Skuteczne sposoby napędzania jednego wału z wieloma silnikami?

Aby odpowiedzieć na pytanie „dlaczego nie użyć większego silnika”, jestem mentorem w szkole średniej dla zespołu robotyki FTC (First Tech Challenge), z nieco delikatnym zapleczem mechanicznym / sprzętowym. Są one nieco ograniczone w zakresie dozwolonych zastosowań, w szczególności silników. Do 8x silników prądu stałego DC 12v 1,5 ft-lb, max.

W tym roku natknęli się na problem z większą mocą podnoszenia, z którą może pomóc przekładnia, ale aby uzyskać windę, potrzebowali dużo prędkości, co w bardzo krótkim (~ 2 minuty) konkursie było kosztownym kompromisem, gdy często trzeba było wchodzić i schodzić.

Możliwości, które wziąłem pod uwagę (i nie miałem jeszcze czasu, aby z nimi zadzierać, ale staram się badać i uzyskiwać informacje od inżynierów lepiej niż ja ...)

Posiadanie dwóch silników bezpośrednio napędzających ten sam bieg na wale wydaje się być pierwszą oczywistą odpowiedzią, ale podatne na błędy (potencjalnie wyślizgują się z synchronizacji i szlifują).
Dwa silniki napędzające dwa oddzielne koła pasowe na wale napędzanym, które teoretycznie powinny zyskać moc bez problemów z zakleszczeniem przekładni.

Planuję poddać dzieci eksperymentom i testom, ale ponieważ moje doświadczenie ME jest bardzo słabe, zabiegam o wkład.

mechanical-engineering gears robotics motors próbuj złapać
źródło

Jeśli silniki mają oś przechodzącą przez całą drogę, możesz połączyć je w linii, oś do osi (wspólny wał) bez przekładni pośredniej.

SF.

Odpowiedzi:

Mechanizm różnicowy jest urządzeniem mechanicznym zaprojektowanym do robienia dokładnie tego, co proponujesz. Pozwoli to dwóm silnikom obracać się z nieco innymi prędkościami, jednocześnie łącząc moc. Najczęstszym zastosowaniem mechanizmu różnicowego jest układ napędowy samochodu, w którym służy on do napędzania obu kół z jednego silnika, a jednocześnie umożliwia obracanie się kół z różnymi prędkościami, tj. Działa w odwrotnym kierunku niż aplikacja, której szukasz .

Chris Mueller
źródło

To fantastycznie, przyjrzę się temu. :)

trycatch

Sprawdź ten klasyczny film z lat 30. XX wieku Chevroleta pt. „Za rogiem”. Ten film jest najbardziej zwięzłym i prostym wyjaśnieniem mechanizmu różnicowego, jaki kiedykolwiek znalazłem. Wyjaśnia nie tylko problem motywujący mechanizm różnicowy, ale także to, jak proste korekty przyrostowe przekładają się na mechanizm różnicowy: youtu.be/F40ZBDAG8-o

Paul

@Paul To ładne, jasne wyjaśnienie, jak to działa. Dzięki za link.

Chris Mueller

Mechaniczny mechanizm różnicowy robi to, o co prosisz, ale tak naprawdę go nie potrzebujesz.

Możesz połączyć dwa identyczne silniki elektryczne razem na tym samym wale. Nie ma „wymknięcia się z synchronizacji”, ponieważ nie ma problemu z synchronizacją. Napęd dwóch silników tak samo, a oba będą rozwijały się blisko tego samego momentu obrotowego. Jeden będzie miał nieco większy moment obrotowy niż drugi, ale dwa momenty wciąż się zwiększają. Małe niedopasowanie nie zaszkodzi.

W najgorszym przypadku napędzasz jeden silnik w całości, a drugi wcale. Niedościgniony silnik po prostu spowoduje niewielkie obciążenie tarcia na wale, dopóki jego połączenia elektryczne pozostaną otwarte. Tak długo, jak napędzasz każdy silnik wystarczająco mocno, aby obracał się z tą prędkością wału bez obciążenia, to niczego nie spowolni. Trzeba będzie napędzać oba silniki znacznie inaczej, aby jeden z nich zwiększył moment obrotowy na wale, podczas gdy drugi zwiększa opór.

Zakłada się, że nie masz kontrolera w zamkniętej pętli, który próbuje regulować prędkość silnika. Dopóki sterownik zmienia tylko efektywne napięcie równoważne, które widzi silnik, bezpośrednie połączenie dwóch silników jest w porządku.

Olin Lathrop
źródło

Hmm, naprawdę? W jakiś sposób wyobrażałem sobie, że najgorszym przypadkiem może być coś takiego, jak jeden silnik pracujący przy X rpm, a drugi albo działający przy braku mocy dwóch frakcji, powodując, że zęby czasami się spotykają lub coś takiego. Ale przypuszczam, że silnik o większej mocy będzie dalej pchał?

trycatch

@tryc: Gdy oba silniki są podłączone do tego samego wału, oba będą zawsze pracować z tą samą prędkością. Nie rozumiem, jak zęby przekładni mają coś z tym wspólnego, ponieważ używasz sprzęgieł wałków. Nie ma potrzeby stosowania przekładni między dwoma silnikami. Przy danej prędkości jedynym pytaniem jest, jaki moment obrotowy (dodatni lub ujemny) przykłada silnik na wał. Przy silnikach tego samego modelu podłączonych elektrycznie moment obrotowy przy tym samym napięciu i prędkości będzie bardzo zbliżony. Nawet jeśli jeden, powiedzmy, 80% drugiego, nie zostanie wyrządzona żadna realna szkoda poza optymalnym wykorzystaniem silników.

Olin Lathrop,

Jeśli silniki są magnesami stałymi typu DC i mają tę samą tabliczkę znamionową, ale mają inne właściwości (ze względu na niespójności produkcyjne), lepiej połączyć szeregowo niż równolegle. Wynika to z faktu, że silniki działają jak dynama, wytwarzając napięcie wsteczne, które należy pokonać przez przyłożone napięcie. Przykład: 2 silniki, jeden o napięciu wstecznym 10 V przy pewnej prędkości, drugi o napięciu wstecznym 11 V. Oba mają rezystancję 1 om. Podłącz je do źródła zasilania 12V, silnik A pobiera (12-10) / 1 = 2 ampery, silnik B pobiera (12-11) / 1 = 1 amper. Moment obrotowy jest proporcjonalny do prądu, więc każdy silnik ma inny prąd / moment obrotowy.

Level River St

Możesz uniknąć tego problemu, wybierając dwa nominalne silniki 6 V i łącząc je szeregowo, dzięki czemu na pewno będą one miały ten sam prąd przez każdy (a zatem praktycznie identyczny moment obrotowy). Chociaż w obu przypadkach powinieneś pomyśleć o tym, jaki wpływ będzie miała awaria jednego silnika na drugi.

Level River St

„Nie rozumiem, jak zęby przekładni mają z tym coś wspólnego, ponieważ używasz sprzęgieł wałków”. O. O. Nawet nie myślałem o tym, żeby oboje BEZPOŚREDNIO JAZDY TO SAMY WAŁ. Myślałem, że jadę: silnik A napędzający bieg -> bieg na wale <- silnik B napędzający bieg I widziałem potencjał, że jeden bieg poślizgnie się i zsynchronizuje z zębatką na wale i spowoduje szlifowanie / zaczepienie.

tricatch

Problemem było sprzęganie dwóch silników. Zrównoważyliby te dwa, monitorując pobór prądu między nimi i równowagę. Sprzężenie dwóch silników nie stanowi już problemu w związku z pojawieniem się napędów cyfrowych, które mogą sparować się ze sobą. To rozwiązuje stare połączenie dwóch wałów z wałem podnośnika.

użytkownik14175
źródło