Effektive Möglichkeiten, eine einzelne Welle mit mehreren Motoren anzutreiben?

Um die Frage "Warum nicht einen größeren Motor verwenden?" Zu beantworten, bin ich ein High-School-Mentor für ein FTC-Roboterteam (First Tech Challenge) mit einem gewissen Hintergrund in Bezug auf weiche Mechanik / Hardware. Sie sind etwas eingeschränkt in dem, was sie benutzen dürfen, insbesondere Motoren. Bis zu 8x 12-V-Gleichstrommotoren (1,5 ft-lb), max.

In diesem Jahr stießen sie auf das Problem, mehr Hubkraft zu benötigen, bei der das Getriebe Abhilfe schaffen könnte. Der benötigte Auftrieb kostete jedoch viel Geschwindigkeit, was in einem sehr kurzen Wettbewerb (~ 2 Minuten) ein kostspieliger Kompromiss war es gab ein Bedürfnis, häufig auf und ab zu gehen.

Möglichkeiten, die ich in Betracht gezogen habe (und mit denen ich mich noch nicht herumschlagen konnte, aber ich versuche, besser als ich selbst zu recherchieren und Input von Ingenieuren zu erhalten.)

Zwei Motoren, die direkt das gleiche Zahnrad auf der Welle antreiben, scheinen die erste offensichtliche Antwort zu sein, sind jedoch fehleranfällig (verrutschen und möglicherweise schleifen).
Zwei Motoren treiben zwei separate Riemenscheiben auf der angetriebenen Welle an, die theoretisch ohne Probleme mit dem Blockieren des Getriebes an Leistung gewinnen sollten.

Ich plane, die Kinder experimentieren und testen zu lassen, aber da meine ME-Erfahrung extrem schwach ist, bitte ich um Input.

— trycatch
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Wenn die Motoren eine durchgehende Achse haben, können Sie sie ohne dazwischen liegendes Getriebe in einer Linie von Achse zu Achse (gemeinsame Welle) koppeln.

— SF.

Antworten:

Ein Differential ist ein mechanisches Gerät, das genau das tut, was Sie vorschlagen. Dadurch können sich die beiden Motoren leicht unterschiedlich schnell drehen und gleichzeitig die Leistung kombinieren. Die häufigste Verwendung eines Differentials ist der Antriebsstrang eines Automobils, bei dem beide Räder von einem Motor angetrieben werden, während sich die Räder immer noch mit unterschiedlichen Drehzahlen drehen, dh im umgekehrten Sinne zu der von Ihnen gewünschten Anwendung verhalten .

— Chris Mueller
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Das ist fantastisch, ich werde das untersuchen. :)

— trycatch

Schauen Sie sich diesen klassischen Kurzfilm aus den 1930er Jahren von Chevrolet mit dem Titel "Around the Corner" an. Dieses Video ist die prägnanteste und einfachste Erklärung für das Differentialgetriebe, das ich je gefunden habe. Dies erklärt nicht nur das Problem, das das Differential motiviert, sondern auch, wie einfach inkrementelle Anpassungen das Differentialgetriebe bewirken

— Paul

@Paul Das ist eine schöne klare Erklärung, wie es funktioniert. Danke für den Link.

— Chris Mueller

Während ein mechanisches Differential macht, was Sie verlangen, brauchen Sie es nicht wirklich.

Sie können zwei identische Elektromotoren auf derselben Welle miteinander verbinden. Es gibt kein "Verrutschen der Synchronisation", da es überhaupt keine Synchronisationsprobleme gibt. Treiben Sie die beiden Motoren gleich an und beide entwickeln nahezu das gleiche Drehmoment. Einer hat etwas mehr Drehmoment als der andere, aber die beiden Drehmomente addieren sich noch. Ein kleines Missverhältnis schadet nicht.

Im schlimmsten Fall fährt man einen Motor voll und den anderen gar nicht. Der nicht angetriebene Motor bringt nur eine geringe Reibungsbelastung auf die Welle, solange die elektrischen Verbindungen offen bleiben. Solange Sie jeden Motor so stark antreiben, dass er sich ohne Last mit dieser Wellendrehzahl dreht, wird er nichts verlangsamen. Sie müssten die beiden Motoren erheblich unterschiedlich antreiben, damit einer das Drehmoment auf die Welle überträgt, während der andere den Luftwiderstand erhöht.

Dies setzt voraus, dass Sie keinen geschlossenen Regelkreis haben, der versucht, die Motordrehzahl zu regeln. Solange Ihre Steuerung nur die effektive äquivalente Spannung ändert, die der Motor sieht, ist die direkte Verbindung der beiden Motoren in Ordnung.

— Olin Lathrop
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Hm, wirklich? Irgendwie stellte ich mir vor, der schlimmste Fall wäre so etwas wie ein Motor, der mit X U / min läuft, und der andere, der entweder mit einer Nichtleistung von zwei Bruchteilen läuft, was dazu führt, dass sich die Zähne gelegentlich treffen oder so. Aber ich nehme an, der Motor mit der höheren Leistung treibt die Dinge weiter voran?

— Trycatch

@tryc: Wenn beide Motoren mit der gleichen Welle verbunden sind, laufen beide immer mit der gleichen Drehzahl. Ich verstehe nicht, wie Zahnradzähne damit zu tun haben, da Sie Wellenkupplungen verwenden würden. Zwischen den beiden Motoren sind keine Zahnräder erforderlich. Bei einer gegebenen Drehzahl ist die einzige Frage, wie viel Drehmoment (positiv oder negativ) der Motor auf die Welle aufbringt. Bei elektrisch angeschlossenen Motoren desselben Modells wird das Drehmoment bei gleicher Spannung und Drehzahl ziemlich nahe sein. Selbst wenn einer 80% des anderen ausmacht, wird kein wirklicher Schaden angerichtet, außer dass die Motoren nicht optimal genutzt werden.

— Olin Lathrop

Wenn es sich bei den Motoren um Permanentmagnet-Gleichstrommotoren handelt, die dasselbe Typenschild, jedoch unterschiedliche Eigenschaften aufweisen (aufgrund von Produktionsinkonsistenzen), ist eine Reihenschaltung besser als eine Parallelschaltung. Dies liegt daran, dass Motoren als Dynamos fungieren und eine Gegenspannung erzeugen, die von der angelegten Spannung überwunden werden muss. Beispiel: 2 Motoren, einer mit 10 V Rückspannung und einer mit 11 V Rückspannung. Beide haben einen Widerstand von 1 Ohm. Schließen Sie sie an eine 12-V-Versorgung an, Motor A zieht (12-10) / 1 = 2 Ampere, Motor B zieht (12-11) / 1 = 1 Ampere. Das Drehmoment ist proportional zum Strom, daher gibt es in jedem Motor einen anderen Strom / ein anderes Drehmoment.

— Level River St

Sie können dieses Problem vermeiden, indem Sie stattdessen zwei 6-V-Nennmotoren auswählen und in Reihe schalten, sodass sichergestellt ist, dass sie jeweils den gleichen Strom (und damit praktisch das gleiche Drehmoment) führen. In beiden Fällen sollten Sie sich überlegen, welche Auswirkungen der Ausfall eines Motors auf den anderen hat.

— Level River St

"Ich verstehe nicht, wie Zahnradzähne damit zu tun haben, da Sie Wellenkupplungen verwenden würden." Oh. OH. Ich habe nicht einmal daran gedacht, dass beide DIREKT DIE GLEICHE WELLE ANTRIEBEN. In Gedanken war ich dabei: Motor A läuft -> Zahnrad auf Welle <- Motor B läuft Und ich sah die Möglichkeit, dass ein Zahnrad verrutscht und nicht mehr mit dem Zahnrad auf der Welle synchronisiert ist und ein Schleifen / Fangen verursacht.

— Trycatch

Die Kopplung zweier Motoren war früher ein Problem. Sie würden die beiden ausgleichen, indem sie die Stromaufnahme zwischen ihnen und das Gleichgewicht überwachen. Die Kopplung zweier Motoren ist mit dem Aufkommen digitaler Antriebe, die sich gegenseitig koppeln können, kein Problem mehr. Dies löst die alte Kupplung zweier Wellen mit einer Hubwelle.

— user14175
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