موتور DC چرخ دنده ای کرم JGY-370: تجزیه و تحلیل مشکل و راه حل های بهینه سازی
در زمینه تجهیزات پزشکی، یک سیستم قدرت با دقت بالا و نویز کم برای اطمینان از عملکرد پایدار دستگاه ها بسیار مهم است. اخیراً، شرکتی که در زمینه توسعه دستگاه های پزشکی هوشمند تخصص دارد، موتور DC چرخ دنده ای کرم JGY-370 را در ویلچر برقی جدید خود معرفی کرد و عملکرد و تجربه کاربری محصول را به طور قابل توجهی افزایش داد. با این حال، در طول استفاده واقعی، تیم تحقیق و توسعه با چندین مشکل مواجه شد که به طور قابل توجهی بر عملکرد و تجربه کاربری محصول تأثیر گذاشت. پس از تجزیه و تحلیل و بهینه سازی عمیق، این مشکلات به طور موثر حل شدند.
I. پیشینه
این شرکت به توسعه ویلچرهای برقی هوشمند اختصاص دارد تا نیاز به دستگاه های کارآمد، راحت و کم صدا را در بیمارستان ها و مراکز توانبخشی برآورده کند. در طول فاز اولیه آزمایش محصول، تیم تحقیق و توسعه دریافت که موتورهای سنتی در حین کار نویز قابل توجهی تولید می کنند و گشتاور خروجی ناپایداری را تحت بار زیاد نشان می دهند، که بر عملکرد کلی دستگاه و تجربه کاربری بیماران تأثیر می گذارد. برای رفع این مشکلات، تیم تحقیق و توسعه شروع به جستجوی یک موتور مینیاتوری با عملکرد بالا کرد و در نهایت موتور DC چرخ دنده ای کرم JGY-370 را انتخاب کرد.
II. شرح مشکل
(1) مشکل نویز
در حین کار، موتور سطوح نویز نسبتاً بالایی تولید می کرد، به خصوص هنگام کار با سرعت کم، که به ویژه قابل توجه بود. این نه تنها بر تجربه کاربری تأثیر می گذاشت، بلکه پتانسیل ایجاد آلودگی صوتی در محیط آرام بیمارستان ها و مراکز توانبخشی را نیز داشت.
(2) خروجی گشتاور ناپایدار
تحت بار زیاد، خروجی گشتاور موتور به طور قابل توجهی نوسان داشت و در نتیجه فرآیند رانندگی ناهمواری برای ویلچر ایجاد شد. این نه تنها بر راندمان عملیاتی دستگاه تأثیر گذاشت، بلکه نگرانی هایی را در مورد مشکلات مکانیکی احتمالی در درازمدت ایجاد کرد.
(3) مشکل اتلاف حرارت
پس از کار طولانی مدت، دمای موتور افزایش یافت و بر پایداری و طول عمر دستگاه تأثیر گذاشت. این امر به ویژه در طول استفاده مکرر مشهود بود و می تواند منجر به گرم شدن بیش از حد و خاموش شدن خودکار دستگاه شود.
III. تجزیه و تحلیل مشکل
(1) مشکل نویز
نویز در درجه اول از درگیری چرخ دنده کرم و لرزش محفظه موتور ناشی می شد. در سرعت های کم، فرکانس درگیری کمتر بود، اما هر رویداد درگیری مقدار قابل توجهی انرژی آزاد می کرد که منجر به نویز قابل توجه تری می شد.
(2) خروجی گشتاور ناپایدار
ناپایداری در خروجی گشتاور احتمالاً به دلیل یک الگوریتم کنترلی نادرست بود که باعث نوسانات جریان قابل توجهی در هنگام تغییر بار می شد و در نتیجه بر تحویل گشتاور تأثیر می گذاشت. علاوه بر این، ممکن است نقص های طراحی در سیستم انتقال چرخ دنده کرم موتور وجود داشته باشد که منجر به انتقال گشتاور ناهموار شده است.
(3) مشکل اتلاف حرارت
اتلاف حرارت ضعیف احتمالاً به دلیل طراحی خنک کننده ناکافی در موتور بود که از اتلاف موثر گرما جلوگیری می کرد. در نتیجه، دمای داخلی موتور در طول عملکرد طولانی مدت افزایش یافت و بر عملکرد و طول عمر آن تأثیر گذاشت.
IV. راه حل ها
(1) بهینه سازی نویز
-
بهبود طراحی چرخ دنده: جایگزینی چرخ دنده های کرم سنتی با چرخ دنده های کرم با دقت بالا برای بهینه سازی زاویه درگیری، کاهش نویز در حین درگیری.مواد عایق صدا: اضافه کردن مواد عایق صدا، مانند پدهای لاستیکی یا اسفنج های جاذب صدا، در داخل محفظه موتور برای جذب نویز تولید شده در حین کار.
-
بهینه سازی نصب موتور: اطمینان از محکم بسته شدن موتور در حین نصب برای کاهش لرزش محفظه، در نتیجه کاهش سطح نویز.(2) افزایش پایداری گشتاور
-
بهینه سازی الگوریتم کنترل: پیاده سازی یک الگوریتم کنترل حلقه بسته برای نظارت بر جریان موتور و خروجی گشتاور در زمان واقعی و تنظیم خودکار پارامترهای عملیاتی با توجه به تغییرات بار برای اطمینان از تحویل گشتاور پایدار.ماژول جبران گشتاور: ادغام یک ماژول جبران گشتاور در سیستم کنترل موتور برای جبران دینامیکی خروجی گشتاور از طریق الگوریتم های نرم افزاری، کاهش نوسانات گشتاور در هنگام راه اندازی و خاموش شدن.
(3) بهینه سازی اتلاف حرارت
-
افزودن هیت سینک: نصب هیت سینک ها بر روی محفظه موتور برای افزایش سطح اتلاف حرارت و بهبود راندمان خنک کننده.بهینه سازی ساختار داخلی: طراحی مجدد کانال های جریان هوا در داخل موتور برای اضافه کردن سوراخ های تهویه، اطمینان از اتلاف حرارت موثر در حین کار.
-
مواد رسانای حرارتی: استفاده از سیلیکون رسانای حرارتی برای اجزای کلیدی داخل موتور برای انتقال سریع گرما به محفظه، افزایش بیشتر عملکرد خنک کننده.V. نتایج پیاده سازی
(1) کاهش نویز
-
پس از بهینه سازی، نویز عملکرد موتور از 60 دسی بل به 50 دسی بل کاهش یافت که به طور قابل توجهی تجربه کاربری را بهبود بخشید و آلودگی صوتی را در محیط بیمارستان ها و مراکز توانبخشی کاهش داد.(2) افزایش پایداری گشتاور
-
پایداری خروجی گشتاور 30٪ بهبود یافت که منجر به فرآیند رانندگی نرم تر برای ویلچر و افزایش قابل توجهی در راندمان عملیاتی دستگاه شد. پایداری طولانی مدت موتور نیز افزایش یافت.(3) بهبود اتلاف حرارت
-
دمای عملکرد موتور 20٪ کاهش یافت، که باعث از بین رفتن موارد گرم شدن بیش از حد و خاموش شدن خودکار شد و به طور قابل توجهی قابلیت عملکرد مداوم دستگاه را افزایش داد.VI. نتیجه گیری