Chọn động cơ servo

  Động cơ servo

1.1 Động cơ servo là gì       

Động cơ servo là một bộ phận của hệ thống điều khiển chuyển động của máy móc. Động cơ Servo cung cấp lực chuyển động cần thiết cho các thiết bị máy móc khi vận hành.

Trong những năm gần đây, với các hệ thống tự động hóa (máy FA), một hệ thống máy có thể đáp ứng nhu cầu sản xuất nhiều loại sản phẩm và rút ngắn thời gian sản xuất đã trở nên cần thiết. Vì lý do này, việc xử lý các vấn đề nêu trên trở nên khó khăn nếu cứ sử dụng động cơ không đồng bộ điều khiển bằng cảm biến dừng hay là sử dụng xi lanh khí nén. Do đó, việc sử dụng động cơ servo với ưu thế có thể tự do điều khiển tốc độ và vị trí ngày càng trở nên phổ biến.

1.2 Động cơ servo và động cơ không đồng bộ khác nhau như thế nào?

Động cơ servo thường được sử dụng làm nguồn truyền động cho các thiết bị như cơ cấu gắp và thả vật (P&P), nhưng sự khác biệt so với động cơ không đồng bộ là gì?

Sự khác biệt đó là hai động cơ có cấu trúc bên trong khác nhau (cách bố trí cuộn dây và nam châm), nhưng điểm khác biệt lớn nhất là động cơ servo có thêm một bộ mã hóa encoder (quay) và vì thế bản thân động cơ có thể xác định được vị trí của chúng. Tốc độ (tốc độ quay) có thể được tính toán từ sự thay đổi vị trí theo thời gian. Điều này cho phép động cơ servo di chuyển đối tượng đến vị trí mục tiêu với tốc độ mong muốn .

Việc sử dụng động cơ servo có cấu hình hệ thống được mô tả trong sơ đồ sau đây.

Ví dụ về điều khiển vị trí

Hệ thống máy và tủ điện được mô hình hóa. Những gì bạn có thể nhìn từ sơ đồ trên gồm 3 khối và mỗi khối được phân biệt bởi đường nét đứt màu đỏ. Dây cáp kết nối chúng với nhau.

Khối thứ nhất gồm PLC và bộ phát xung được tích hợp sẵn trong PLC hoặc như là một mô đun mở rộng của nó. Khối thứ hai, khối điện tử công suất Driver (khối khuếch đại) được cấu tạo bởi mạch điều xung, mạch đệm để đóng mở các van bán dẫn công suất được tích hợp bên trong, và khối này được bố trí bên trong tủ điện. Khối thứ 3 là khối động cơ tích hợp bộ mã hóa được bố trí trong hệ thống máy.

PLC (bộ điều khiển) đưa ra các lệnh cho bộ phát xung. Dựa trên xung lệnh nhận được từ bộ phát xung, mạch điều xung và mạch đệm trong khối điện tử công suất Driver sẽ điều khiển đóng mở van công suất đưa dòng điện vào động cơ để làm nó quay. Khi động cơ quay, máy chuyển động và một tín hiệu (xung) phản hồi được truyền từ bộ mã hóa Driver. Driver sẽ đối chiếu vị trí mục tiêu đã ra lệnh với xung phản hồi, và nếu có dư hoặc thiếu, lượng đó sẽ được chuyển trở lại động cơ dưới dạng dòng điện. Mô tơ servo lặp lại điều khiển trên trong chu kỳ từ 1 ms (1/1000 giây) trở xuống.

Hình ảnh minh họa hệ thống điều khiển động cơ servo.

       2. Phân loại động cơ servo.

Có hai loại động cơ servo, loại quay và loại tuyến tính.

(Ngoài ra còn có loại dẫn động trực tiếp, nhưng vì ít đa dạng nên tôi sẽ bỏ qua trong bài viết này)

2.1 Động cơ servo loại quay.

Động cơ servo quay là loại được sử dụng phổ biến. Trong động cơ servo quay, bộ truyền động (cuộn dây) và bộ mã hóa (encoder) được tích hợp thành một khối đặt bên trong động cơ. Vì hình dạng là cố định nên rất dễ cân nhắc khi thiết kế.

Ngoài ra, về mặt điều khiển, thông tin động cơ được ghi bên trong bộ mã hóa và nhiều thông tin trong số đó được tự động nhận dạng khi kết nối với Driver.

2.2 Động cơ servo tuyến tính.

Tiếp theo là loại động cơ servo tuyến tính, trong vài năm gần đây, nó đã được sử dụng phổ biến cho các bộ truyền động một trục và ngày càng được nhìn thấy nhiều hơn.

Một ví dụ đơn giản, đó là tuyến tàu siêu tốc (tàu Shinkansen). (Nói một cách chính xác, nó khác với động cơ servo loại quay vì sự sắp xếp vị trí của cuộn dây và nam châm là khác nhau). Động cơ servo tuyến tính bao gồm bộ phận chuyển động (cuộn dây) và bộ phận stato (nam châm), và chỉ cần thêm một thanh dẫn hướng là có thể hoạt động. Ngoài ra, bằng cách kéo dài stato, về mặt lý thuyết nó có thể chạy dài vô hạn. Servo tuyến tính không được trang bị bộ mã hóa, vì vậy cần thiết lập và cài đặt riêng. Mặc dù nó được gọi là bộ mã hóa tuyến tính, có nhiều phương pháp phát hiện khác nhau (loại từ tính, loại quang học) dựa trên mức độ chính xác và độ phân giải, vì vậy hãy chọn nó tùy theo nhu cầu của bạn.

Sự khác biệt lớn nhất giữa servo quay và servo tuyến tính là những gì bộ mã hóa phát hiện. Servo quay phát hiện vị trí (góc) của trục động cơ, nhưng không nhìn thấy chính xác vị trí của tải phía trước. Ví dụ, nếu khớp nối bị trượt, vị trí được chỉ ra bởi bộ mã hóa sẽ khác với vị trí tải thực tế. Ngoài ra, hệ thống máy sử dụng vít me không thể phát hiện được lượng sai số do sự giãn nở nhiệt của vít me. Ngược lại, với các servo tuyến tính, bộ mã hóa sẽ phát hiện vị trí thực tế của tải. Do đó, vị trí được chỉ ra bởi bộ mã hóa chính xác là vị trí của tải. Bản thân bộ mã hóa cũng được làm bằng vật liệu có độ giãn nở nhiệt thấp (thủy tinh, v.v.) và có thể phát hiện vị trí với độ chính xác cao. Vì có sự khác biệt kể trên, các bạn hãy chọn động cơ theo điều kiện cần thiết và mục đích sử dụng.

       3. Những tính toán cần thiết khi lựa chọn động cơ servo.

Khi lựa chọn động cơ servo cần yêu cầu nhiều phép tính khác nhau, nhưng trước hết, chúng tôi nghĩ rằng tốt nhất là bạn hãy cố gắng tính toán được hai đại lượng quan trọng sau đây.

• Mô men quán tính.

• Mô men xoắn khi tăng tốc.

Tùy theo điều kiện sử dụng mà cần các phép tính khác nữa, nhưng trong trường hợp di chuyển ngang của bài toán lần này mình sẽ nhớ và để sau nên tính hai đại lượng này trước nhé.

Mô men quán tính.

Một điều cần lưu ý khi tính toán mômen quán tính là:

A) Tính toán hình dạng vật  thể quay (đĩa, trụ,…v.v.)

B) Tính toán trong trường hợp sử dụng bộ điều tốc.

C) Tính toán mô men quán tính của bộ phận chuyển động.

Đây là ba điểm cần lưu ý.

Đầu tiên hãy bắt đầu với :

        A) Tính toán hình dạng vật  thể quay.

 Dưới đây là bảng công thức tính toán mô men quán tính theo hình dạng vật thể

Tuy nhiên để đơn giản tính toán, nói cho cùng thì chỉ sử dụng công thức trên cùng cũng không thành vấn đề.

B) Tính toán trong trường hợp sử dụng bộ điều tốc.

Mômen quán tính chuyển sang trục động cơ khi đi qua bộ điều tốc được chia cho bình phương của tỷ số truyền.

Ví dụ, nếu bạn đặt vào trục một tỷ số truyền là 1/5, ta sẽ lấy mô men quán tính chia cho 25, là bình phương của 5. Công thức trên áp dụng trong trường hợp sử dụng bộ điều tốc nhưng điều tương tự cũng áp dụng khi giảm tốc (tăng tốc) bằng hệ bánh răng, v.v. ở giữa hệ thống truyền động.

        C) Tính toán mô men quán tính của bộ phận chuyển động.

Đây là lúc mà khối lượng là lớn nhất khi xét đến mômen quán tính. Hầu hết các mô hình được tính toán là khi tải đã được bao gồm và di chuyển bằng cách sử dụng các cơ cấu như băng tải, xích hay vít me.

Chúng tôi nghĩ rằng chỉ cần bạn nhớ được phép tính ba thành phần nêu trên đây là đủ.

      4. Lựa chọn động cơ servo.

4.1 Tính toán momen quán tính

Bây giờ, chúng ta sẽ đi vào những bước thực sự lựa chọn động cơ servo cho cơ cấu P&P được mô tả trong hình ảnh phía trên. Trong bài trước chúng ta đã chọn vít me cho trục X, bây giờ chúng ta sẽ chọn động cơ cho nó. Như khi lựa chọn Vít me, chúng ta sẽ xem xét qua các thông số và mục tiêu về độ chính xác của thiết bị này.

Tên gọi thiết bị	Cơ cấu gắp và thả vật
Đối tượng vận chuyển	Vật (Thủy tinh)	Φ63.5 x Φ19.05 x t1.0 W=0.008kg
Tốc độ vận hành	Cả 2 trục X, Y	250 mm/s
Quãng đường di chuyển	X	680 mm
	Y	210 mm
	Z	20 mm
Độ chính xác yêu cầu	Cả  2 trục X, Y	±0.05 mm/500mm

Có rất nhiều các đại lượng khác cũng cần phải xem xét, trước hết hãy cùng phân tích chúng. Đầu tiên đó là khối lượng của phần di chuyển trên trục X.

STT	Tên thiết bị	Khối lượng	Số lượng	Khối lượng sơ bộ(kg)
1	Mô tơ trục Y(200W)	0.8	1	0.8
2	Thanh dẫn hướng(580L)	0.9	2	1.7
3	Bệ trục Y(A5052)	2.5	1	2.5
4	Khối điều chỉnh chiều cao thanh dẫn hướng	0.5	2	1.0
5	Dầm trục Y	2.1	1	2.1
6	Tay gắp	1.0	1	1.0
	Tổng khối lượng			9.1

Phần này sau khi thêm khối lượng dự kiến của dây điện và đường ống cấp khí là 2 kg thì khối lượng tổng đạt được là 11.1 kg. chúng ta sẽ tính toán lựa chọn động cơ dựa vào kết quả trên.

Thời gian tăng-giảm tốc thiết lập ở 0.2 giây.

Như vậy với việc vít me đã được lựa chọn ở bài trước, chúng ta có thể lựa chọn sơ bộ khớp nối và động cơ như sau.

Vít me mã: BSS1505-900

Khớp nối mã: CPDW32-10-11

Động cơ servo: 200W-3000rpm

Mô men xoắn định mức: 0.637 N.m

Mô men xoắn cực đại: 2.23 N.m

Mô men quán tính của động cơ: JM=0.259 x 10-4 kg.m2 (JM)

Tỷ số Mô men quán tính cho phép của động cơ: 15 lần.

Bây giờ cùng tìm mô men quán tính của từng bộ phận.

Trước hết là những bộ phận được liệt kê trong danh mục, cụ thể ở đây là khớp nối có mã hiệu như sau:

Khớp nối: CPDW32-10-11

Mô men xoắn cho phép: 2.5 N.m

Tốc độ vòng quay cho phép: 19000 rpm

Mô men quán tính J2= 0.096 x 10-4 kg.m2 (J2)

Cần chú ý rằng, khi tra bằng catalog mô men quán tính là × 10-6, nhưng nhìn chung, có nhiều thiết bị có ký hiệu × 10-4, và cần điều chỉnh các chữ số theo đơn vị trong quá trình tính toán sau này, nên điều chỉnh lại trước khi tính toán.

Tiếp theo là vít me. Vít me sẽ tùy thuộc vào nhà sản xuất, trong trường hợp mã hiệu mà chúng ta lựa chọn được liệt kê đầy đủ trong catalog thì việc tính toán là không cần thiết, Nhưng mã hiệu lần này chúng ta chọn không có mô tả đầy đủ các thông số nên cần tiếp tục tính toán.

Những tính toán phức tạp về đầu trục hay đường kính trục sẽ cần phải được xem xét.

Chúng tôi cho rằng điều đó là cần thiết đối với một hệ thống máy móc lớn như máy công cụ, nhưng sẽ không cần thiết phải làm vậy đối với một hệ thống máy tự động loại nhỏ như cơ cấu P&P mà chúng ta đang phân tích.

Đối với trục vít me có thông số: Φ15x900 mm (thép)

Khối lượng: 1.24 kg

Chúng ta vẫn chưa có kết quả momen quán tính của bộ phận chuyển động nên sẽ tính tiếp. Khối lượng của phần chuyển động đã được tính toán lần trước. Khối lượng là 11.1 kg.

Như vậy ta có kết quả của mô men quán tính của các bộ phận liên quan ở trên. Ta sẽ tính tổng mô men quán tính của các bộ phận tải, ta gọi là mô men quán tính của tải.

Đến đây chúng ta sẽ so sánh mô men quán tính của tải Jt với mô men quán tính của động cơ JM , vì tỷ số mô men quán tính cho phép của động cơ: 15 lần nên động cơ này hoàn toàn ok. Tùy thuộc vào nhà cung cấp mà họ đưa ra những khuyến nghị khác nhau. Dưới đây là một tham khảo, khuyến nghị của Mitsubishi với động cơ có mã số HG-KR13 thì mô men quán tính của tải không nên vượt quá giá trị mô men quán tính của động cơ 17 lần. Tức tỷ số mô men quán tính cho phép của động cơ: dưới 17 lần.

4.2 Tính toán mô men xoắn khi tăng tốc.

Với thời gian tăng tốc đã được phân tích ở bài trước là 0.2 giây.

Tốc độ di chuyển là 250 mm/giây, bước ren của vít me là 5 mm, dựa trên các yếu tố trên ta tính được tốc độ vòng quay của động cơ là 3000 vòng/ phút.

Từ kết quả dưới đây cho thấy mômen xoắn khi tăng tốc so với mômen định mức của động cơ là hoàn toàn đáp ứng được yêu cầu.

Xin lưu ý, trong phần tính toán này tại sao lại không xuất hiện phần tính toán momem xoắn của tải thông thường qua hệ công thức dưới đây?

Ở đây, chúng tôi dự đoán rằng với trường hợp di chuyển ngang nên tải do ma sát của hệ tác động không quá lớn và vì vậy lựa chọn tính toán mô men xoắn của tải khi tăng tốc rồi sau đó so sánh với mô mem xoắn tải định mức của động cơ. Và trong trường hợp khi mômen tăng tốc đạt khoảng 80% mômen định mức, chúng ta sẽ kiểm tra kết quả mômen quán tính. Nếu gần bằng 100% hoặc vượt quá một chút thì xem xét tỷ số mô men quán tính và mô men tải hiệu dụng (chúng tôi sẽ có một bài viết riêng liên quan đến đại lượng này, các bạn có thể xem lại link: Mô Men Xoắn Tải Hiệu Dụng – Những Điểm Cần Lưu Ý Khi Thay Đổi Cách Thức Vận Hành Của Thiết Bị Có Sử Dụng Trục Vít Me). Nếu dư thừa, động cơ 100W cũng thể chấp nhận được. Hãy tự mình tính toán và kiểm tra lại một lần. Việc lựa chọn động cơ servo, có nhiều phép tính cần thiết phải tính  toán, và nếu bạn trải nghiệm tính toán vài lần, bạn sẽ có thể học được quy trình. Ngoài ra, nên giữ lại quy trình tính toán (công thức tính → thay số → kết quả tính toán) trong trường hợp cần kiểm tra kép (double check) hoặc khi gặp sự cố. Xin lưu ý rằng bạn sẽ không biết mình có mắc lỗi khi chọn động cơ servo hay không cho đến khi chạy thử nghiệm.

Như vậy chúng ta đã thử lựa chọn một động cơ servo cho cơ cấu. Xin được lưu ý lại một lần nữa với các bạn khi lựa chọn động cơ nói chung hay động cơ servo nói riêng, chúng ta cần xem xét và tính toán các đại lượng khác nhau, trên đây là hai đại lượng quan trọng. Ngoài ra, những đại lượng khác cần tính toán và so sánh với thông số mà nhà sản xuất đưa ra có thể kể đến như sau:

• Tốc độ vòng quay lớn nhất so với tốc độ vòng quay định mức của động cơ.
• Mô men xoắn tải hiệu dụng so với mô men xoắn định mức của động cơ.

Nếu đáp ứng được các thông số trên đạt yêu cầu bạn có thể yên tâm mình đã chọn được một động cơ phù hợp cho cơ cấu. Trong bài viết tới, hãy cùng chúng tôi phân tích và xem xét các cảm biến không thể thiếu đối với cơ cấu P&P. Mọi thắc mắc xin để lại ở phần comment bên dưới bài viết. Cảm ơn các bạn đã đồng hành cùng chúng tôi.

Kiến thức bổ sung: Công thức liên hệ giữa công suất và mô men xoắn của động cơ. Mô men xoắn là một đại lượng vật lý biểu thị cho tác động của một lực làm quay một vật thể quanh một trục. Hiểu đơn thuần, mô-men xoắn là “độ khỏe” của động cơ. Mô-men xoắn càng lớn, động cơ càng thực hiện được nhiều công (sinh ra lực lớn hơn trên một quãng đường dịch chuyển). sau đây là công thức liên hệ.

Ví dụ dưới đây khi bạn tính theo công thức trên sẽ cho ra các kết quả chính xác khi ta so sánh với các thông số mà nhà sản xuất khi trên nhãn dán.

Video hd chọn: https://www.youtube.com/watch?v=I4A4jyXqx1Q&t=121s

1. Hộp giảm tốc là gì?

Năm 1901, một hiện vật bao gồm nhiều bánh răng bằng đồng đã được tìm thấy từ một con tàu đắm ngoài khơi đảo Antikythera của Hy Lạp. Cơ chế Antikythera này được cho là bánh răng kim loại sớm nhất được biết đến được sử dụng để tính toán các chuyển động của thiên thể, và ước tính đã được xây dựng từ năm 150 đến 100 trước Công nguyên. Đây là khoảng hơn 2000 năm trước. Các đồ thủ công như bánh răng có độ phức tạp tương tự đã không xuất hiện cho đến thế kỷ XIII và XIV. Ngay cả khi chức năng của nó là một chiếc đồng hồ thiên văn cơ học chứ không phải là một hộp giảm tốc, kỹ năng gài răng kim loại chính xác như vậy và sử dụng các tổ hợp bánh răng khác nhau để có được tốc độ đầu ra mong muốn đã có từ hàng nghìn năm trước có thể đã xuất hiện như vậy. Hộp giảm tốc (hay hộp điều tốc) là một thiết bị cơ khí thường được sử dụng trong hệ thống điều khiển tự động, mục đích phổ biến của nó là để giảm tốc độ quay đầu vào từ động cơ để đạt được tốc độ và mômen đầu ra mong muốn.

2. Nguyên lý của hộp giảm tốc là gì?

Có nhiều cách để giảm tốc độ động cơ trong các ứng dụng công nghiệp, nhưng phương pháp được sử dụng phổ biến nhất là lắp ráp hệ bánh răng (hộp giảm tốc). Hộp giảm tốc có chức năng làm giảm tốc độ quay của động cơ đồng thời tăng mômen trên trục đầu ra. Điều này có nghĩa là có nhiều công việc và ứng dụng hơn. Công suất của động cơ được truyền qua trục động cơ đến hộp truyền động bánh răng bên trong hộp giảm tốc (được lắp ráp với các thành phần gồm bánh răng nhỏ, bánh răng lớn và case) và sau đó truyền ra ngoài qua trục đầu ra của hộp giảm tốc.

3. Tại sao phải cần sử dụng hộp giảm tốc?

Hộp giảm tốc ngay trong cái tên đã thấy được mục đích sử dụng. Chúng được sử dụng để giảm tốc độ quay của động cơ và tăng mô-men xoắn đầu ra. Điều này tương đương với việc nâng cao khả năng làm việc của động cơ. Ngoài ra, có thể thay đổi hướng đầu ra thông qua hộp giảm tốc. Hộp giảm tốc thay đổi chiều quay theo chiều kim đồng hồ của trục đầu ra động cơ thành ngược chiều kim đồng hồ, hoặc loại hộp giảm tốc góc với thiết kế xoay hướng đầu ra 90 độ để tiết kiệm không gian lắp đặt.

4. Những ưu điểm của hộp giảm tốc.

• Giảm thiểu chi phí

Nhìn chung, chi phí mua một động cơ cao hơn nhiều so với chi phí mua một hộp giảm tốc. Hộp giảm tốc làm tăng mô men xoắn trục đầu ra. Mô men xoắn cần thiết có thể đạt được nhờ một động cơ nhỏ có hộp giảm tốc thay vì mua động cơ lớn hơn. Như vậy chi phí tổng thể của cấu hình có thể được giảm đáng kể.

• Bảo vệ động cơ

Một hộp giảm tốc được lắp đặt giữa động cơ và máy để chịu tải mômen xoắn cao từ máy đang chạy. Để tránh cho động cơ bị quá tải và hư hỏng trực tiếp, hộp giảm tốc sẽ bị hỏng trước khi quá tải. Đồng thời, chi phí sửa chữa hoặc thay thế hộp giảm tốc tương đối thấp, vì thế có thể giảm chi phí bảo trì.

• Tiết kiệm năng lượng.

Nếu động cơ được kết nối trực tiếp với máy móc hoặc thiết bị, động cơ có thể chạy ở tốc độ thấp để đáp ứng mô-men xoắn yêu cầu. Giảm tốc độ quay sẽ làm tăng đáng kể dòng điện và tiêu tốn nhiều năng lượng hơn. Cùng lúc ấy động cơ cũng nóng lên. Nhiệt độ cao có thể ảnh hưởng đến hiệu suất và tuổi thọ của động cơ, đồng thời động cơ có thể bị cháy nếu không có đủ hệ thống thông gió. Do đó, sử dụng hộp giảm tốc có thể giảm tiêu thụ năng lượng và tránh làm hỏng động cơ.

5. Hộp giảm tốc gồm những loại nào?

Chúng ta có nhiều chủng loại hộp giảm tốc và hộp số rất đa dạng. Các hộp giảm tốc bánh răng trụ, hộp giảm tốc trục vít, hộp giảm tốc bánh răng hành tinh, hộp giảm tốc bánh răng Cycloidal, hộp giảm tốc điều hòa,… được giới thiệu tùy theo cấu tạo và phương pháp truyền động của chúng. Các bánh răng cung cấp mô-men xoắn đầu ra lớn, hiệu suất cao, nhiều tỷ lệ và có sẵn trong nhiều cấu hình lắp ráp bánh răng.

• Hộp giảm tốc trục vít

Hộp giảm tốc trục vít là một loại hộp giảm tốc bao gồm đầu vào là trục vít và đầu ra là bánh răng trục vít được đặt theo hướng đầu ra góc vuông. Hộp giảm tốc trục vít là một loại hộp giảm tốc phổ biến do có thiết kế nhỏ gọn, chi phí ban đầu và chi phí bảo trì thấp, tỷ số truyền cao và mô-men xoắn đầu ra cao. Cơ chế trục vít không thể chuyển động ngược lại do ma sát cao giữa bánh răng trục vít và trục vít. Nó dễ dàng gắn và ghép nối vào động cơ, nhưng hiệu suất giảm khi tỷ số truyền tăng lên.

• Hộp giảm tốc hành tinh (planetary gearbox)

Hộp giảm tốc hành tinh có các đặc điểm như độ chính xác cao, mô-men xoắn đầu ra lớn, hiệu quả cao, khe hở hướng kính và tiếng ồn thấp. Hộp số hành tinh giúp dễ dàng đạt được tỷ số truyền cao. Ngoài ra, hộp số hành tinh chất lượng cao không cần bảo dưỡng trong suốt thời gian sử dụng và không bao giờ cần thay thế. Do chức năng của chúng và thiết kế nhỏ gọn, quá trình sản xuất bánh răng phức tạp hơn và đòi hỏi gia công chính xác. Bộ giảm tốc hành tinh thường được lắp đặt với động cơ servo hoặc động cơ bước để tăng mô-men xoắn đầu ra và đáp ứng nhu cầu điều khiển và định vị chuyển động chính xác.

• Hộp giảm tốc bánh răng Cycloidal

Hộp giảm tốc Cycloidal sử dụng nguyên lý bánh răng Cycloidal với khe hở hướng kính được tối ưu, độ cứng xoắn cao, khả năng chịu tải xung kích tuyệt vời, hoạt động ổn định và tỷ số truyền cao với độ mài mòn thấp trong suốt tuổi thọ của hộp số.

• Hộp giảm tốc điều hòa

Hộ giảm tốc điều hòa là hộp giảm tốc sử dụng nguyên lý truyền sóng biến dạng (Strain wave gearing), là sự khác biệt giữa hình elip và hình tròn hoàn hảo. Một bộ phận kim loại đàn hồi hình cốc có thành mỏng với các răng bên ngoài được dẫn động bởi một bộ tạo sóng hình elip quay trên một bộ phận hình vòng cứng có các răng bên trong. Chúng cung cấp độ chính xác rất cao, tỷ số truyền cao, quán tính thấp và lắp đặt nhỏ gọn. Những tính năng này làm cho nó trở thành giải pháp hoàn hảo cho các ứng dụng lập thể robot chính xác.

6. Hộp giảm tốc được sử dụng ở đâu?

Là một thiết bị công nghiệp truyền lực cơ học, hộp giảm tốc dường như còn xa lạ với mọi người, thậm chí nhiều người lần đầu tiên nghe đến thuật ngữ này. Trên thực tế, chúng gần gũi với cuộc sống của chúng ta hơn chúng ta tưởng. Lúc đầu hộp giảm tốc chỉ xuất hiện trong máy móc nhưng giờ đây không chỉ xuất hiện trong các sản phẩm công nghiệp mà còn được ứng dụng trong dân dụng như xe máy điện, xe đạp điện, với sự phát triển kinh tế và công nghệ gia công kim loại không ngừng đã được cải tiến qua các năm. Sau đây là một vài ví dụ ứng dụng của hộp giảm tốc:

• Máy công cụ: máy cắt kim loại, trung tâm gia công, máy khoan CNC, máy tiện CNC, máy phay, máy mài, máy tạo hình kim loại, máy ép, máy gia công ống và dây, vòi phun nước.
• Máy móc công nghiệp: Máy đóng gói, Máy thực phẩm và đồ uống, Thiết bị làm bánh, Máy nông nghiệp, Máy dệt, Máy đóng giày, Máy chế biến gỗ, Máy in, Máy chế biến nhựa, Máy thổi khuôn PET, Máy cắt và hàn laser.
• Tự động hóa: Băng tải, Kho lưu trữ tự động, Robot công nghiệp, Xe có hướng dẫn tự động, Máy dán nhãn tự động, Hệ thống chiết rót tự động, Palletizer, Máy đóng nắp.
• Hàng không và Năng lượng: Thiết bị truyền động kính viễn vọng vô tuyến, hệ thống theo dõi bảng năng lượng mặt trời.
• Thiết bị y tế và xét nghiệm: xe lăn trợ lực, rô bốt di động, máy che mặt, giường MRI, thiết bị vật lý trị liệu, hệ thống lấy mẫu tự động
• Xe điện, thiết bị giao thông và vận tải điện: xe máy điện, xe đạp điện trợ lực, cổng soát vé tự động, cổng kiểm soát ra vào.

7. Kết luận.

Bộ giảm tốc và hộp giảm tốc có sẵn trên thị trường thông qua tính toán chính xác, gia công bánh răng, xử lý bề mặt, mài và các kỹ thuật khác, và ăn khớp các bánh răng có kích thước khác nhau để đạt được yêu cầu giảm tốc độ động cơ và tăng mô-men xoắn đầu ra. Theo IEA (Cơ quan Năng lượng Quốc tế), các động cơ điện và hệ thống mà chúng cung cấp năng lượng là loại năng lượng sử dụng cuối cùng lớn nhất, chiếm 46% lượng điện tiêu thụ toàn cầu. Từ quan điểm tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu carbon, không chỉ nâng cao hiệu suất năng lượng của động cơ điện mà sử dụng bánh răng giảm tốc cũng là một phương pháp hiệu quả. Ngoài các ứng dụng công nghiệp, nhu cầu từ robot, tự động hóa và xe điện cho bộ giảm tốc hoặc hộp số đang tăng lên do sự phổ biến ngày càng tăng lên của các ứng dụng chính xác và độc đáo như vậy. Hộp số là một trong những thành phần quan trọng của mô-đun dẫn động rô bốt. Các nhà cung cấp tiếp tục tập trung vào đổi mới kỹ thuật truyền động động cơ và bánh răng, cung cấp các thành phần truyền tải ổn định và đáng tin cậy cho các ứng dụng tự động hóa chính xác trong kỷ nguyên Công nghiệp 4.0 và sản xuất thông minh.

Tổng Quan Về Động Cơ Servo - Động Cơ Bước. So Sánh Sự Khác Nhau.

• 2024-10-02
• THIẾT KẾ- CHẾ TẠO MÁY

Không quá lời khi nói rằng động cơ là thiết bị cực kì quan trọng trong các hệ thống máy móc và thiết bị của các lĩnh vực khác nhau của ngành công nghiệp hiện đại. Trong đó, động cơ servo và động cơ bước là hai loại động cơ được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển chuyển động (motion control systems). Tuy nhiên, chúng có những đặc điểm và ứng dụng khác nhau tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của hệ thống. Dưới đây XTMechanical Blog xin giới thiệu bài viết so sánh hoàn chỉnh về sự khác nhau giữa động cơ servo và động cơ bước.

Hình minh họa

1. Khái niệm cơ bản

• Động cơ servo (Servo Motor): Là loại động cơ có khả năng điều khiển chính xác vị trí, tốc độ và mô-men xoắn thông qua hệ thống hồi tiếp (feedback). Động cơ servo thường kết hợp với các bộ điều khiển(driver) để đạt được độ chính xác cao. Do đó, nó được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực đòi hỏi định vị chính xác cao, chẳng hạn như robot công nghiệp và ổ đĩa máy móc chính xác.
• Động cơ bước (Stepper Motor): Là loại động cơ chuyển động theo các bước rời rạc, thường được điều khiển bằng cách cung cấp các tín hiệu xung điều khiển. Mỗi tín hiệu xung sẽ làm cho động cơ quay một góc nhất định, gọi là "bước".

2. Nguyên lý hoạt động

• Động cơ bước: Chuyển động của động cơ bước là kết quả của việc kích hoạt cuộn dây từ theo một trình tự cụ thể. Khi một tín hiệu xung được đưa vào, động cơ sẽ quay một góc cố định (bước) và dừng lại. Hoạt động này lặp đi lặp lại khi các tín hiệu xung tiếp tục được cung cấp.
• Động cơ servo: Động cơ servo hoạt động dựa trên cơ chế điều khiển vòng kín (closed-loop). Cảm biến vị trí (encoder) hoặc cảm biến tốc độ sẽ cung cấp tín hiệu hồi tiếp về bộ điều khiển. Bộ điều khiển sẽ so sánh tín hiệu này với giá trị mong muốn, từ đó điều chỉnh lại dòng điện và tốc độ quay của động cơ để đạt được vị trí và tốc độ chính xác.

Sự khác biệt là: một động cơ servo phát hiện và điều khiển góc quay thực tế, trong khi một động cơ bước được điều khiển bởi số lượng đầu vào của tín hiệu để quay. Động cơ bước đôi khi cũng được bao gồm trong nhóm động cơ servo theo nghĩa là chúng có thể được điều khiển, nhưng cả hai được phân biệt bằng phương pháp điều khiển.

Động cơ servo phát hiện vị trí quay của chính nó bằng bộ mã hóa (encoder) và điều khiển tốc độ và vị trí bằng cách trao đổi thông tin với trình điều khiển.

Mặt khác, một động cơ bước quay đến một vị trí xác định trước theo số lượng xung của một tín hiệu nhất định và nó tiến bao xa được xác định bởi đầu vào của một xung. Ví dụ, một động cơ bước quay 1,8 độ cho một đầu vào xung duy nhất có thể được xoay 90 độ bằng cách nhập tín hiệu 50 xung.

Bằng cách này, sự khác biệt là động cơ servo phát hiện và điều khiển góc quay thực tế, và động cơ bước được điều khiển bởi số lượng đầu vào của tín hiệu để quay.

Bây giờ, chúng ta hãy phân loại những ưu điểm và nhược điểm của động cơ servo và động cơ bước.

3. Độ chính xác và phản hồi

• Động cơ bước: Động cơ bước có độ chính xác vị trí cao vì mỗi bước của động cơ tương ứng với một góc quay cụ thể. Tuy nhiên, nó không có hệ thống hồi tiếp nên không thể phát hiện lỗi nếu mất bước (step loss) xảy ra.
• Động cơ servo: Động cơ servo có khả năng điều khiển vị trí và tốc độ rất chính xác nhờ vào hệ thống hồi tiếp. Khi có sai lệch, bộ điều khiển sẽ điều chỉnh động cơ để khắc phục lỗi, đảm bảo động cơ luôn đạt được vị trí mong muốn.

4. Tốc độ và mô-men xoắn

• Động cơ bước: Thường có mô-men xoắn cao ở tốc độ thấp, nhưng mô-men xoắn giảm đáng kể khi tốc độ tăng lên cao. Vì vậy nó không là lựa chọn phù hợp trong các tình huống di chuyển nhanh, động cơ bước thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu tốc độ thấp hoặc trung bình.
• Động cơ servo: Có khả năng duy trì mô-men xoắn cao ở nhiều tốc độ khác nhau, đặc biệt ở tốc độ cao. Điều này giúp động cơ servo phù hợp cho các ứng dụng cần tốc độ nhanh và điều khiển linh hoạt. Ngoài ra, có thể định vị chính xác cao vì vị trí quay được phát hiện trực tiếp.

5. Hiệu suất và nhiệt độ

• Động cơ bước: Có thể hoạt động liên tục trong thời gian dài mà không cần hệ thống hồi tiếp. Tuy nhiên, vì nó thường sử dụng dòng điện ở mức cố định ngay cả khi không tải, nên động cơ bước có thể sinh nhiệt nhiều và tiêu hao năng lượng ngay cả khi không hoạt động.
• Động cơ servo: Hiệu suất cao hơn nhờ hệ thống hồi tiếp và chỉ tiêu thụ năng lượng khi có tải. Động cơ servo có thể điều chỉnh dòng điện dựa trên yêu cầu tải thực tế, giúp tiết kiệm năng lượng và giảm sinh nhiệt.

6. Điều khiển

• Động cơ bước: Hệ thống điều khiển đơn giản hơn so với động cơ servo, không cần hệ thống hồi tiếp phức tạp. Tuy nhiên, khi yêu cầu độ chính xác cao hoặc khi sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi tốc độ cao, việc điều khiển động cơ bước trở nên khó khăn và không ổn định.
• Động cơ servo: Động cơ servo cần có bộ điều khiển phức tạp và đắt đỏ hơn do sử dụng hệ thống hồi tiếp và các thuật toán điều khiển tiên tiến. Tuy nhiên, hệ thống điều khiển này giúp động cơ hoạt động ổn định và chính xác trong nhiều điều kiện khác nhau.

7. Ứng dụng

• Động cơ bước: Thường được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu điều khiển vị trí đơn giản, không đòi hỏi tốc độ cao hoặc phản hồi liên tục, chẳng hạn như trong máy in 3D, máy cắt laser, máy CNC đơn giản.
• Động cơ servo: Được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu điều khiển chính xác và nhanh chóng, chẳng hạn như robot công nghiệp, máy móc tự động hóa, dây chuyền sản xuất.

8. Giá thành

• Động cơ bước: Thường rẻ hơn do cấu trúc đơn giản và không yêu cầu hệ thống hồi tiếp phức tạp.
• Động cơ servo: Thường đắt hơn do cần thêm cảm biến, bộ điều khiển và các thuật toán điều khiển phức tạp.

Kết luận

Cả động cơ bước và động cơ servo đều có những ưu và nhược điểm riêng, phù hợp với các loại ứng dụng khác nhau. Nếu bạn cần một hệ thống đơn giản, chi phí thấp và không đòi hỏi tốc độ cao hoặc độ chính xác quá lớn, động cơ bước là lựa chọn tốt. Ngược lại, nếu hệ thống của bạn yêu cầu điều khiển chính xác, tốc độ cao và khả năng hồi tiếp, động cơ servo sẽ là lựa chọn tối ưu.

Trên đây là bài viết về hai loại động cơ cực kì phổ biến hiện nay. Cảm ơn các bạn đã đón đọc bài viết, mọi phản hồi xin để lại ở phần bình luận bên dưới bài viết. Xin chào và hẹn gặp lại các bạn tại những bài viết tiếp theo.

CHỌN ĐỘNG CƠ BẰNG CÔNG CỤ CỦA MITSUBISHI. PHẦN MỀM MOTORIZER

• 2025-03-22
• THIẾT KẾ- CHẾ TẠO MÁY

Mình đã quên lựa chọn phanh cho cơ cấu này!!! Hãy chọn option phanh cho cơ cấu di chuyển lên xuống để chống rơi tự do khi mất điện.

Hình minh họa

Xin chào các bạn đây là một video mà một thành viên của The Guiding Star đã làm để hướng dẫn các bạn lựa chọn một động cơ servo bằng phần mềm công cụ của hãng Mitsubishi. Một hãng động cơ rất phổ biến và quen thuộc với anh em làm thiết kế chế tạo hệ thống máy tự động.

Hãy cũng xem đề bài cụ thể như sau: 

Sử dụng công cụ để tăng hiệu suất và độ chính xác của tính toán, sau khi đã hiểu rõ toàn bộ các thông số trong tính toán cũng như các thông số của động cơ ở buổi học động cơ và tính toán bằng phương pháp thủ công.

Nội dung này đặc biệt hữu ích với: • Sinh viên ngành cơ khí – tự động hóa • Kỹ sư mới ra trường • Người tự học đang làm các dự án thực tế Ưu điểm của phần mềm Mitsubishi: • Tính toán tải trọng, mô-men, quán tính chính xác • Đề xuất động cơ phù hợp nhất với yêu cầu kỹ thuật • Giao diện dễ dùng, tiết kiệm thời gian chọn thiết bị.

Hãy cùng xem video dưới đây hoặc đến kênh youtube của chúng tôi để xem chi tiết nhé:

Ngoài ra, cho bạn nào chưa tải và cài đặt phần mềm. Đây là link tải phần mềm: https://www.mitsubishielectric.co.jp/...

Hãy click vào nút màu xanh lam có chữ: ダウンロード để tải phần mềm về.

Khi cài đặt sẽ có lựa chọn tiếng Anh cho các bạn không dùng được tiếng Nhật

Cảm ơn các bạn đã đón đọc bài viết, mọi ý kiến đóng góp xin để lại ở phần bình luận bên dưới bài viết. Hẹn gặp lại ở những bài viết tiếp theo.