Как бесщеточный мотор-редуктор постоянного тока снижает шум в промышленности?

Автомобиль с автоматическим управлением (AGV) массой 650 кг, движущийся по цеху упаковки пищевых продуктов со скоростью 1,2 м/с, излучал шум привода мощностью 73 дБА благодаря оригинальному коллекторному мотор-редуктору постоянного тока. После того, как тот же автомобиль был переоснащен напряжением 48 В. бесщеточный мотор-редуктор постоянного тока и прецизионной планетарной ступени, измеренный уровень упал до 61 дБА при одинаковой скорости и расстоянии. Эта разница в 12 дБ не является маркетинговой цифрой; это происходит за счет удаления контакта щетки с коммутатором, повышения точности зубчатого зацепления и сокращения пути вибрации в корпус машины.

В этой статье объясняется, как бесщеточный мотор-редуктор постоянного тока снижает шум в промышленных приложениях, насколько далеко может фактически зайти снижение и какие компоненты определяют окончательное число. Вкратце: двигатель удаляет доминирующий источник высоких частот, а коробка передач определяет, какая часть оставшейся вибрации становится слышимой. Взаимодействие между ними является причиной того, что замена двигателя сама по себе редко приносит полную возможную выгоду.

Устранение трения щеток устраняет источник высокочастотного шума

Переключите двигатель постоянного тока с коллекторной на бесщеточную коммутацию, и самый громкий источник шума исчезнет до того, как будут сделаны какие-либо другие изменения.

В коллекторном двигателе постоянного тока угольные щетки скользят по сегментам коллектора. При каждом переходе сегмента ток прерывается и возобновляется, создавая микродуги и механический контактный шум. В результате получается широкополосный шум, наиболее сильный в диапазоне от 3 до 8 кГц, в диапазоне, где человеческий слух наиболее чувствителен. Вот почему коллекторный двигатель звучит резко, даже если его общее значение в децибелах умеренное. Бесщеточный мотор-редуктор постоянного тока заменяет механический коммутатор электронным коммутатором, запускаемым датчиком Холла. Здесь нет скользящих щеток, шипящих дуг и периодических разрывов контакта.

Типичные измерения уровня шума без нагрузки при 3000 об/мин показывают, что коллекторный мотор-редуктор постоянного тока мощностью 60 Вт находится в диапазоне 62–68 дБА, тогда как эквивалентный бесщеточный агрегат с таким же редуктором и монтажом составляет около 55–60 дБА. Снижение концентрируется в высокочастотном диапазоне, делая воспринимаемое изменение больше, чем предполагает исходное число. Та же бесщеточная архитектура, которая снижает шум в бытовой технике масштабируется непосредственно на промышленные рамы.

Gear Precision устанавливает минимальный уровень шума после устранения шума щеток

Как только шум щеток исчезнет, коробка передач станет минимальным уровнем шума, а точность передачи будет определять, насколько низко будет располагаться этот уровень.

Визг шестерни возникает из-за ошибки передачи, которая определяется как разница между идеальным движением зацепления зубчатой ​​пары и фактическим движением, передаваемым под нагрузкой, вызванным отклонениями профиля зубьев, ошибками шага и упругим отклонением. В щеточном мотор-редукторе этот тональный шум ниже 2 кГц обычно маскируется шумом щетки. После переключения на бесщеточный двигатель маскировка исчезает, и доминирующим звуковым сигналом становятся частоты зубчатого зацепления, обычно от 500 Гц до 2 кГц, похожие на тон и сильно коррелирующие со скоростью и количеством зубьев.

Поэтому правильный порядок действий — сначала снять щетки двигателя, а затем уменьшить погрешность трансмиссии. Косозубые шестерни производят более низкое пиковое возбуждение, чем прямозубые, поскольку передача нагрузки происходит постепенно. Прецизионные планетарные редукторы с закаленными и отшлифованными боковыми поверхностями зубьев сокращают погрешность передачи больше, чем зубчатые шестерни. Люфт следует контролировать с помощью небольшой предварительной нагрузки: нулевой люфт устраняет удар, а чрезмерная предварительная нагрузка увеличивает шум трения и нагрев. Производители, которые объединяют двигатель и редуктор в одном корпусе, например, предлагаемая здесь линейка бесщеточных мотор-редукторов постоянного тока, сокращают количество вариантов сборки на начальном этапе.

Высокопроизводительные бесщеточные мотор-редукторы постоянного тока с планетарной ступенью В эту линейку продукции входят бесщеточные мотор-редукторы с напряжением от 24 до 230 В, предназначенные для бесшумной работы. В контексте подчеркивается снижение шума на 12 дБ в сочетании с прецизионным планетарным редуктором, что делает эту страницу важной для выбора правильной комбинации. Посмотреть продукт →

Монтаж и резонанс определяют, останется ли тихий двигатель тихим под нагрузкой

Малошумный двигатель работает настолько тихо, насколько тиха конструкция, к которой он прикреплен.

Даже хорошо коммутируемый бесщеточный двигатель производит небольшие пульсации крутящего момента и зубчатые гармоники. Когда собственная частота монтажного кронштейна близка к этим гармоникам, рама усиливает их, превращая в излучаемый шум. Наибольшее значение имеют три установочных параметра: жесткость монтажной поверхности, соосность двигателя и ведомого вала и жесткость муфты. Жесткое фланцевое крепление с точно обработанным приводом снижает передачу вибрации на 6–10 дБ по сравнению с совместимым креплением на лапах при натяжении ремня. Перекос валов на 0,1 мм может повысить шум зубчатого зацепления на 3-5 дБ.

В AGV и логистике помогает интегрированный форм-фактор. Бесщеточный мотор-редуктор на 24 В с планетарной ступенью на фланце сервокласса сокращает путь вибрации и смещает резонансные пики на более высокие частоты. Эта конфигурация является распространенным выбором для шагающих и подъемных приводов AGV, поскольку она сочетает в себе низкий уровень шума с высоким запасом по перегрузке, обычно постоянный крутящий момент 1–3 Нм при входном напряжении 24 В, а планетарная ступень поглощает ударные нагрузки, а не передает их на раму.

Бесщеточный мотор-редуктор 24 В для автоматических транспортных средств и систем автоматизации Этот компактный двигатель на 24 В развивает мощность 25–400 Вт при 3000 об/мин и номинальный крутящий момент 0,08 Нм. Его бесщеточная конструкция и планетарная ступень снижают вибрацию и шум, что идеально подходит для шагающих приводов AGV, где важны низкий уровень шума и высокий запас по перегрузке. Посмотреть продукт →

Измеренное снижение шума: сравнение конфигураций приводов

Наименьшее реальное сокращение достигается только за счет замены двигателя; Самый крупный из них связан с совместной модернизацией двигателя и ступени редуктора.

В приведенной ниже таблице показаны типичные уровни звукового давления, взвешенные по шкале А, измеренные на расстоянии 1 м от корпуса двигателя, при 3000 об/мин на валу двигателя, без внешней нагрузки. Эти значения представляют собой разброс, обычно наблюдаемый в отчетах об испытаниях двигателей; окончательные цифры смещаются на 2–4 дБА в зависимости от монтажа и нагрузки.

Как выбрать малошумный бесщеточный мотор-редуктор постоянного тока для вашего применения

Установите целевой уровень шума в дБА на расстоянии 1 м, затем от этого числа действуйте в обратном направлении, учитывая электрическую конструкцию двигателя, тип передачи и монтажную геометрию.

1. Зафиксируйте рабочую скорость и крутящий момент, включая периодические пики. Шум обычно сильнее всего в точках резонанса, а не на максимальной скорости.
2. Выберите бесщеточный двигатель с соответствующей электронной коммутацией. Попросите производителя измерить дБА на расстоянии 1 м в вашей рабочей точке, а не только на холостом ходу.
3. Выберите ступень редуктора. Прецизионная планетарная или винтовая планетарная передача требуется при тональном шуме ниже 60 дБА; прямозубая передача может работать только тогда, когда целевой уровень выше 62 дБА.
4. Просмотрите монтажный конверт. Отдайте предпочтение фланцевому торцевому креплению с механически обработанной регистровой головкой, а не кронштейну из тонкого листового металла.
5. Создайте прототип и измерьте на реальной машине, поскольку рама всегда добавляет несколько децибел по сравнению со стендовыми испытаниями.

Выбор напряжения напрямую влияет на совместимость управления. Низковольтные бесщеточные мотор-редукторы на 24 В и 48 В являются стандартными для AGV и мобильного оборудования, а высоковольтные бесщеточные мотор-редукторы на 220–230 В подходят для стационарного промышленного оборудования с прямым питанием от шины переменного тока. В компании Zhejiang Saiya Intelligent Manufacturing Co., Ltd. оба семейства напряжения построены в компактных корпусах со встроенными планетарными ступенями.

Бесщеточный мотор-редуктор 220–230 В для стационарного промышленного оборудования Работая от стандартного промышленного источника переменного тока, этот двигатель обеспечивает мощность 10–400 Вт при 3000 об/мин и крутящий момент до 1,5 Нм. Он подходит для стационарного оборудования, требующего надежного управления движением, а его компактная рама со встроенной планетарной ступенью помогает снизить слышимый шум. Посмотреть продукт →

Часто задаваемые вопросы о шуме бесщеточного мотор-редуктора постоянного тока

Четыре ответа ниже охватывают вопросы, которые появляются первыми в каждом обсуждении снижения шума.

Насколько бесщеточный мотор-редуктор постоянного тока тише коллекторного двигателя постоянного тока?

В комплектном мотор-редукторе при одинаковой скорости и нагрузке разница обычно составляет 8–12 дБА и сосредоточена в диапазоне 3–8 кГц, который операторы считают наиболее раздражающим. Точное значение зависит от ступени редуктора и конструкции крепления.

Является ли коробка передач или двигатель основным источником шума?

В щеточном мотор-редукторе контакт щетка-коллектор обычно доминирует на частоте выше 3 кГц. В бесщеточном мотор-редукторе основным источником становится зубчатое зацепление, обычно частотой 0,5–2 кГц. Таким образом, модернизация коробки передач — единственный способ максимально реализовать преимущества бесщеточной конструкции в плане шума.

Влияет ли контроллер на уровень шума?

Да, существенно. Контроллер входа с трапециевидной коммутацией создает больше пульсаций крутящего момента и более высокий тональный шум, чем контроллер с синусоидальной коммутацией или контроллер с ориентацией по полю. Частота коммутации также должна соответствовать индуктивности двигателя; несогласованный контроллер добавляет свист в диапазоне 10-20 кГц.

Могу ли я установить бесщеточный мотор-редуктор постоянного тока на существующее оборудование?

Обычно да, если напряжение, интерфейс контроллера, размеры фланцев и передаточное число совпадают. Модернизация автоматических транспортных средств и приводов конвейеров является обычной практикой. Поскольку бесщеточные двигатели обычно короче эквивалентных коллекторных двигателей с тем же крутящим моментом, конфликты конвертов редки.