W jaki sposób bezszczotkowy silnik z przekładnią prądu stałego zmniejsza hałas w zastosowaniach przemysłowych?

Zautomatyzowany pojazd sterowany (AGV) o masie 650 kg poruszający się po hali pakowania żywności z prędkością 1,2 m/s wyemitował hałas napędowy o wartości 73 dBA dzięki oryginalnemu szczotkowanemu motoreduktorowi prądu stałego. Po ponownym wyposażeniu tego samego pojazdu w napięcie 48 V bezszczotkowy silnik z przekładnią prądu stałego i precyzyjny stopień planetarny, zmierzony poziom spadł do 61 dBA przy identycznej prędkości i odległości. Ta różnica 12 dB nie jest liczbą marketingową; wynika to z usunięcia styku szczotka-komutator, dokręcenia dokładności zazębienia przekładni i skrócenia drogi drgań do korpusu maszyny.

W tym artykule wyjaśniono, w jaki sposób bezszczotkowy motoreduktor prądu stałego zmniejsza hałas w zastosowaniach przemysłowych, jak daleko może faktycznie dojść redukcja i które decyzje dotyczące komponentów decydują o ostatecznej wartości. W skrócie: silnik usuwa dominujące źródło wysokiej częstotliwości, a skrzynia biegów określa, jaka część pozostałych wibracji stanie się słyszalna. Interakcja między nimi powoduje, że sama zamiana silnika rzadko zapewnia pełne możliwe korzyści.

Eliminacja tarcia szczotki usuwa źródło hałasu o najwyższej częstotliwości

Przełącz silnik prądu stałego z komutacji szczotkowej na bezszczotkową, a najgłośniejsze źródło hałasu zniknie przed wprowadzeniem jakichkolwiek innych zmian.

W szczotkowanym silniku prądu stałego szczotki węglowe ślizgają się po segmentach komutatora. Przy każdym przejściu segmentu prąd jest przerywany i ponownie uruchamiany, generując mikrołuki i mechaniczny szum stykowy. W rezultacie szum szerokopasmowy jest najsilniejszy w zakresie od 3 kHz do 8 kHz, czyli w paśmie, w którym ludzki słuch jest najbardziej czuły. Dlatego też silnik szczotkowany brzmi ostro, nawet jeśli jego ogólny odczyt w decybelach jest umiarkowany. Bezszczotkowy silnik z przekładnią prądu stałego zastępuje komutator mechaniczny komutatorem elektronicznym wyzwalanym czujnikiem Halla. Nie ma ślizgających się szczotek, syczących łuków i okresowych nieciągłości kontaktu.

Typowe pomiary poziomu dźwięku bez obciążenia przy 3000 obr./min wskazują, że szczotkowany motoreduktor prądu stałego o mocy 60 W mieści się w zakresie 62–68 dBA, podczas gdy równoważna jednostka bezszczotkowa z tą samą skrzynią biegów i mocowaniem wynosi około 55–60 dBA. Redukcja koncentruje się w paśmie wysokich częstotliwości, przez co postrzegana zmiana jest większa, niż sugeruje to surowa liczba. Ta sama architektura bezszczotkowa, która redukuje hałas pracy urządzeń gospodarstwa domowego skaluje się bezpośrednio do ram przemysłowych.

Precyzja przekładni Ustawia poziom szumu po usunięciu szumu szczotki

Gdy zniknie hałas szczotek, skrzynia biegów staje się poziomem szumów, a precyzja zmiany biegów decyduje o tym, jak nisko znajduje się podłoga.

Piszczenie przekładni jest spowodowane błędem przekładni, który definiuje się jako różnicę między idealnym ruchem zazębienia pary kół zębatych a rzeczywistym ruchem przenoszonym pod obciążeniem, spowodowanym odchyleniami profilu zębów, błędami podziałki i ugięciem sprężystym. W motoreduktorze szczotkowym ten hałas tonalny poniżej 2 kHz jest zwykle maskowany przez hałas szczotkowy. Po przejściu na silnik bezszczotkowy maskowanie znika, a dominującą sygnaturą dźwiękową stają się częstotliwości zazębienia przekładni, zwykle od 500 Hz do 2 kHz, podobne do tonu i silnie skorelowane z prędkością i liczbą zębów.

Prawidłowa kolejność to zatem najpierw demontaż szczotek silnika, a następnie zmniejszenie błędu skrzyni biegów. Przekładnie śrubowe wytwarzają mniejsze wzbudzenie szczytowe niż przekładnie czołowe, ponieważ przenoszenie obciążenia jest stopniowe. Precyzyjne przekładnie planetarne z hartowanymi i szlifowanymi bokami zębów zmniejszają błędy przekładni w większym stopniu niż przekładnie frezowane. Luz należy kontrolować za pomocą niewielkiego napięcia wstępnego: zerowy luz usuwa uderzenia, natomiast nadmierne napięcie wstępne zwiększa hałas tarcia i ciepło. Producenci, którzy integrują silnik i skrzynię biegów w jednej obudowie, jak np. oferowana tutaj linia bezszczotkowych silników z przekładnią prądu stałego, zmniejszają różnice w montażu u źródła.

Wysokowydajne bezszczotkowe motoreduktory prądu stałego ze stopniem planetarnym Ta linia produktów obejmuje bezszczotkowe motoreduktory na napięcie od 24 V do 230 V, zaprojektowane z myślą o cichej pracy. Kontekst podkreśla redukcję hałasu o 12 dB w połączeniu z precyzyjną przekładnią planetarną, co sprawia, że ​​ta strona jest niezbędna do wyboru właściwej kombinacji. Zobacz produkt →

Montaż i rezonans Zdecyduj, czy cichy silnik pozostaje cichy pod obciążeniem

Cichy silnik jest tak cichy, jak konstrukcja, do której jest przykręcony.

Nawet dobrze komutowany silnik bezszczotkowy wytwarza niewielkie tętnienia momentu obrotowego i harmoniczne zazębienia. Kiedy wspornik montażowy ma częstotliwość naturalną w pobliżu tych harmonicznych, rama wzmacnia je w postaci emitowanego szumu. Największe znaczenie mają trzy zmienne montażowe: sztywność powierzchni montażowej, współosiowość silnika z wałem napędzanym oraz sztywność sprzęgła. Sztywne mocowanie kołnierzowe z precyzyjnie obrobionym rejestrem zmniejsza przenoszenie wibracji o 6-10 dB w porównaniu z zgodnym mocowaniem na stopie przy napiętym pasku. Niewspółosiowość wału wynosząca 0,1 mm może zwiększyć hałas zazębienia przekładni o 3-5 dB.

W napędach AGV i logistyce pomaga zintegrowana obudowa. Bezszczotkowy silnik przekładniowy 24 V ze stopniem planetarnym na kołnierzu serwo zapewnia krótką ścieżkę wibracji i przesuwa szczyty rezonansu do wyższych częstotliwości. Ta konfiguracja jest częstym wyborem w przypadku napędów kroczących i podnoszących AGV, ponieważ łączy niski słyszalny hałas z wysokim marginesem przeciążenia, zwykle ciągłym momentem obrotowym 1-3 Nm przy napięciu wejściowym 24 V, a stopień planetarny pochłania obciążenia udarowe zamiast przenosić je na ramę.

Bezszczotkowy silnik przekładniowy 24 V do zastosowań AGV i automatyki Ten kompaktowy silnik 24 V zapewnia moc 25–400 W przy 3000 obr./min i znamionowy moment obrotowy 0,08 Nm. Jego bezszczotkowa konstrukcja i stopień planetarny redukują wibracje i hałas, co idealnie sprawdza się w napędach kroczących AGV, gdzie liczy się niski poziom hałasu i wysoki margines przeciążenia. Zobacz produkt →

Zmierzona redukcja hałasu: porównanie konfiguracji dysków

Najmniejsza rzeczywista redukcja wynika wyłącznie z wymiany silnika; największe wynikają z jednoczesnej modernizacji silnika i stopnia przekładni.

Poniższy wykres przedstawia reprezentatywne poziomy ciśnienia akustycznego ważone A, zmierzone w odległości 1 m od ramy silnika, przy 3000 obr./min na wale silnika, bez obciążenia zewnętrznego. Wartości te reprezentują rozrzut zwykle obserwowany w raportach z testów silnika; ostateczne wartości zmieniają się o 2-4 dBA w zależności od montażu i obciążenia.

Jak wybrać cichy, bezszczotkowy silnik z przekładnią prądu stałego do swojego zastosowania

Ustaw docelowy poziom hałasu w dBA na 1 m, a następnie cofnij się od tej wartości do projektu elektrycznego silnika, typu przekładni i geometrii mocowania.

1. Napraw prędkość roboczą i moment obrotowy, w tym sporadyczne wartości szczytowe. Hałas jest zazwyczaj najgorszy w punktach rezonansowych, a nie przy maksymalnej prędkości.
2. Wybierz silnik bezszczotkowy z dopasowaną komutacją elektroniczną. Poproś producenta o pomiar dBA z odległości 1 m w Twoim punkcie pracy, a nie tylko bez obciążenia.
3. Wybierz stopień przekładni. W przypadku szumów tonalnych poniżej 60 dBA wymagana jest precyzyjna planetarna lub śrubowa planetarna; przekładnia czołowa może działać tylko wtedy, gdy wartość docelowa przekracza 62 dBA.
4. Przejrzyj kopertę montażową. Preferuj kołnierzowy uchwyt czołowy z obrobionym rejestrem zamiast wspornika z cienkiej blachy.
5. Wykonaj prototyp i zmierz na rzeczywistej maszynie, ponieważ rama zawsze dodaje kilka decybeli w porównaniu z testem na stanowisku badawczym.

Wybór napięcia wpływa bezpośrednio na kompatybilność sterowania. Niskonapięciowe bezszczotkowe motoreduktory 24 V i 48 V są standardem w pojazdach AGV i sprzęcie mobilnym, natomiast wysokonapięciowe bezszczotkowe motoreduktory 220–230 V nadają się do stacjonarnych maszyn przemysłowych z bezpośrednim zasilaniem z magistrali AC. W Zhejiang Saiya Intelligent Manufacturing Co., Ltd. obie rodziny napięć są zbudowane w kompaktowych ramach ze zintegrowanymi stopniami planetarnymi.

Bezszczotkowy silnik przekładniowy 220 V-230 V do stałych maszyn przemysłowych Działając na standardowym przemysłowym zasilaniu prądem przemiennym, silnik ten oferuje moc 10–400 W przy 3000 obr./min i moment obrotowy do 1,5 Nm. Pasuje do sprzętu stacjonarnego wymagającego niezawodnego sterowania ruchem, a jego kompaktowa rama ze zintegrowanym stopniem planetarnym pomaga obniżyć słyszalny hałas. Zobacz produkt →

Często zadawane pytania dotyczące hałasu bezszczotkowego silnika z przekładnią prądu stałego

Cztery poniższe odpowiedzi obejmują pytania, które pojawiają się jako pierwsze w każdej dyskusji na temat redukcji hałasu.

O ile cichszy jest bezszczotkowy silnik z przekładnią prądu stałego niż szczotkowy silnik prądu stałego?

W kompletnym motoreduktorze pracującym przy tej samej prędkości i obciążeniu różnica wynosi zazwyczaj 8–12 dBA i koncentruje się w paśmie 3–8 kHz, które operatorzy uważają za najbardziej denerwujące. Dokładna wartość zależy od stopnia przekładni i konstrukcji montażowej.

Czy głównym źródłem hałasu jest skrzynia biegów czy silnik?

W motoreduktorze szczotkowym styk szczotka-komutator zwykle dominuje powyżej 3 kHz. W bezszczotkowym motoreduktorze głównym źródłem jest zazębienie przekładni, zwykle 0,5–2 kHz. Dlatego modernizacja skrzyni biegów to jedyny sposób, aby w pełni wykorzystać zalety konstrukcji bezszczotkowej w zakresie hałasu.

Czy sterownik wpływa na poziom hałasu?

Tak, znacząco. Sterownik wejściowy z komutacją trapezową wytwarza większe tętnienia momentu obrotowego i wyższy poziom hałasu tonalnego niż sterownik z komutacją sinusoidalną lub kontroler zorientowany na pole. Częstotliwość przełączania musi być również dostosowana do indukcyjności silnika; niedopasowany kontroler dodaje pisk w paśmie 10-20 kHz.

Czy mogę zamontować bezszczotkowy motoreduktor prądu stałego w istniejącym sprzęcie?

Zwykle tak, jeśli napięcie, interfejs sterownika, wymiary kołnierza i przełożenie przekładni są zgodne. Modernizacja napędów pojazdów AGV i przenośników jest powszechną praktyką. Ponieważ silniki bezszczotkowe są zazwyczaj krótsze niż równoważne silniki szczotkowe przy tym samym momencie obrotowym, konflikty obwiedni są rzadkie.