In che modo la coppia, il carico radiale e il carico assiale influiscono sulla selezione del motore

Di Valentin Raschke, ingegnere applicativo, Portescap | 29 agosto 2023

Cercare e selezionare un motore per un'applicazione specifica può spesso essere un compito impegnativo, poiché ci sono molti fattori potenziali che devono essere presi in considerazione. Questi includono, tra gli altri, la tensione richiesta dall'applicazione, la corrente e il diametro massimi, la velocità, l'efficienza e la potenza. Bilanciare queste considerazioni con altri requisiti applicativi unici aiuterà a garantire la selezione del motore ideale, motivo per cui è fondamentale un approccio collaborativo tra la soluzione di movimento e i team di ingegneria di progettazione fin dall'inizio.

Quando ci si rivolge per la prima volta a un fornitore di motori in miniatura per ricevere assistenza nel processo di selezione del motore, una delle domande iniziali da affrontare è il punto di lavoro specifico dell'applicazione o la coppia e la velocità dell'applicazione. Comprendere il carico sul motore aiuterà a individuare la potenza motore necessaria e gli accessori motore richiesti. È inoltre fondamentale discutere in che modo il motore viene integrato nell'applicazione, poiché diversi tipi di carichi avranno un impatto significativo sulla durata e sull'affidabilità del motore o sulla progettazione del motore richiesto.

Esploreremo il carico di coppia, il carico radiale e il carico assiale, che sono tre diversi tipi di carichi presenti nelle comuni applicazioni dei motori in miniatura. Evidenzieremo anche il motivo per cui questi carichi sono cruciali per il processo di selezione del motore.

La coppia è la quantità di forza rotazionale generata da un motore durante il suo funzionamento. Poiché lo scopo di un motore è tipicamente quello di convertire l'energia elettrica (Pelec = tensione x corrente) in energia meccanica (Pmech = coppia x velocità di rotazione), il carico di coppia è presente in quasi tutte le applicazioni per i motori rotativi.

Nella maggior parte dei casi, selezionare semplicemente un motore in base al valore di coppia richiesto “x” non sarà sufficiente. La coppia (e la velocità) richiesta in un'applicazione deve essere compresa durante l'intero ciclo di movimento, poiché il motore deve fornire la potenza meccanica necessaria senza surriscaldarsi. Ciò significa che spesso il fornitore del movimento ti verrà chiesto di fornire l'esatto ciclo di movimento che dovrebbe subire il motore; questo permette di analizzare la temperatura massima che il motore può raggiungere prima di surriscaldarsi.

Tenere presente che la scelta del motore giusto richiede non solo la comprensione del valore di coppia richiesto, ma anche del profilo coppia/velocità durante l'intero ciclo di movimento e il relativo ciclo di lavoro.

In alcune applicazioni, il motore o il riduttore non deve solo fornire una determinata coppia per azionare il carico, ma deve anche supportare un carico radiale, ovvero una forza che agisce radialmente sull'albero del motore. Un esempio di ciò è una trasmissione a cinghia, che viene utilizzata per azionare un asse parallelo al motore. La forza di tensionamento deve essere considerata come un carico radiale agente sull'albero motore, soprattutto se la cinghia è pretensionata.

Il carico radiale è rilevante per la scelta del motore a causa del suo impatto sulle opzioni dei cuscinetti. Nell'esempio di un motore DC a spazzole o passo-passo, sono disponibili due opzioni di cuscinetti standard: cuscinetti a manicotto o cuscinetti a sfere. I cuscinetti a manicotto in genere supportano un carico radiale inferiore rispetto ai cuscinetti a sfere, oltre a fornire una durata inferiore; ciò è compensato dal loro costo inferiore. A seconda del costo totale del motore, l'utilizzo di due cuscinetti a manicotto anziché a sfere può ridurre significativamente il costo del motore. Tuttavia, per applicazioni come la trasmissione a cinghia e la pompa a membrana in cui è presente un carico radiale, l'utilizzo di almeno un cuscinetto a sfere per il cuscinetto anteriore del motore aiuta a garantire una durata ragionevole ed è quindi una scelta migliore.

Al contrario, i motori CC senza spazzole, che in genere utilizzano due cuscinetti a sfera, poiché possono essere azionati a velocità molto più elevate rispetto ai motori CC o passo-passo. Un produttore di motori consiglierà una forza dinamica radiale massima alla quale è possibile ottenere una durata minima del motore a una velocità specifica. La forza dinamica radiale massima dipenderà dalle dimensioni dei cuscinetti utilizzati, dalla distanza tra i due cuscinetti a sfere nel motore e dalla posizione in cui si applica il carico radiale. Un motore lungo con cuscinetti a sfera sovradimensionati supporta in genere un carico radiale maggiore rispetto a un motore più corto.