Mô-men liên tục so với mô-men đỉnh: chu kỳ làm việc, giới hạn nhiệt, đường cong mô-men-tốc độ

Mọi bảng thông số của một động cơ BLDC đều thu gọn về một hình ảnh: một đường cong mô-men-tốc độ, một đường thẳng đi xuống khi tốc độ tăng lên. Cùng hình ảnh đó mang hai con số thường bị nhầm lẫn — mô-men liên tục, mô-men mà động cơ giữ được khi còn nằm trong định mức nhiệt của nó, và mô-men đỉnh, mô-men mà nó có thể tạo ra trong một cửa sổ ngắn và không hơn thế. Phân biệt hai điều đó là việc đọc đường cong mô-men-tốc độ theo đúng cách nó được vẽ: như một ranh giới điện có gắn kèm một câu hỏi về nhiệt. Bài này đi theo đường thẳng đó qua sáu mô-đun CubeMars, từ một bộ truyền động khớp có hộp giảm tốc 64:1 xuống tới một động cơ gimbal dẫn động trực tiếp, và nêu rõ điều đường cong hứa hẹn, điều nó để ngỏ, và cách chất vấn những con số đứng sau nó.

Một đường cong mô-men-tốc độ cho thấy điều gì

Một đường cong mô-men-tốc độ vẽ mô-men đầu ra theo tốc độ quay. Mô-men nằm trên trục tung, tốc độ nằm trên trục hoành, và vùng làm việc của động cơ nằm dưới một đường thẳng bắt đầu cao ở phía trái — tốc độ thấp, mô-men cao — rồi đi xuống về bên phải cho tới khi cắt trục tốc độ tại tốc độ không tải. Về nguyên tắc, mọi điểm nằm dưới đường thẳng là một tổ hợp mô-men và tốc độ mà động cơ có thể vận hành. Bản thân đường thẳng là ranh giới, và mọi điều mà một kỹ sư chọn lựa làm với một bảng thông số đều bắt đầu từ việc đọc ranh giới đó cho đúng — đó chính là điều mà phần còn lại của bài này thực hành trên các dòng đường cong mô-men-tốc độ của sáu mô-đun thực tế.

Hai trục và hai giới hạn

Hai giới hạn tách biệt tạo nên bức tranh đó. Giới hạn thứ nhất là điện. Khi rôto quay nhanh hơn, phản điện động sinh ra trong cuộn dây tăng lên, phần dư địa điện áp còn lại để đẩy dòng điện vào các pha thu hẹp lại, và mô-men mà driver có thể duy trì giảm xuống. Đó là nguồn gốc của sườn dốc đi xuống. Giới hạn thứ hai là nhiệt. Dòng điện chạy qua điện trở của dây đồng xả nhiệt vào cuộn dây; một hộp giảm tốc góp thêm tổn thất ma sát của chính nó; và mỗi linh kiện có một nhiệt độ mà nó không được vượt qua để các vật liệu — lớp cách điện, nam châm, chất bôi trơn — còn sống sót. Trên một đường cong mô-men-tốc độ, chỉ giới hạn thứ nhất trong hai giới hạn là được vẽ ra. Định mức mô-men liên tục đã công bố mô tả mô-men mà một mô-đun được quy định duy trì trong các điều kiện vận hành và điều kiện nhiệt mà nhà sản xuất nêu: giới hạn điện chặn mô-men khả dụng tại một tốc độ cho trước, giới hạn nhiệt chặn phần nào của khả năng đó được duy trì theo thời gian, và trên một bộ truyền động tích hợp, tổn thất hộp giảm tốc cùng các giới hạn của driver hay của linh kiện cũng định hình vùng liên tục dùng được. Dòng đó chính là thứ tách một con số mà một khớp có thể dựa vào suốt cả ngày khỏi một con số mà nó chỉ có thể ghé qua.

Một đường cong mô-men-tốc độ được vẽ chỉ từ giới hạn điện vì thế là một tài liệu lạc quan. Nó trả lời điều mà driver có thể ép động cơ làm; nó không trả lời động cơ còn làm được điều đó trong bao lâu. Nửa nhiệt của câu trả lời nằm ở những dòng riêng — dòng định mức, mức tăng nhiệt, chu kỳ làm việc — và ở khoảng trống giữa con số mô-men liên tục và con số mô-men đỉnh. Đọc một đường cong mô-men-tốc độ nghĩa là đọc cả hai nửa cùng nhau, và nửa thứ hai chính là nửa mà bản thân đường thẳng giấu đi.

Vì sao đường thẳng đi xuống

Độ dốc của một đường cong mô-men-tốc độ không phải một điểm yếu của động cơ; nó là hệ quả của một điện áp bus cố định. Ở trạng thái đứng yên, phản điện động bằng không, nên driver không phải thắng một điện áp do tốc độ sinh ra. Dòng điện và mô-men đạt được tại đó vẫn bị chặn bởi bộ điều khiển, điện trở cuộn dây, giới hạn dòng của driver và các điều kiện vận hành. Khi tốc độ tăng, phản điện động chiếm nhiều hơn phần điện áp nguồn, phần còn lại để đẩy dòng điện ít đi, và mô-men khả dụng giảm gần như tuyến tính cho tới khi hai điện áp cân bằng và không còn dòng điện: điểm cắt đó là tốc độ không tải. Thay đổi điện áp cấp thì toàn bộ đường thẳng dịch chuyển theo, đó là lý do cùng một động cơ có thể công bố nhiều đường cong mô-men-tốc độ khác nhau trên một bảng thông số.

Động cơ inrunner không vỏ RI80 V2.0 cho thấy hiệu ứng đó trải trên ba mức điện áp bus. Các tốc độ không tải đã công bố đạt 1480 rpm ở 24 V, 2220 rpm ở 36 V và 2960 rpm ở 48 V — cùng một stator và một rôto được vẽ thành ba đường cong mô-men-tốc độ, mỗi đường kéo dài thêm trên trục tốc độ khi điện áp cấp tăng lên. Các tốc độ định mức đã công bố dịch chuyển theo cùng cách: 1135, 1785 và 2430 rpm. Một mô-đun được quy định theo đường cong 24 V sẽ không đạt tới những tốc độ mà đường cong 48 V hứa hẹn, và một đường cong mô-men-tốc độ được đọc mà thiếu điện áp bus của nó thì chỉ là một nửa tài liệu.

Mô-men liên tục so với mô-men đỉnh: đường thẳng nằm ở đâu

Mô-men liên tục là con số mà một động cơ duy trì trong khi nhiệt độ của nó ổn định chứ không tăng lên — tải mà nó mang được suốt phiên làm việc trọn vẹn của một cỗ máy trong định mức nhiệt của nó. Mô-men đỉnh là một hạn ngạch nhất thời: mô-men khả dụng trong khoảng ngắn mà một khớp tăng tốc, một chân chống đẩy xuống, một bộ kẹp bắt lấy một tải. Hai con số là hai cách đọc cùng một đường cong mô-men-tốc độ ở những thời lượng phơi nhiễm khác nhau, và gộp chúng vào nhau là lỗi định cỡ phổ biến nhất trong thiết kế khớp. Một mô-đun được định cỡ theo mô-men đỉnh sẽ quá nhiệt khi tải là liên tục; một mô-đun được định cỡ chỉ theo mô-men liên tục có thể nặng và chậm hơn mức nhiệm vụ cần. Một đường cong mô-men-tốc độ được vẽ cho một khớp robot được đọc đối chiếu với đúng câu hỏi đó: có bao nhiêu phần của đường thẳng là chỗ có thể sống được, và sống được trong bao lâu.

Tỷ số đỉnh trên định mức trên sáu mô-đun

Chia dòng mô-men đỉnh đã công bố của một đường cong mô-men-tốc độ cho dòng mô-men liên tục đã công bố và sáu mô-đun được so sánh trong bài này rơi vào một dải hẹp. Phép tính ra 120 Nm trên 48 Nm, tức 2.5, trên AK80-64 KV80; 72 trên 24, tức 3.0, trên AK60-39 V3.0; 53 trên 18, khoảng 2.9, trên AK10-9 V3.0; 5.5 trên 1.8, khoảng 3.1, trên AKE40-6; 4.1 trên 1.45, khoảng 2.8, trên RI80 V2.0; và 1.5 trên 0.6, lại là 2.5, trên GL60 II. Đó là các tỷ số dẫn xuất, được tính từ những con số đã công bố chứ không được công bố như những dòng thông số, và trên mẫu này tỷ số đỉnh trên định mức dẫn xuất trải từ khoảng 2.5 tới 3.1. Dải đó mô tả sáu mô-đun này, chứ không phải một dải thông số phổ quát. Tỷ số phụ thuộc vào dòng đỉnh mà driver cho phép, khoảng thời gian dòng đó được phép chảy, khối lượng nhiệt và khả năng làm mát của mô-đun, các giới hạn cơ khí của hộp giảm tốc và tầng đầu ra, cùng các định nghĩa mà nhà sản xuất áp dụng cho mô-men định mức và mô-men đỉnh. Khi đánh giá một mô-đun khác, cần kiểm tra những định nghĩa đó cùng với bất kỳ khoảng thời gian hay điều kiện thử nghiệm nhiệt đã công bố, chứ không nên coi dải này như một chuẩn đạt-trượt.

Nơi phần mô-men đỉnh thêm vào đến từ là dòng điện, không phải từ tính. AK60-39 V3.0 công bố 4.5 A dòng định mức đối với 17 A dòng đỉnh; AK10-9 V3.0 công bố 10.7 A đối với 31.9 A; AKE40-6 công bố 2.5 A đối với 8 A. Mạch từ không mạnh lên khi một mô-đun bước vào vùng đỉnh của nó — driver chỉ đẩy thêm dòng điện, và với một cuộn dây cho trước trong các điều kiện có thể so sánh được, tổn thất đồng tăng xấp xỉ theo bình phương của dòng điện. Vận hành ở ba lần dòng điện vì thế kéo theo khoảng chín lần tổn thất ở cuộn dây, đó là lý do vùng đỉnh được giới hạn bằng thời gian còn vùng liên tục thì không. Tỷ số mô-men đỉnh trên mô-men liên tục tuy nhiên không nên được đọc như một tỷ số dòng điện trực tiếp: hằng số mô-men, các định nghĩa định mức, giới hạn của driver và phía của hộp giảm tốc mà các con số được đo trên đó đều khác nhau giữa những mô-đun được so sánh ở đây. Điều còn đúng là hướng của sự đánh đổi — thêm mô-men được mua bằng thêm dòng điện, và dòng điện được trả bằng nhiệt.

Những hệ quả chọn lựa của cái giá đó — một khớp thực sự cần bao nhiêu mô-men và ngân sách nhiệt đi đâu — được làm rõ trong Cách chọn bộ truyền động robot mô-men cao, bài xét đầu mô-men cao của cùng câu hỏi từ phía định cỡ.

Mô-men định mức, mô-men kẹt và đường đi của nhiệt

Mô-men định mức và mô-men liên tục được dùng thay thế cho nhau trên hầu hết bảng thông số trong hạng này, và để chọn lựa thực tế chúng có thể được đọc như cùng một phát biểu: mô-men mà tại đó mô-đun chạy ở trạng thái nhiệt ổn định, phần bằng phẳng của đường cong mô-men-tốc độ mà một cỗ máy có thể sống trên đó. Mô-men kẹt thì khác. Nó là mô-men ở tốc độ bằng không dưới dòng điện lớn nhất — điểm đầu phía trên bên trái của đường cong mô-men-tốc độ — và trên một động cơ BLDC đó là một điểm mà cuộn dây chỉ có thể chiếm giữ trong thời gian ngắn, vì tốc độ bằng không nghĩa là không có làm mát đối lưu từ rôto trong khi nhiệt trở đang ở mức cao nhất. Một động cơ giữ mô-men kẹt là một cái lò sưởi có gắn trục. Những bảng thông số in một con số mô-men kẹt mà không có thời lượng đang in một ranh giới điện chứ không phải một điểm vận hành.

Nhiệt đến từ đâu

Ba nguồn nhiệt nằm bên trong một bộ truyền động có hộp giảm tốc, và mỗi nguồn chiếm ưu thế ở một góc khác nhau của đường cong mô-men-tốc độ. Tổn thất đồng tỷ lệ với bình phương dòng điện và chiếm ưu thế ở tốc độ thấp cùng mô-men cao — vùng đỉnh. Tổn thất sắt tỷ lệ với tốc độ và từ thông, và chúng chạy ngay cả khi động cơ mang tải nhẹ. Tổn thất hộp giảm tốc bám theo mô-men truyền qua và tỷ số, và chúng đổ vào vỏ chứ không phải vào cuộn dây, điều quan trọng vì vỏ và cuộn dây có những hằng số thời gian nhiệt khác nhau. Đường thoát nhiệt từ mỗi nguồn ra không khí môi trường — qua stator, vỏ, mặt bích lắp — quyết định mức độ nhanh chóng mà mỗi nguồn tích tụ lại. Một mô-đun bắt bu lông vào một khung nhôm thoát nhiệt khác với cùng mô-đun treo trên một giá đỡ in, và không điều kiện nào trong hai điều kiện đó hiện ra trên đường cong mô-men-tốc độ.

Đây là giới hạn trung thực của việc đọc đường cong. Con số mô-men liên tục được công bố được đo trong những điều kiện thử nghiệm của nhà sản xuất, mà thường nghĩa là một cách lắp đặt được quy định và một nhiệt độ môi trường được quy định, và bảng thông số hiếm khi nhắc lại chúng. Ở chỗ ứng dụng rời khỏi những điều kiện đó, con số mô-men liên tục dùng được sẽ dịch chuyển, và hướng dịch chuyển là đi xuống. Đó cũng là lý do dòng mô-men liên tục, chứ không phải dòng mô-men đỉnh, là dòng đáp lại chất lượng lắp đặt.

Điện áp bus dịch chuyển toàn bộ đường cong

Các dòng định mức thay đổi theo điện áp cấp, và RI80 V2.0 công bố toàn bộ bức tranh: 1.45 Nm mô-men định mức với các tốc độ định mức 1135, 1785 và 2430 rpm đối với 24, 36 và 48 V. GL60 II KV28 công bố cùng hiệu ứng đó như hai bảng thông số trên một trang. Ở điện áp làm việc 16 V, động cơ gimbal liệt kê 1 Nm mô-men đỉnh và 153 rpm tốc độ định mức; bảng thông số 24 V liệt kê 1.5 Nm và 319 rpm. Hai bảng thông số ghi cùng một khối lượng động cơ và cùng một cách bố trí 24N28P trong khi công bố các con số tốc độ định mức và mô-men đỉnh khác nhau, đó là lý do điện áp cấp được quy định phải là một phần của bất kỳ cách đọc nào đối với đường cong mô-men-tốc độ đã công bố. Việc các điều kiện thử nghiệm của nhà sản xuất còn có thể so sánh được hay không thì không được nêu trên trang, nên toàn bộ sự khác biệt không nên được quy cho riêng điện áp trước khi điều đó được xác nhận. Khi hai bảng thông số không thống nhất về những động cơ tương tự, điện áp bus mà đường cong được vẽ tại đó nằm trong những điều cần kiểm tra trước tiên.

Trên một bus 48 V, cùng nền vật lý đó nâng tốc độ lên và thay đổi bức tranh hệ thống theo những cách vượt ra ngoài động cơ, và những ràng buộc đó — khả năng cung cấp nguồn, an toàn, tương thích driver — được trình bày trong Bộ truyền động robot 48 V: các mẫu, lợi ích hiệu năng và ràng buộc hệ thống.

Chu kỳ làm việc: mô-men đỉnh kéo dài bao lâu

Một con số mô-men đỉnh thiếu thời lượng là một lời hứa thiếu đồng hồ, và bản thân đường cong mô-men-tốc độ thì câm lặng về thời gian: nó cho thấy điều driver có thể ra lệnh, và không nói gì về mức độ thường xuyên hay khoảng thời gian. Thời lượng được đặt bởi mức tăng nhiệt: cuộn dây nóng lên tới giới hạn của nó với tốc độ phụ thuộc vào bình phương dòng điện, và vùng đỉnh kết thúc khi nhiệt độ tới đó. Hầu hết trang mô-đun trong hạng này không in một con số cho điều đó, vì câu trả lời trung thực phụ thuộc vào việc mô-đun bắt đầu từ đâu về mặt nhiệt, cách nó được lắp, và điều gì xảy ra giữa các sự kiện đỉnh. Chu kỳ làm việc là nhịp cầu giữa nửa điện và nửa nhiệt của một đường cong mô-men-tốc độ, và nó là nơi một hồ sơ tải chạm vào các giới hạn của mô-đun. Điều mà các trang này có công bố thì đủ để suy luận: con số liên tục như mỏ neo ổn định, cặp dòng điện như hệ số nhân lên mức sinh nhiệt, và trên một số trang là những điểm vận hành đo được mô tả trực tiếp vùng duy trì được.

Đọc một bảng mức tăng nhiệt

Trang AKE40-6 KV90 liệt kê các điểm vận hành đã đo thay vì một đường cong được vẽ: 1.5 Nm ở 260 rpm, 2 Nm ở 233 rpm và 2.5 Nm ở 206 rpm. Đọc cùng nhau, ba điểm cho thấy mô-men duy trì được tăng lên khi tốc độ mà nó được ghi tại đó giảm xuống. Chúng mô tả hiệu năng vận hành đã được ghi nhận tại ba tổ hợp mô-men và tốc độ đó. Đứng riêng rẽ, chúng không phải một đường cong mô-men-tốc độ đầy đủ, không phải một đặc tả thời lượng mô-men đỉnh, và không phải một giới hạn chu kỳ làm việc, và trang này cũng không công bố thời lượng thử nghiệm, cách lắp đặt hay điều kiện môi trường đứng sau chúng. Trước khi các điểm đó được đặt đối chiếu với các con số 1.8 Nm liên tục và 5.5 Nm đỉnh đã công bố, những định nghĩa và điều kiện thử nghiệm đứng sau mỗi định mức trong số đó cần được xác nhận với nhà sản xuất. Điều mà trang này thực sự cung cấp thì không thường thấy: những điểm đo được chứ không phải một con số tiêu đề duy nhất, để từ đó phần duy trì được của đường cong mô-men-tốc độ có thể được suy luận chứ không phải được giả định.

Với một cỗ máy đang chuyển động, chu kỳ làm việc là phép tính dáng đi. Một chân robot bốn chân đòi mô-men cao trong pha chống và hầu như không đòi gì trong pha vung, nên khớp dành một phần của mỗi bước chân ở vùng đỉnh và phần còn lại để nguội đi — cách khoản ngân sách đó được rút ra trên một chu kỳ dáng đi trọn vẹn, và nó làm gì với các giới hạn mô-men, tốc độ và nhiệt của những động cơ, được làm rõ trong Chọn động cơ BLDC cho robot bốn chân: mô-men, tốc độ và giới hạn nhiệt. Cùng phép tính đó chi phối một tay máy bắt lấy một tải, một bộ xương ngoài hỗ trợ một bước chuyển, hay bất kỳ ứng dụng nào mà tải của nó là một chuỗi sự kiện chứ không phải một hằng số. Con số mà một dáng đi đi tới là một yêu cầu mô-men liên tục trước tiên và một yêu cầu mô-men đỉnh sau đó, và chỉ yêu cầu đầu tiên trong hai yêu cầu là nơi có thể sống được trên một đường cong mô-men-tốc độ.

Đọc một đường cong mô-men-tốc độ trên các bảng thông số thực tế

Các bảng thông số nén đường cong mô-men-tốc độ thành những dòng, và sự nén đó làm mất ngữ cảnh trừ khi người đọc biết mỗi dòng được đo ở phía nào của hộp giảm tốc và mỗi dòng giả định điện áp bus nào — hai mảnh ngữ cảnh mà một đường cong mô-men-tốc độ không thể mang trong một ô bảng. Hai dòng mô-men liên tục và mô-men đỉnh dưới đây được sao lại chính xác như đã công bố. Sáu mô-đun trải toàn bộ dải — một tỷ số giảm tốc sâu 64:1, một tỷ số trung bình 39:1, một tỷ số nông 9:1, một bộ gần như dẫn động trực tiếp 6:1, và hai động cơ dẫn động trực tiếp không có tầng nào cả — điều khiến bảng này tự nó đã là một bài tập đọc.

Sáu mô-đun như một tập thông số

Các dòng theo công bố trên mỗi trang sản phẩm của nhà sản xuất, với những con số đa điện áp được sao lại chính xác như đã in: AK80-64 công bố một tốc độ định mức cho mỗi điện áp bus và RI80 công bố một tốc độ cho mỗi mức điện áp bus. Tốc độ định mức của bốn bộ truyền động tích hợp là các con số phía đầu ra, được lấy sau tầng giảm tốc; hai động cơ dẫn động trực tiếp công bố tốc độ phía động cơ. Tên mẫu đã mang giá trị KV, nên không có cột KV riêng. Những con số này được sao lại từ các trang nhà sản xuất được dẫn; các định nghĩa định mức và điều kiện thử nghiệm có thể khác nhau giữa các mẫu, và mô-men đỉnh được công bố mà không có thời lượng trên các trang này, nên bảng này là một so sánh thông số chứ không phải một thử nghiệm hiệu năng có kiểm soát. Cần xác nhận các điều kiện vận hành và ranh giới đo lường trước khi dùng các giá trị này để định cỡ hệ thống.

Đọc xuôi hai cột mô-men thì câu chuyện tỷ số tự kể ra. AK80-64 công bố 48 Nm liên tục và 120 Nm đỉnh từ một vỏ 850 g vì một tầng hành tinh 64:1 nằm giữa cuộn dây và đầu ra. AK10-9 V3.0, một mô-đun lớn hơn và nặng hơn ở 940 g, công bố ít mô-men hơn — 18 Nm liên tục và 53 Nm đỉnh — vì tầng 9:1 của nó nhân ít hơn và nó mua tốc độ thay vào đó: 235 rpm tốc độ đầu ra định mức đối với 23 rpm ở đầu sâu của AK80-64 trên một bus 24 V. Không cột nào tốt hơn; chúng là những điểm khác nhau trên cùng một đường cong mô-men-tốc độ, được chọn cho những khớp khác nhau. Một đầu gối trên robot hình người và một khớp vai trên cánh tay máy gắp-đặt muốn những góc khác nhau của bức tranh.

Ngoài thực địa, AK80-64 và AK10-9 V3.0 xuất hiện ở đúng những vai trò đó — nghiên cứu tình huống ở trên ghép cặp chúng trong một nền tảng nghiên cứu phục hồi chức năng, nơi mô-đun tỷ số sâu cung cấp 48 Nm mô-men liên tục của nó tại các khớp tải cao và mô-đun tỷ số nông phục vụ nơi tốc độ đầu ra quan trọng. AKE40-6 bao phủ đầu đeo được của cùng họ sản phẩm, và vị trí của nó trong cuộc thảo luận về khớp bộ xương ngoài được trình bày trong AKE40-6 KV90 và AKE50-8 KV110: bộ truyền động QDD nhỏ gọn cho bộ xương ngoài.

Khi những con số đã công bố không tự kiểm chứng được

Các dòng định mức của một bảng thông số phải khép lại đối chiếu với nhau: nhân mô-men định mức với tốc độ định mức và với 0.10472 — hệ số đổi rpm sang radian trên giây — và kết quả phải rơi gần công suất định mức đã công bố. AK60-39 V3.0 khép lại gọn: 24 Nm mô-men liên tục của nó ở 70 rpm cho khoảng 176 W, đối với 176 W đã công bố. AK80-64 thì kém gọn hơn. Nó công bố 220 W công suất định mức cùng các tốc độ định mức 23 rpm ở 24 V và 48 rpm ở 48 V; phép tính cho khoảng 116 W ở điểm thứ nhất và khoảng 241 W ở điểm thứ hai, và con số đã công bố nằm giữa hai điểm điện áp đó chứ không khớp với điểm nào. Những dòng đã công bố không xác lập được việc con số công suất định mức và cả hai điểm mô-men cùng tốc độ riêng theo điện áp có nói về cùng một điều kiện vận hành hay không, nên sự khác biệt này cần được đánh dấu để xác minh với nhà sản xuất chứ không nên được quy cho một điều kiện thử nghiệm không được ghi lại hay được làm tròn đi. Bài học chung vẫn đứng: những con số đứng sau một đường cong mô-men-tốc độ xứng đáng được chất vấn trước khi một thiết kế cam kết với chúng, và một dòng không chịu khép lại đối chiếu với các dòng lân cận là một tín hiệu chứ không phải một lỗi đánh máy. Ở chỗ một con số không rõ ràng, tài liệu của nhà sản xuất cho mô-đun cụ thể là nguồn có thẩm quyền.

Tỷ số giảm tốc và tải phản hồi tại đầu ra

Một hộp giảm tốc đổi tốc độ đầu ra lấy sự nhân mô-men, điều khiến tỷ số giảm tốc trở thành một yếu tố lớn trong việc một mô-đun nằm ở đâu trên đường cong mô-men-tốc độ. Khả năng đầu ra của một mô-đun còn phụ thuộc vào chính động cơ, các giới hạn của driver, hiệu suất truyền động và các định mức vận hành của nhà sản xuất, nên tỷ số là một đòn bẩy chứ không phải toàn bộ bức tranh. Nó cũng mang theo những hệ quả mà đường cong không vẽ: trong một mô hình truyền động bánh răng lý tưởng, quán tính tải phản hồi về phía động cơ tỷ lệ với nghịch đảo bình phương của tỷ số; bản thân tầng truyền động góp thêm độ rơ và ma sát của riêng nó; và nó quyết định phần nào của một lực bên ngoài tại đầu ra tới được động cơ như một nhiễu mà bộ điều khiển có thể cảm nhận. Năm tỷ số trong bảng trên — 64:1, 39:1, 9:1, 6:1 và không có tầng nào — là năm câu trả lời khác nhau cho sự đánh đổi đó, mỗi câu đặt mô-đun tại một điểm khác nhau trên đường cong mô-men-tốc độ, chứ không phải năm cấp chất lượng.

Tỷ số tác động gì tới đầu ra

Trên các bộ truyền động tích hợp, mọi tốc độ được công bố là con số phía đầu ra, được lấy sau tầng truyền động. AK80-64 công bố 48 Nm mô-men liên tục của nó ở 23 rpm trên 24 V và ở 48 rpm trên 48 V; AK60-39 V3.0 công bố 24 Nm liên tục ở 70 rpm; AK10-9 V3.0 công bố 18 Nm liên tục ở 235 rpm. So sánh những dòng đó là so sánh những khớp hoàn chỉnh, và đó là sự so sánh mà một nhà thiết kế cỗ máy thực sự cần. Nhưng khi một đường cong mô-men-tốc độ được dẫn cho riêng động cơ trần bên trong mô-đun, tỷ số phải được áp dụng trước khi các con số có nghĩa gì đó tại đầu ra, và quên bước đó nằm trong những lỗi kinh điển của việc đọc bảng thông số. Cùng sự thận trọng đó chạy ngược lại với quán tính: trong một mô hình truyền động bánh răng lý tưởng, quán tính tải phản hồi về phía động cơ tỷ lệ với nghịch đảo bình phương của tỷ số giảm tốc, nên một tầng 64:1 phản hồi ít quán tính tải hơn đáng kể về phía động cơ so với một tầng 6:1. Động lực học thực tế của hệ thống còn phụ thuộc vào độ cứng truyền động, ma sát và phần còn lại của chuỗi dẫn động, đó là lý do các khớp dẫn động gần như trực tiếp cảm nhận tải trực tiếp hơn và các khớp tỷ số cao cảm nhận nó ít hơn.

Đầu tỷ số thấp của sự đánh đổi đó — một tầng 8:1 mua được gì về khả năng dẫn động ngược, quán tính phản hồi và độ trong suốt của lực, và nó tốn bao nhiêu mô-men — được xử lý sâu trong Bộ truyền động gần như trực tiếp: tỷ số 8:1 mang lại gì.

Dẫn động trực tiếp không có tầng truyền động

Bỏ tầng truyền động đi hoàn toàn thì đường cong thuộc về riêng động cơ. RI80 V2.0 được bán như một bộ kit không vỏ — stator và rôto, không vỏ, không vòng bi — và công bố 1.45 Nm liên tục cùng 4.1 Nm đỉnh ở các tốc độ phía động cơ từ 1135 rpm trở lên, tùy thuộc điện áp bus. GL60 II là một động cơ gimbal dẫn động trực tiếp được quy định ở 0.6 Nm mô-men liên tục và 1.5 Nm mô-men đỉnh trên bảng thông số 24 V của nó. Những dòng đó mô tả khả năng mô-men đã công bố của động cơ; việc một máy ảnh cho trước có giữ yên được trên một trục cho trước hay không phụ thuộc vào tải trọng, khối tâm của nó, cách bố trí trục, bộ điều khiển và các điều kiện vận hành, và hình dạng của vùng dùng được trên đường cong mô-men-tốc độ nên được lấy từ đường cong hay dữ liệu thử nghiệm do nhà sản xuất công bố chứ không nên được suy ra từ riêng các định mức mô-men. Bỏ tầng truyền động quả thật loại bỏ độ rơ do sự ăn khớp của bánh răng và sự phản hồi quán tính qua một chuỗi bánh răng, trong khi độ rơ của vòng bi, độ mềm của kết cấu và quán tính tải tác động trực tiếp lên trục vẫn còn đó. Cái giá phải trả là mật độ mô-men: để sánh 48 Nm liên tục mà không có tầng truyền động sẽ đòi một động cơ không vỏ với kích thước hoàn toàn khác, một câu chuyện về sự nhân quy mô được kể trong Động cơ mô-men xoắn không vỏ mô-men cao: mô-men đến từ đâu. Cách chọn chính bộ stator và rôto — kích thước bao, lỗ khoan, cách lắp tản nhiệt — được trình bày trong Động cơ mô-men xoắn không vỏ: chọn bộ stator và rotor cho khớp robot.

Câu hỏi thường gặp

Đọc đường cong là một mắt xích trong một chuỗi các quyết định về khớp. Phản hồi quyết định điều mà bộ điều khiển biết, và phía đo lường được trình bày trong Độ phân giải encoder tại khớp robot: bit, độ rơ và độ lặp lại. Tầng giảm tốc quyết định mô-men và quán tính dịch chuyển giữa động cơ và tải như thế nào, như đã trình bày ở trên. Mô-men, giới hạn nhiệt và chu kỳ làm việc quyết định phần nào của đường cong mô-men-tốc độ mà ứng dụng thực sự chiếm được — chủ đề của bài này. Các mô-đun có thể được lọc theo mô-men định mức và mô-men đỉnh trên các nhóm sản phẩm trong Lựa chọn và được đặt đối chiếu nhau trong So sánh sản phẩm, với dải tích hợp nằm dưới Bộ truyền động robot và các động cơ trần nằm dưới Động cơ mô-men xoắn không vỏ.