Hur väljer man ett högprecisionsroterdon för industriella tillämpningar?

1. Börja med att välja serie av rotationsaktuatorer utifrån deras konstruktionsmässiga egenskaper

Hej allihop, jag heter Theodore Li och är teknisk chef på HONPINE.

När du väljer en högprecisionsrotationsaktuator för industriella tillämpningar är det första steget att förstå de olika produktseriernas konstruktionsegenskaper och begränsa alternativen utifrån installationskraven.

I dag vill jag presentera fyra av HONPINE:s bästsäljande serier av precisionsrotationsaktuatorer och förklara de viktigaste skillnaderna mellan dem.

HAS-serien – massiv axel, kompakt konstruktion

HAS-serien har en konstruktion med massiv axel och ett kompakt yttre. Den passar för tillämpningar med begränsat installationsutrymme och där det inte finns behov av att dra kablar eller pneumatiska ledningar genom aktuatorns centrum.

HAT-serien – hålaxel för intern kabeldragning

HAT-serien har en konstruktion med hålaxel, vilket gör det möjligt att dra kablar och pneumatiska ledningar genom aktuatorns centrum. Den passar därför för automatiserad utrustning som kräver intern kabeldragning eller pneumatiska anslutningar.

HAM-serien – större genomgående hål

HAM-serien har ett större centralt genomgående hål, vilket ger mer utrymme för kablar, luftledningar och andra interna anslutningar. Den är särskilt användbar i utrustning med mer krävande behov av intern ledningsdragning.

HPG-serien – hög precision och styvhet för verktygsmaskiner

HPG-serien är utformad för verktygsmaskiner där hög positioneringsnoggrannhet och strukturell styvhet är avgörande. Den passar för precisionssystem för rotationspositionering som kräver stabil prestanda under krävande driftsförhållanden.

2. Beräkna erforderligt vridmoment och välj lämpligt utväxlingsförhållande

När du har begränsat urvalet av aktuatorserier är nästa steg att beräkna belastningens faktiska vridmomentbehov och välja ett lämpligt utväxlingsförhållande.

En aktuator måste tillhandahålla tillräckligt vridmoment, inte bara för att bära lasten under drift utan också för att övervinna motståndet som uppstår vid acceleration och retardation.

Steg 1: Beräkna det teoretiska belastningsmomentet (tyngdmoment + accelerationsmoment)

Vid start och stopp måste aktuatorn övervinna två huvudsakliga vridmomentkomponenter:

1. Tyngdmoment (TG)

Tyngdmoment uppstår när aktuatorn bär en excentrisk last eller utför en rotationsrörelse mot tyngdkraften.

Formel:

TG = M × g × L × cosθ

Där:

M = Lastens massa (kg)

g = Tyngdacceleration (9.8 m/s²)

L = Avståndet från lastens tyngdpunkt till rotationsaxeln (m)

θ = Vinkeln mellan tyngdkraftens riktning och hävarmen

Vid ren horisontell rotation, när lastens tyngdpunkt ligger på rotationsaxeln, kan tyngdmomentets bidrag försummas.

2. Accelerationsmoment (Ta)

Accelerationsmoment är det vridmoment som krävs för att accelerera en last från stillastående till målhastigheten inom en angiven tid.

Formel:

Ta = J × α

Där:

J = Lastens tröghetsmoment (kg·m²), som kan hämtas från 3D CAD-programvara efter att lämpliga materialegenskaper har tilldelats. Se till att koordinatsystemets origo ligger på rotationsaxeln.

α = Vinkelacceleration (rad/s²), beräknad utifrån maskinens erforderliga cykeltid. Om aktuatorn till exempel måste accelerera till målhastigheten inom 0.2 sekunder ska den erforderliga vinkelaccelerationen beräknas därefter.

Steg 2: Beräkna det sammanlagda maximala vridmomentet vid start och stopp (ΣT)

När tyngdmomentet och accelerationsmomentet har beräknats ska de adderas. Tillämpa därefter en lämplig säkerhetsfaktor utifrån den industriella tillämpningen.

Formel:

ΣT = (TG + Ta) × säkerhetsfaktor

Rekommenderade säkerhetsfaktorer:

Driftsförhållanden

Rekommenderad säkerhetsfaktor

1.2 – Generellt jämn belastning, till exempel vanlig materialhantering.

1.5 – Måttliga stötbelastningar, till exempel frekvent rotation framåt och bakåt.

2.0 eller högre – Tung belastning eller kraftiga stötförhållanden, till exempel tung bearbetning eller belastning vid lastning och lossning i samband med stansning.

ps för val av precisionsrotationsaktuator, från inledande produkturval och vridmomentsberäkningar till slutlig konfiguration och installationsöverväganden.

Steg 3: Kontrollera det beräknade vridmomentet mot aktuatorns specifikationer

Det beräknade ΣT motsvarar det erforderliga maximala vridmomentet vid acceleration och retardation. Nu behöver du kontrollera aktuatorns datablad och verifiera två kritiska parametrar.

1. Kontroll av maximalt vridmoment (vid start och stopp)

Krav:

ΣT ≤ aktuatorns tillåtna maximala momentana vridmoment

Beroende på tillverkarens specifikationer kan detta anges som maximalt momentant vridmoment eller maximalt accelerationsmoment (T2B).

Det är viktigt att skilja mellan det maximala momentana vridmomentet, som kan vara tillåtet under endast några sekunder, och det maximala accelerations-/retardationsmomentet, som gäller vid upprepade starter och stopp.

Vid val av aktuator måste det beräknade vridmomentet ligga under de tillämpliga gränser som tillverkaren anger. Vid frekventa accelerations- och retardationscykler bör du särskilt uppmärksamma den lägre tillåtna momentgränsen.

Om det beräknade ΣT ligger under aktuatorns angivna intermittenta maximala vridmoment (till exempel ett maximalt vridmoment som är tillåtet i mindre än 2 sekunder) kan aktuatorn mekaniskt klara den erforderliga kortvariga belastningen, med förbehåll för tillverkarens begränsningar för arbetscykel och drift.

2. Kontroll av nominellt vridmoment (kontinuerlig drift)

Krav:

Faktiskt kontinuerligt driftmoment ≤ aktuatorns nominella vridmoment

Även om det maximala vridmomentet ligger inom den tillåtna gränsen måste det kontinuerliga driftmomentet också kontrolleras.

Om aktuatorn kontinuerligt arbetar över sitt nominella vridmoment kan överhettning och accelererat slitage på den flexibla splinesen i den harmoniska växeln uppstå, vilket avsevärt förkortar livslängden.

För industriell utrustning är en vanlig preliminär konstruktionsriktlinje att hålla det kontinuerliga driftmomentet under cirka 80% av det nominella vridmomentet för att ge tillräcklig driftsmarginal.

Viktigt: Det erforderliga belastningsmomentet måste ligga under det tillåtna maximala vridmomentet vid start och stopp, med tillräcklig säkerhetsmarginal. Samtidigt måste det kontinuerliga driftmomentet ligga inom aktuatorns nominella vridmoment.

Monteringskonstruktionen är en annan viktig faktor vid val av rotationsaktuator.

HONPINE erbjuder olika konstruktionsutföranden för att tillgodose olika installationskrav.

HAM – cylindrisk konstruktion utan fläns

HAM-serien har en cylindrisk kropp utan integrerad monteringsfläns. Den passar för utrustningskonstruktioner där kunden har en anpassad monteringsstruktur eller föredrar ett mer flexibelt installationsarrangemang.

HAMF – integrerad monteringsfläns

HAMF-serien har en integrerad monteringsfläns, vilket underlättar mekanisk installation och positionering.

Valet mellan HAM och HAMF bör baseras på utrustningens mekaniska layout, monteringsutrymme och installationskrav.

4. Behövs en elektromagnetisk broms?

Behovet av en elektromagnetisk broms beror på utrustningens driftsförhållanden och säkerhetskrav.

HONPINE:s rotationsaktuatorer finns med bromsspecifikationer och motsvarande hållmoment. När du väljer modell ska du kontrollera det angivna bromsmomentet för att säkerställa att det uppfyller kraven på lasthållning.

I modellbeteckningen gäller följande:

B anger ett utförande med broms.

A anger ett utförande utan broms.

För tillämpningar där aktuatorn måste hålla sin position när motorn är strömlös kan en elektromagnetisk broms behövas.

Typiska tillämpningar omfattar vertikala positioneringssystem, lyftmekanismer och utrustning där lasten kan röra sig på grund av tyngdkraften efter ett strömavbrott.

Bromsutförandet bör väljas utifrån den faktiska lasten, erforderligt hållmoment och utrustningens säkerhetskonstruktion.

[Bild: Jämförelse av rotationsaktuatorer med och utan elektromagnetiska bromsar]

5. Kontrollera motorns pulsgivarupplösning och typ

Valet av pulsgivare påverkar direkt rotationsaktuatorns återkopplingsupplösning och förmåga att övervaka positionen.

HONPINE erbjuder två alternativ för absolutgivare med multiturn-funktion:

23-bitars absolutgivare med multiturn-funktion

17-bitars absolutgivare med multiturn-funktion

Båda alternativen är absolutgivare med multiturn-funktion som bevarar positionsinformationen även efter att strömmen har brutits.

Till skillnad från inkrementella pulsgivare, som kräver referenskörning efter ett strömavbrott, kan absoluta givare med multiturn-funktion bevara absolut positionsinformation över flera varv, vilket underlättar systemstart och positionshantering.

Lämplig pulsgivarupplösning bör väljas utifrån utrustningens positioneringskrav, styrarkitektur och övergripande noggrannhetskrav.

Det är också viktigt att skilja mellan pulsgivarupplösning och faktisk positioneringsnoggrannhet. Den slutliga positioneringsprestandan beror på hela transmissionssystemet, mekanisk styvhet, glapp, styrstrategi och andra faktorer.

6. Kontrollera kabelutgångens riktning

Den sista faktorn att ta hänsyn till är kabelutgångens riktning, som direkt påverkar installationsvänligheten och den interna kabelhanteringen.

HONPINE:s rotationsaktuatorer finns med två kabelutgångsutföranden:

Kabelutgång från ändytan: Kablarna går ut från aktuatorns ändyta. Detta utförande passar för utrustningslayouter där axiell kabeldragning är enklare.

Kabelutgång från sidan: Kablarna går ut från aktuatorns sida och passar för installationer med begränsat axiellt utrymme eller där kabeldragning åt sidan föredras.

Innan du väljer kabelutgångsutförande bör du ta hänsyn till aktuatorns installationsriktning, närliggande mekaniska komponenter, tillgängligt utrymme och kabelns böjradie.

Rätt riktning på kabelutgången kan förenkla monteringen och minska risken för kabelstörningar under utrustningens drift.

Behöver du hjälp med att välja en högprecisionsrotationsaktuator för din industriella tillämpning?

Att välja enhögprecisionsrotationsaktuatorhandlar om mer än att bara välja en modell utifrån dess nominella vridmoment.

Du behöver också ta hänsyn till aktuatorns konstruktion, lastens tröghet, accelerationskrav, utväxlingsförhållande, monteringsutförande, bromsbehov, pulsgivarupplösning och kabeldragning.

HONPINE erbjuder flera serier av precisionsrotationsaktuatorer, däribland HAS, HAT, HAM och HPG, för olika behov inom industriell rörelsestyrning och positionering.

Om du väljer en högprecisionsrotationsaktuator för din industriella utrustning kan du kontakta HONPINE för att begära de senaste produktdatabladen och diskutera den lämpligaste aktuatorutformningen med vårt tekniska team.