¿Maneras efectivas de conducir un solo eje con múltiples motores?

Para evitar la pregunta "por qué no usar un motor más grande", soy un mentor de la escuela secundaria para un equipo de robótica FTC (First Tech Challenge), con un poco de experiencia en mecánica / hardware. Están algo limitados en lo que se les permite usar, en particular los motores. Hasta 8x motores de 1.5v-lb 12v DC, máx.

Este año se encontraron con el problema de necesitar más potencia de elevación, con lo que el engranaje podría ayudar, pero para obtener la elevación que necesitaban costaba mucha velocidad, que en una competencia muy corta (~ 2 minutos), era una compensación costosa cuando era necesario subir y bajar con frecuencia.

Posibilidades que he considerado (y aún no he tenido tiempo de meterme, pero estoy tratando de investigar y obtener aportes de los ingenieros mejor que yo ...)

Tener dos motores que conducen directamente el mismo engranaje en el eje parece ser la primera respuesta obvia, pero propensa a errores (es posible que se salga de la sincronización y se muela).
Dos motores que accionan dos poleas separadas en el eje impulsado, lo que teóricamente debería ganar potencia sin los problemas de atascamiento de engranajes.

Estoy planeando que los niños experimenten y prueben, pero como mi experiencia de ME es extremadamente débil, solicito información.

— trata de atraparlo
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Si los motores tienen un eje en toda su extensión, puede acoplarlos en línea, eje a eje (eje común) sin engranajes intermedios.

— SF.

Respuestas:

Un diferencial es un dispositivo mecánico diseñado para hacer exactamente lo que usted propone. Permitirá que los dos motores giren a velocidades ligeramente diferentes mientras se sigue combinando la potencia. El uso más común de un diferencial es en la transmisión de un automóvil en el que se usa para impulsar ambas ruedas desde un motor y al mismo tiempo permite que las ruedas giren a diferentes velocidades, es decir, actuando en sentido inverso desde la aplicación que está buscando. .

— Chris Mueller
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Eso es fantástico, lo investigaré. :)

— trycatch

Echa un vistazo a este clásico corto de 1930 de Chevrolet titulado "A la vuelta de la esquina". Este video es la explicación más concisa y simple del engranaje diferencial que he encontrado. No solo explica el problema que motiva el diferencial, sino también cómo los simples ajustes incrementales resultan en el engranaje diferencial: youtu.be/F40ZBDAG8-o

— Paul

@Paul Esa es una buena explicación clara de cómo funciona. Gracias por el enlace.

— Chris Mueller

Si bien un diferencial mecánico hace lo que le pides, realmente no lo necesitas.

Puede conectar dos motores eléctricos idénticos juntos en el mismo eje. No hay "pérdida de sincronización" porque no hay un problema de sincronización en primer lugar. Conduzca los dos motores del mismo modo y ambos se desarrollarán cerca del mismo par. Uno tendrá un poco más de par que el otro, pero los dos pares aún se suman. No hay daño en un pequeño desajuste.

En el peor de los casos, conduce un motor al máximo y el otro no. El motor no accionado solo agregará una pequeña carga de fricción al eje siempre que sus conexiones eléctricas se dejen abiertas. Mientras maneje cada motor lo suficientemente fuerte como para que gire a esa velocidad del eje sin carga, no disminuirá la velocidad. Tendría que conducir los dos motores de manera significativamente diferente para que uno agregue torque al eje mientras que el otro agrega resistencia.

Esto supone que no tiene un controlador de circuito cerrado que está tratando de regular la velocidad del motor. Mientras su controlador solo cambie el voltaje equivalente efectivo que ve el motor, está bien conectar directamente los dos motores.

— Olin Lathrop
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Hm, enserio? De alguna manera, imaginé que el peor de los casos sería algo así como un motor funcionando a X rpm y el otro funcionando a una potencia de dos fracciones, lo que ocasionaría que los dientes se encontraran ocasionalmente o algo así. Pero supongo que el motor de mayor potencia seguirá avanzando.

— trycatch

@tryc: con ambos motores conectados al mismo eje, ambos siempre funcionarán a la misma velocidad. No veo cómo los dientes de los engranajes tienen algo que ver con esto, ya que estaría utilizando acopladores de eje. No hay necesidad de engranajes entre los dos motores. A una velocidad dada, la única pregunta es cuánto par (positivo o negativo) está poniendo el motor en el eje. Con los motores del mismo modelo conectados eléctricamente, el par al mismo voltaje y velocidad estará bastante cerca. Incluso si uno es, digamos, el 80% del otro, no se hará ningún daño real que no sea el uso óptimo de los motores.

— Olin Lathrop

Si los motores son de tipo CC de imán permanente y tienen la misma placa de identificación pero características diferentes (debido a inconsistencias de fabricación), es mejor conectar en serie que en paralelo. Esto se debe a que los motores actúan como dinamos, produciendo un voltaje de retorno que debe ser superado por el voltaje aplicado. Ejemplo: 2 motores, uno con voltaje de retorno de 10 V a alguna velocidad, el otro con voltaje de retorno de 11 V. Ambos tienen resistencia de 1 ohm. Conéctelos a una fuente de 12V, el motor A consume (12-10) / 1 = 2 amperios, el motor B consume (12-11) / 1 = 1 amperio. El par es proporcional a la corriente, por lo que hay diferente corriente / par en cada motor.

— Level River St

Puede evitar este problema seleccionando en su lugar dos motores nominales de 6 V y conectándolos en serie, por lo que seguramente tendrán la misma corriente a través de cada uno (y, por lo tanto, un par prácticamente idéntico). Aunque en ambos casos, debe pensar en el efecto que tendrá la falla de un motor en el otro.

— Level River St

"No veo cómo los dientes de los engranajes tienen algo que ver con esto, ya que estarías usando acopladores de eje". Oh. OH. Ni siquiera pensé en hacer que ambos CONDUZAN DIRECTAMENTE EL MISMO EJE. En mi mente, estaba yendo: engranaje del motor A -> engranaje en el eje <- accionamiento del engranaje del motor B Y vi un potencial para que un engranaje se deslice y se desincronice con el engranaje en el eje y cause rechinar / enganchar.

— trycatch

El acoplamiento de dos motores solía ser un problema. Ellos equilibrarían los dos monitoreando el consumo actual entre ellos y el equilibrio. El acoplamiento de dos motores ya no es un problema con la llegada de las unidades digitales, que pueden emparejarse entre sí. Esto resuelve el viejo acoplamiento de dos ejes con un eje de gato.

— usuario14175
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