玩具设计中马达的选用技巧和方法

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玩具设计中马达的选用技巧和方法

帖子pvtool » 2011年 3月 11日 15:34

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马达是玩具能够保持持续动力的主要动力源。设计人员在玩具生产中很少有机会设计一个马达,主要是选用。玩具马达的选用也有很多技巧和方法。

在玩具制造中常用的马达(电机),有万宝制(Mabuchi)、标准(Standard)等,这些马达生产厂家的产品都有马达性能的参照表,设计人员很少有机会设计一个马达,主要是选用,当然也可能因为某种原因而专门设计一个马达(很多马达厂的工程师都是从Mabuchi出来的,所以Mabuchi的标准基本可以用作玩具业的马达标准)。

用试验找出合适的转速比和扭矩

马达厂的标准是空载的转速,而转速比计算时,一般就是用空载转速的计算。行走类玩具的转速比在80~150之间,因玩具产品并非是一种精密的机械,所以可以通过调节齿轮的传动来得出实际需要的传动比。比如:齿轮传动中某一节的齿数比为20:8,实验发现转速太慢则可以试一下22:6,如果转速太快,又可以换 18:10,这种办法非常方便。
马达产品都有一个最大载荷的数据,还有一个载荷与转速的关系。因为玩具产品一般不会很大而且是用电池驱动的较多,所以马达的载荷也不会很大。一般来说,载荷与扭矩越大,马达的体积也越大,所要的电池也越多,而且玩具的重量也越重,所以尽量选用合适的马达。一般保险起见,载荷与转速在曲线上升区的马达就管用。如果要节约成本,在找到一个大功率马达就可以起作用的情况下,换一个小功率的试一下。通过反复试验,找到一个功率较小又能满足要求的马达。
用收音机做干扰测试
马达的工作原理是不断地通过电刷来改变线圈中的电流,从而保证连续的转动。可以想像,马达里的磁铁越大,线圈越长,则扭矩会越大,而这种电流的改变会形成一个电磁波。电磁波的存在会对很多种家用电器造成干扰。如果一个小孩在等飞机的时候玩带有这种马达的玩具,还有可能影响飞机的起降。所以在实际工作中会增加一个抗干扰的垫圈(如 DV WASHER , 0.5港币左右),但一般设计时都会在马达的两个电极上并联上一个陶瓷片电容或一个电阻(稳定电路的作用),一方面减少电刷与线圈转换时产生的电流影响,另一方面起稳定作用。实际工作中,用一个小收音机来做干扰测试器材,如不影响所有波段的电台就基本可以了。
马达转动轴一般是铁轴,而铁轴一般直接紧配一个6齿或8齿的0.5模数的齿轮(或一个小带轮或锅杆),当是齿轮或锅杆时,特别是锅杆时,会因为刚起动的瞬间,齿与齿之间会卡位,这时线圈中的电流会加大,而导致铁轴串动,串动就会解卡,所以在固定马达时千万不要把轴在轴的方向上固定死(致少要有0.5mm的余量)。
****要注意减少噪音
线圈是有电阻的,电流通过电阻时会发热,所以马达的外壳最好不能被直接接触到,同时马达也不能放在密闭的小盒子里,密闭的空间会导致热量不易散发,而且密闭的小盒子会成为一个音箱放大了马达的噪音。
马达产品遇到最大的问题就是噪音,虽然这种噪声也许不会有安全性问题,但听起来不舒服。噪声的最大问题出之于高速齿,一般齿与齿的中间间隙会有10个丝到 20个丝之间(对0.5模的齿轮来说)。间隙太小,高速齿会碰撞发出较大的噪音;太大,一方面动力不足,另一方面也会有噪音,所以有时会用皮带轮或用一个软的传动齿(如PE轮)来降低噪音,当然还可以加一点马达油(无毒的马达油)。但是,还得注意带马达的牙箱最好不要与制件,特别是大的带有相对密闭空间的制件共件,即在大的制件上直接做出牙箱夹板,如电池箱、车底座等。这些相对密闭空间会起到一个扩音器的作用,几十倍地放大噪音。笔者经历过很多这方面的设计,如直接把马达固定在电池箱的底部或侧边,那噪音会非常恐怖。举一个实例,某一公司开发过一个1.5英尺大的遥控车(甲壳虫外形),当时就是在车底直接做出牙箱,即把马达直接固定在车底上,因为这样省掉一套模具钱,同时降低装配时间,但噪音振动直接传动到车底引起车底共振,结果噪音非常大。最后只得又重新做了一套模具,把牙箱拆出来,并在牙箱与车底安装处垫上海绵以吸振才解决问题。可见玩具的噪音很大时可以想办法在牙箱与紧固件之间加上海绵或其它的吸振软材料(如橡胶片等)来减少共振而得以减少噪音。
固定和实现正反转的方法
马达的两头专门设计有固定的位防转动。只要参照马达的尺寸图,用上下两件夹板夹住就可以了。一般不会固定马达的壳身,因为这样一方面散热不好,而另一方面也很难做到固定稳当,除非结构上万不得己,马达也可以通过打螺丝固定(马达上有专门打螺丝的孔)
一般马达的正反转都可以使用,即改变电池的方向而得到正反两种转向(可以通过机械开关来改变,也可通过电子控制),也就是说一个马达可以得到两种不同的动作。如:马达正转使四足行走的仿真动物前进,而马达反转,使得它停止并且摇尾巴、摇动等,这些动作的实现是通过一个齿轮传递转动的过程中,主动轮有一个切向用力的原理来实现转换的,即通过马达正方向转动带动一组齿轮,而在反转时又带动另一组齿轮工作。可切向跳动的轴叫跳轴。
超载保护
对于连续工作的玩具,最大的可能会受到小孩强制性制动。如把移动的汽车直接压在地面上,等等。此时如果没有过载保护机构,就会使马达线圈中的电流成倍增加,从而导致马达发热,严重能导致起火。所以一般都设有超载保护,最好的是皮带传动,但皮带传动在过载时又会过度摩擦皮带而降低皮带的寿命,所以一般都会再设有过载保护,而过载保护设计的原理一般都是利用某一传动带,使得在动作源过载时,某一齿轮能打滑或脱开动作源,从而保证马达仍然转动,但动作停止,如“S”片、跳轴等。
齿轮安装和复位机构
马达齿轮的安装只有一个方法是正确的,那就是把压齿轮的力直接作用在轴上,也就是直接抵住铁轴末端把齿轮压入铁轴工作端上。
复位机构,因为马达是连续转动的,当动作源被抓死或其它方式发生错位时,一定要保证马达工作的下一个周期或几个周期内使动作能够复原到设计位置,一般都无需专门设计。比如凸轮机构,是可以自行复位的,但如果是四杆机构,则有可能需要专门设计。

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