimentación como codificadores o resolvers para proporcionar información sobre la posición y la velocidad del motor.

• Codificadores:Proporcionan retroalimentación digital y se utilizan comúnmente en aplicaciones donde Alta precisión se requiere.
• Resolucionadores:Son más robustos y pueden operar en condiciones extremas, pero pueden proporcionar menos precisión en comparación con los codificadores.

Elija un dispositivo de retroalimentación en función de las condiciones ambientales de su aplicación y nivel de precisión necesario.

Consideraciones sobre errores de posición

Los servomotores funcionan minimizando error de posición, que es la diferencia entre la posición ordenada y la posición real. Esto requiere retroalimentación continua y ajuste de los parámetros del motor para alinearlos con las demandas en tiempo real.

“En aplicaciones de alta precisión, minimizar el error de posición es crucial para garantizar un rendimiento y una calidad constantes del producto”.

Conclusión

Seleccionar lo correcto servomotor es esencial para lograr un rendimiento óptimo en cualquier sistema de automatización o control. Al considerar factores como esfuerzo de torsión, velocidad, inercia, y Requisitos de controlPuede tomar decisiones informadas que conduzcan a un sistema más eficiente y confiable. Ya sea que esté trabajando en un brazo robótico, un sistema transportador o un dispositivo médico, el motor correcto puede marcar la diferencia.

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Preguntas frecuentes

1. ¿Cuál es la diferencia entre los servomotores de CA y de CC?

Los servomotores de CA son generalmente más eficientes para aplicaciones de alta potencia, tienen un rango de velocidad más amplio y requieren menos mantenimiento en comparación con los servomotores de CC, que suelen ser más asequibles.

2. ¿Cómo puedo determinar el torque correcto para mi servomotor?

Es necesario tener en cuenta ambos par continuo y par máximoCalcule en función del peso de la carga, el radio y cualquier componente de fricción en su configuración.

3. ¿Qué papel juega la inercia en la selección de un servomotor?

Coincidencia de inercia Entre el motor y la carga es crucial para la estabilidad. Una relación de inercia incorrecta puede causar oscilaciones y reducir la precisión del control.

4. ¿Es necesario utilizar un reductor con un servomotor?

Usando un reductor de engranajes Puede ayudar a gestionar la carga de forma más efectiva, especialmente en aplicaciones que requieren un alto torque a velocidades más bajas.

5. ¿Cómo puedo ajustar un servomotor?

Los servomotores se pueden ajustar utilizando Proporcional, Integral, y Derivado ganancias para lograr el rendimiento deseado. Algunos sistemas también proporcionan autoajuste software para simplificar este proceso.

6. ¿Qué dispositivo de retroalimentación debo utilizar con mi servomotor?

Elige una codificador para alta precisión o una resolver para condiciones ambientales extremas. Ambos proporcionan datos esenciales para ajustar la salida del motor en un sistema de circuito cerrado.