DC Motor ve Dişli Motor: Hangisi Uygulamanıza Uygun?

Standart bir DC motor hızlı döner ancak düşük tork üretir. dişli motor hızı torkla değiştirmek için aynı DC motoru bir dişli kutusuyla eşleştirir . Uygulamanızın yük altında düşük devirde bir şeyi kaldırması, çekmesi veya döndürmesi gerekiyorsa dişli motor neredeyse her zaman daha iyi bir seçimdir. Soğutma fanı gibi hafif yüklerle yüksek hızlı dönüşe ihtiyacınız varsa, düz bir DC motor iyi çalışır ve daha az maliyetlidir.

Bu ikisi arasındaki kafa karışıklığı aslında hangisinin "daha iyi" olduğu ile ilgili değil. Bu, motor çıkışını işin mekanik talepleriyle eşleştirmekle ilgilidir. Aşağıda bunların nasıl farklılaştığı, her birinin nereye uyduğu ve bir boyutun nasıl belirleneceğine ilişkin pratik bir döküm yer almaktadır. küçük dişli motor ilk kez doğru şekilde.

Bir DC Motoru Dişli Motordan Aslında Ne Ayırır?

Bir DC motor, elektrik enerjisini doğrudan dönme hareketine dönüştürür. Çıkış mili, motorun iç sargısı ve geriliminin ürettiği hızda döner; genellikle 3.000 - 12.000 RPM küçük hobi ve endüstriyel motorlar için. Bu hızlıdır ancak şafttaki tork düşüktür çünkü herhangi bir mekanik avantaj söz konusu değildir.

Bir dişli motoru aynı dönen şaftı alır ve çıkış son mile ulaşmadan önce onu bir dişli takımı (düz dişliler, planet dişliler veya sonsuz dişliler) boyunca çalıştırır. Her vites kademesi hızı azaltır ve torku orantılı olarak artırır. Doğal olarak 10.000 RPM'de dönen bir motor, 100:1 dişli kutusundan yalnızca 100 RPM'de çıkabilir, ancak kabaca 100 kat daha fazla tork (eksi mekanik kayıplar, tipik olarak %10-20).

Bu Takas Uygulamada Neden Önemli?

Tork aslında mekanik işi yapan şeydir; bir tekerleği sürtünmeye karşı döndürmek, bir kapıyı kaldırmak veya bir taşıma bandını hareket ettirmek. Düşük torkla yüksek devirde dönen çıplak bir DC motor, gerçek dirençle karşılaştığı anda duracaktır. Hızın düşürülmesi, aynı motorun arkasında kütle ve yük bulunan bir şeyi hareket ettirebilmesini sağlayan şeydir.

Temel Spesifikasyonların Yan Yana Karşılaştırması

Aşağıdaki tablo, küçük bir 12V DC motor için, dişli kutusu takılı aynı motorla karşılaştırıldığında tipik performans aralıklarını göstermektedir.

şunu unutmayın Dişli oranı arttıkça verimlilik düşer çünkü her ilave dişli kademesi sürtünme kayıplarına neden olur. 10:1 dişli kutusu %85 verimliliği koruyabilirken, 300:1 planet dişli kutusu %50-60'a düşebilir.

Düz DC Motor Doğru Çağrı Olduğunda

Uygulamanın kuvvetten çok hıza ihtiyaç duyduğu ve yükün hafif olduğu veya halihazırda serbestçe döndüğü durumlarda dişli kutusunu atlayın. Yaygın kullanım durumları şunları içerir:

• Hedefin tork değil hava akışı olduğu soğutma fanları ve üfleyiciler
• Küçük dronlar ve RC araç pervaneleri
• Telefonlarda ve giyilebilir cihazlarda titreşim motorları
• Döner kesiciler veya matkaplar gibi aletler için yüksek hızlı miller
• Sistemin başka yerlerinde halihazırda harici dişli veya kayış kullanan uygulamalar

Bu durumlarda, dişli kutusunun eklenmesi gerçek bir fayda sağlamadan yalnızca maliyeti, boyutu ve mekanik kaybı artırır.

Küçük Bir Dişli Motor Ekstra Maliyete Değer Olduğunda

Küçük bir dişli motor, yük harekete direndiğinde daha yüksek fiyat kazanır; bu, hareketi başlatmak veya sürdürmek için gerçek güç gerektirdiği anlamına gelir. Tipik senaryolar şunları içerir:

1. Yük altında sabit bir konumu kaldırması veya tutması gereken robotik kollar ve aktüatörler
2. Kapı açıcıları da dahil olmak üzere pencere ve kapı otomasyon sistemleri
3. Ürünü sürtünmeye karşı hareket ettiren konveyör sistemleri
4. Hassas, yavaş hareket gerektiren kamera gimballeri ve pan-tilt mekanizmaları
5. Otomatlar ve dağıtım mekanizmaları
6. Pille çalışan tekerlekli sandalyeler ve mobilite cihazları

Gerçek Dünyadan Bir Boyutlandırma Örneği

500 gramlık bir yükü 5 cm yarıçapta kaldırması gereken küçük bir robot kol eklemini düşünün. Bu kabaca gerektirir 25 kg·cm tork eklem yerinde. 1 kg·cm'lik durma torku üreten çıplak bir DC motor bunu yapamaz; hemen durur. Aynı motorun 30:1 dişli kutusuyla eşleştirilmesi, kullanılabilir torku yaklaşık 25-27 kg·cm'ye getirir (%15 mekanik kayıp anlamına gelir), bu da tam aralıktadır. Bu, çalışan bir tasarımı yanmış bir motordan ayıran hesaplamadır.

Doğru Dişli Oranı Nasıl Seçilir

Dişli oranının seçilmesi tahmine dayalı bir işlem değildir; doğrudan tork ve hız gereksinimlerinize göre belirlenir. Bu temel işlemi kullanın:

1. Yük ağırlığına ve kaldıraç kolu mesafesine göre çıkış milinde ihtiyaç duyulan torku hesaplayın
2. Temel motorun durma torkunu ve yüksüz hızını veri sayfasından kontrol edin
3. Gerekli minimum dişli oranını tahmin etmek için gerekli torku motorun nominal torkuna bölün.
4. Dişli kutusu kayıplarını hesaba katmak ve motorun durma koşullarında çalışmasını önlemek için %20-30'luk bir güvenlik marjı ekleyin
5. Ortaya çıkan çıktı hızının hâlâ uygulamanızın zamanlama ihtiyaçlarını karşıladığından emin olun

Motorun durma torkuna çok yakın çalıştırılması sürekli olarak aşırı ısınmaya ve erken arızaya neden olur. Çoğu küçük dişli motor tasarımı, nominal durma torkunun %50-70'inde çalışırken en iyi performansı gösterir , yük değişimi için boşluk bırakıyor.

İkisi Arasında Seçim Yaparken Yaygın Hatalar

DIY ve hatta bazı ticari tasarımlarda tekrar eden birkaç hata ortaya çıkıyor:

• Tork gereksinimlerini tamamen göz ardı ederek, yalnızca voltaj ve devir sayısına dayalı bir motor seçmek
• Daha yüksek bir dişli oranının her zaman daha güvenli olduğunu varsaymak; aşırı azaltma verimliliği boşa harcar ve gereksiz boyut ve maliyet ekler
• Hassas uygulamalarda konumlandırma hatasına neden olan daha ucuz dişli kutularındaki boşlukların gözden kaçırılması
• Görev döngüsünün göz ardı edilmesi — aralıklı kullanım için derecelendirilmiş bir dişli motor, sürekli çalıştırıldığında aşırı ısınır

Üreticinin veri sayfasının hem durma torku hem de sürekli tork değeri açısından kontrol edilmesi, tasarım tamamlanmadan önce bu sorunların çoğundan kaçınılmasını sağlar.