Al seleccionar un servomotor, la mayoría de los ingenieros comienzan calculando el par.
El par parece suficiente, el tamaño del motor parece apropiado y todo parece correcto sobre el papel. Pero una vez que la máquina comienza a funcionar, comienzan a aparecer problemas: vibración durante el funcionamiento, respuesta lenta, impacto excesivo durante la aceleración y desaceleración y precisión de posicionamiento inestable. Los parámetros de conducción se ajustan repetidamente, pero el rendimiento aún no es satisfactorio.
Después de horas-o incluso días-de solucionar problemas, la verdadera causa a menudo resulta no ser un par de torsión insuficiente, sino una relación de inercia mal adaptada.
Si el par es demasiado bajo, el motor simplemente no puede impulsar la carga. Si la relación de inercia es incorrecta, es posible que la máquina nunca alcance un rendimiento estable sin importar cuántos ajustes se realicen.
Muchos problemas de puesta en marcha que consumen días o incluso semanas se deben a este factor que se pasa por alto.
En este artículo, omitiremos las fórmulas complicadas y nos centraremos en los principios prácticos de selección de servomotores que más importan en las aplicaciones de ingeniería del mundo real-.
El torque importa, pero no es toda la historia
El par es a menudo el primer parámetro que los ingenieros evalúan durante la selección del servomotor, y por una buena razón. El par determina si el motor puede mover la carga.
Por ejemplo, una plataforma elevadora debe superar continuamente la gravedad, lo que hace que el par nominal sea una consideración crítica. Por el contrario, las máquinas de recogida-y{3}}colocación, brazos robóticos y sistemas de transferencia de alta-velocidad realizan ciclos frecuentes de aceleración y desaceleración, donde el par máximo se vuelve igualmente importante.
En la mayoría de las aplicaciones industriales, los ingenieros suelen reservar un margen de seguridad de aproximadamente 1,5 veces el par nominal calculado. Para sistemas altamente dinámicos con movimientos frecuentes de arranque-parada, comúnmente se recomienda un margen de par máximo de 2 veces o más.
Referencia de par típica por aplicación
| Solicitud | Par recomendado |
|---|---|
| Selección SMT-y-Cabeza de colocación | Por debajo de 0,5 N·m |
| Plataforma de transferencia | 1–3 N·m |
| Mecanismo de elevación | 4–7 N·m |
| Articulación del brazo robótico | 4–10 N·m |
| Mesa giratoria-de servicio pesado | Por encima de 10 N·m |
Sin embargo, muchos ingenieros se encuentran con una situación frustrante:
El cálculo del par es correcto, se incluyen suficientes márgenes de seguridad, pero la máquina aún vibra, se sobrepasa o lucha por lograr un posicionamiento estable.
En muchos casos, la respuesta está en el ratio de inercia.
Relación de inercia: la verdadera clave para el rendimiento del servosistema
Si el par determina si una máquina puede moverse, la relación de inercia determina si puede moverse con suavidad y precisión.
La relación de inercia se calcula como:
Relación de inercia=Inercia de carga ÷ Inercia del rotor del motor
A primera vista, el concepto puede parecer abstracto. Una simple analogía hace que sea más fácil de entender.
Imagínese empujar un carrito de compras vacío en lugar de empujar uno completamente cargado con productos pesados. Ambos se pueden mover, pero el carro cargado es más difícil de acelerar, más difícil de detener y menos sensible a los cambios de dirección.
Los servomotores se comportan de forma muy similar.
Cuando la relación de inercia se vuelve demasiado grande, el motor debe trabajar más para controlar la carga, lo que a menudo genera problemas de rendimiento como:
Vibración excesiva del motor
Oscilación residual después de detenerse
Dificultad para aumentar las ganancias de los servos.
Precisión de posicionamiento inestable
Temperaturas más altas del motor
Estos síntomas se confunden frecuentemente con problemas de ajuste o potencia insuficiente del motor, cuando el problema real suele ser una mala adaptación de la inercia.
Relaciones de inercia recomendadas para mecanismos de accionamiento comunes
| Tipo de unidad | Relación de inercia recomendada |
|---|---|
| Accionamiento por husillo de bolas | 3–5 |
| Transmisión por correa de distribución | 5–8 |
| Sistemas reductores de engranajes | 8–10 |
| Condición ideal | Menor o igual a 5 |
Para la mayoría de los equipos de automatización, mantener una relación de inercia inferior a 5 simplifica significativamente la puesta en servicio y mejora la estabilidad general del sistema.
Otra consideración importante es la reducción de engranajes. Una caja de cambios no solo aumenta el par de salida sino que también reduce la inercia de carga reflejada vista por el motor. Por ejemplo, una caja de cambios 10:1 puede, en teoría, reducir la inercia reflejada a aproximadamente 1/100 de su valor original, lo que facilita mucho que el servosistema logre un control estable.
Tres factores que a menudo se pasan por alto y que afectan la confiabilidad-a largo plazo
Muchas máquinas funcionan bien durante las pruebas iniciales, pero meses después comienzan a experimentar problemas de rendimiento. En muchos casos, la causa fundamental no es el torque o la inercia, sino detalles que se pasaron por alto durante la etapa de selección.
No te centres sólo en la velocidad nominal
La mayoría de los servomotores industriales están disponibles con velocidades nominales de 3000 rpm o 5000 rpm.
Un error común es suponer que una velocidad más alta significa automáticamente un mejor rendimiento.
En realidad, el par continuo suele disminuir a medida que aumenta la velocidad. Los ingenieros siempre deben revisar la curva de velocidad de torsión-del motor y verificar que haya suficiente torsión disponible a la velocidad de funcionamiento prevista.
La selección del codificador afecta directamente la precisión
Para equipos de automatización general, suelen ser suficientes codificadores de 17 o 20 bits.
Para robótica, sistemas de posicionamiento de precisión, equipos semiconductores y otras aplicaciones de alto nivel-, los codificadores de 23 bits proporcionan una resolución de retroalimentación y una precisión de posicionamiento significativamente mayores.
Los ingenieros también deben determinar si la máquina requiere:
Retención de posición después de una pérdida de energía
Recuperación automática de coordenadas después del reinicio.
Si se requieren estas funciones, generalmente la opción preferida es un codificador absoluto.
Los ejes verticales siempre deben utilizar un freno
Este es uno de los errores que más frecuentemente se pasa por alto y que es potencialmente costoso.
Todo eje afectado por la gravedad deberá estar equipado con un freno de parada.
Sin un freno, un corte de energía o una parada de emergencia pueden permitir que la carga caiga libremente, dañando potencialmente el equipo, las piezas de trabajo o creando riesgos de seguridad.
El coste adicional de un freno es insignificante en comparación con el coste de un accidente inesperado.
¿Por qué cada vez más AGV y AMR adoptan servosistemas de bajo voltaje?
A medida que los AGV, AMR, carretillas elevadoras autónomas y robots de almacén se vuelven cada vez más populares, los servosistemas tradicionales de 220 V CA están siendo reemplazados gradualmente por servosoluciones de bajo voltaje.
En comparación con los servosistemas de CA convencionales, los servomotores de bajo voltaje ofrecen varias ventajas:
Integración directa con sistemas de baterías de litio.
Mayor eficiencia energética
Arquitectura eléctrica simplificada
Seguridad operativa mejorada
Menores costos generales del sistema
Estos beneficios hacen que la servotecnología de bajo voltaje sea una opción ideal para aplicaciones robóticas móviles.
Para respaldar la creciente demanda de logística inteligente y robots móviles autónomos,herramientasha desarrollado elSistema de accionamiento y servomotor de bajo voltaje serie PLT.
Diseñada específicamente para vehículos industriales y robots móviles-que funcionan con baterías, la serie PLT admite voltajes de funcionamiento de 24 V a 72 V y ofrece un rendimiento dinámico excelente, un control de velocidad preciso y un funcionamiento confiable.
Las aplicaciones típicas incluyen:
Sistemas de propulsión AGV
Robots móviles AMR
Carretillas elevadoras autónomas
Equipos de automatización de almacenes.
Sistemas logísticos inteligentes
Robots de servicio móviles
Combinada con la comunicación CANopen y la perfecta integración con unidades de ruedas motrices AGV, sistemas de transmisión diferencial y unidades de dirección, la serie PLT ayuda a los fabricantes a construir sistemas de control de movimiento más eficientes e inteligentes.
Reglas de selección de servomotores de un vistazo
| Parámetro | Recomendación |
|---|---|
| Margen de par nominal | Mayor o igual a 1,5× |
| Margen de par máximo | Mayor o igual a 2× |
| Relación de inercia ideal | Menor o igual a 5 |
| Aplicaciones de alta-inercia | Considere la reducción de engranajes |
| Eje vertical | Freno requerido |
| Posicionamiento de alta-precisión | Codificador mayor o igual a 20 bits |
| Robots móviles | Servo de bajo voltaje preferido |
Conclusión
Muchos ingenieros que se inician en la selección de servomotores se centran principalmente en el par.
Sin embargo, la experiencia de proyectos en el mundo real-revela rápidamente una verdad más importante:
El par determina si la carga puede moverse, mientras que la coincidencia de inercia determina si el sistema puede moverse de manera suave y confiable.
Al mismo tiempo, factores como la selección del codificador, los sistemas de frenado y las clasificaciones de protección ambiental desempeñan un papel fundamental en la confiabilidad a largo plazo-.
Abordar estas consideraciones durante la etapa de diseño es mucho más eficaz que pasar días solucionando problemas de rendimiento después de la instalación.
Para equipos de automatización, AGV, AMR, montacargas autónomos y sistemas de logística inteligente, la selección adecuada de servomotores no se trata simplemente de elegir una potencia nominal-sino de encontrar el equilibrio óptimo entre rendimiento, eficiencia, confiabilidad y costo.
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