O impacto das cargas de torque, radiais e axiais na seleção do motor

Valentin Raschke | 07 de julho de 2023

Selecionar um motor para uma aplicação específica pode ser uma tarefa desafiadora. Muitos fatores devem ser considerados, incluindo a tensão necessária para a aplicação, corrente e diâmetro máximos, velocidade, eficiência e potência, entre outros. Equilibrar essas considerações com outros requisitos exclusivos da aplicação ajudará a garantir a seleção do motor ideal. A colaboração entre as equipes de soluções de movimento e de engenharia de projeto é vital desde o início.

Ao abordar pela primeira vez um fornecedor para assistência na seleção de motores em miniatura, uma questão vital deve ser abordada: Qual é o ponto de trabalho específico da aplicação ou o torque e a velocidade necessários? Compreender a carga do motor ajudará a identificar a potência necessária do motor e os acessórios necessários. Também é importante discutir como o motor será integrado à aplicação. Diferentes tipos de cargas terão um impacto significativo no projeto do motor necessário, na vida útil e na confiabilidade do motor.

Torque, carga radial e axial são diferentes tipos de cargas presentes em aplicações comuns de motores em miniatura. Eles são cruciais para o processo de seleção do motor.

Torque é a quantidade de força rotacional gerada por um motor durante sua operação. (Por favor, veja a Figura 1 acima.) A finalidade típica de um motor é converter energia elétrica (Pelec = tensão x corrente) em energia mecânica (Pmech = torque x velocidade rotacional), de modo que a carga de torque está presente em quase todas as aplicações para motores rotativos. .

A simples seleção de um motor com base no valor de torque “x” necessário geralmente é insuficiente. O torque (e a velocidade) necessários em uma aplicação devem ser entendidos durante todo o ciclo de movimento, pois o motor precisa fornecer a potência mecânica necessária sem superaquecimento. O fornecedor de movimento frequentemente solicitará que você forneça o ciclo de movimento exato que o motor deverá passar; isso permite a análise da temperatura máxima que o motor pode atingir antes do superaquecimento. Um exemplo disso é fornecido abaixo na Figura 2.

Figura 2: Ciclo de movimento típico de um motor usado em uma ferramenta elétrica industrial.

Tenha em mente: Selecionar o motor certo requer não apenas a compreensão do valor de torque necessário, mas também o perfil de torque/velocidade ao longo de todo um ciclo de movimento e seu ciclo de trabalho.

Figura 3: Exemplo de transmissão por correia.

Em certas aplicações, o motor ou caixa de engrenagens deve não apenas fornecer um determinado torque para acionar a carga, mas também suportar uma carga radial. Esta é uma força que atua radialmente no eixo do motor. Um exemplo é o acionamento por correia (Figura 3, à esquerda), que é utilizado para acionar um eixo paralelo ao motor. A força de tensão deve ser considerada como uma carga radial atuando no eixo do motor, principalmente se a correia estiver pré-tensionada.

Um segundo exemplo é uma bomba de diafragma. Um pistão se move para cima e para baixo para uma pressão positiva ou negativa na válvula para facilitar o fluxo de um líquido ou outro material. Montado no eixo do motor, o pistão cria o movimento e aplica uma carga radial ao motor.

A carga radial é relevante para a seleção do motor devido ao seu impacto nas opções de rolamentos. No exemplo de um motor de escova CC ou de passo, existem duas opções de rolamento padrão: rolamentos de luva ou rolamentos de esferas. Os rolamentos deslizantes normalmente suportam uma carga radial mais baixa e proporcionam menor vida útil, mas esses pontos negativos são compensados ​​por seu custo mais baixo. Dependendo do custo total do motor, o uso de dois rolamentos deslizantes em vez de rolamentos de esferas pode reduzir significativamente as despesas. No entanto, para aplicações onde uma carga radial está presente, como a transmissão por correia e a bomba de diafragma, a utilização de pelo menos um rolamento de esferas para o rolamento dianteiro do motor ajuda a garantir uma vida útil razoável e, portanto, é a melhor escolha.

Figura 4: Carga radial em um motor BLDC usando dois rolamentos de esferas.

Em contraste, os motores CC sem escovas normalmente usam dois rolamentos de esferas e podem ser acionados em velocidades muito mais altas do que os motores CC ou de passo. Um fabricante de motor recomendará uma força dinâmica radial máxima na qual uma vida útil mínima do motor a uma velocidade específica possa ser alcançada. A força dinâmica radial máxima dependerá do tamanho dos rolamentos utilizados, da distância entre os dois rolamentos de esferas do motor (Figura 4: Distância “B”) e da posição onde a carga radial se aplica (Figura 4: Distância “A” ). Um motor longo com rolamentos de esferas superdimensionados normalmente suporta uma carga radial maior do que um motor mais curto (Figura 4).