Директен погон наспроти ротирачки сервомотор со запчаник: Квантификација на дизајнерската предност: Дел 1

Цели на учењето

• Ротационите серво системи од реалниот свет не ги исполнуваат идеалните перформанси поради техничките ограничувања.
• Неколку типови на ротациони сервомотори можат да обезбедат придобивки за корисниците, но секој има специфичен предизвик или ограничување.
• Ротационите сервомотори со директно погон нудат најдобри перформанси, но тие се поскапи од менувачите.

Со децении, сервомоторите со брзини се една од најчестите алатки во алатникот за индустриска автоматизација. Прилагодените севромотори нудат позиционирање, усогласување на брзината, електронско камери, намотување, затегнување, затегнување и ефикасно ја усогласуваат моќноста на сервомоторот со товарот. Ова го покренува прашањето: дали сервомотор со брзини е најдобрата опција за технологија за ротирачко движење или има подобро решение?

Во совршен свет, ротациониот серво систем би имал оценки за вртежен момент и брзина што одговараат на апликацијата, така што моторот не е ниту преголем ниту помал. Комбинацијата на мотор, преносни елементи и оптоварување треба да има бесконечна торзиона вкочанетост и нула повратен удар. За жал, ротационите серво системи во реалниот свет не го исполнуваат овој идеал до различен степен.

Во типичен серво систем, повратниот удар се дефинира како губење на движењето помеѓу моторот и оптоварувањето предизвикано од механичките толеранции на елементите на преносот; ова го вклучува секое губење на движење низ менувачите, ремените, синџирите и спојките. Кога машината првично е вклучена, товарот ќе лебди некаде во средината на механичките толеранции (Слика 1А).

Пред самиот товар да биде поместен од моторот, моторот мора да се ротира за да го зафати целото олабавување што постои во елементите на менувачот (Слика 1Б). Кога моторот почнува да успорува на крајот од движењето, положбата на оптоварување всушност може да ја надмине положбата на моторот бидејќи моментумот го носи товарот надвор од положбата на моторот.

Моторот мора повторно да го зафати олабавувањето во спротивна насока пред да нанесе вртежен момент на товарот за да го успори (Слика 1C). Оваа загуба на движење се нарекува повратна реакција и обично се мери во лачни минути, еднаква на 1/60 од степен. Менувачите дизајнирани за употреба со серво во индустриски апликации често имаат спецификации за повратни удари кои се движат од 3 до 9 лачни минути.

Торзиона вкочанетост е отпорност на извртување на вратилото на моторот, елементите на преносот и оптоварувањето како одговор на примената на вртежниот момент. Бесконечно крут систем би го пренесувал вртежниот момент на товарот без аголно отклонување околу оската на ротација; сепак, дури и цврстото челично вратило малку ќе се извртува при големо оптоварување. Големината на отклонот варира со применетиот вртежен момент, материјалот на елементите на преносот и нивната форма; интуитивно, долгите, тенки делови ќе се извртуваат повеќе од кратките, дебели. Оваа отпорност на извртување е она што ги прави спиралните пружини да работат, бидејќи компресирањето на пружината малку го извртува секое вртење на жицата; подебелата жица прави поцврста пружина. Сè што е помало од бесконечна торзиона вкочанетост предизвикува системот да дејствува како пружина, што значи дека потенцијалната енергија ќе се складира во системот бидејќи товарот се спротивставува на ротацијата.

Кога се комбинираат заедно, конечната торзиона вкочанетост и повратниот удар може значително да ги намалат перформансите на серво системот. Повратниот удар може да внесе несигурност, бидејќи енкодерот на моторот ја покажува положбата на вратилото на моторот, а не онаму каде што повратниот удар дозволил товарот да се смири. Backlash, исто така, воведува проблеми со подесување бидејќи товарот накратко се спојува и се одвојува од моторот кога товарот и моторот ја менуваат релативната насока. Покрај реакцијата, конечната торзиона вкочанетост складира енергија со претворање на дел од кинетичката енергија на моторот и оптоварувањето во потенцијална енергија, ослободувајќи ја подоцна. Ова одложено ослободување на енергија предизвикува осцилација на оптоварувањето, предизвикува резонанца, ги намалува максималните употребливи придобивки при штимање и негативно влијае на реакцијата и времето на таложење на серво системот. Во сите случаи, намалувањето на реакцијата и зголемувањето на вкочанетоста на системот ќе ги зголеми серво перформансите и ќе го поедностави подесувањето.

Конфигурации на сервомотор на ротациона оска

Најчестата конфигурација на ротационата оска е ротационен сервомотор со вграден енкодер за повратна информација за положбата и менувач за усогласување на достапниот вртежен момент и брзина на моторот со потребниот вртежен момент и брзина на оптоварувањето. Менувачот е уред со постојана моќност кој е механички аналог на трансформаторот за усогласување на оптоварувањето.

Подобрената хардверска конфигурација користи ротационен сервомотор со директен погон, кој ги елиминира елементите на преносот со директно спојување на товарот со моторот. Додека конфигурацијата на менувачот користи спојка со вратило со релативно мал дијаметар, системот за директен погон го завртува товарот директно на многу поголема прирабница на роторот. Оваа конфигурација го елиминира повратниот удар и во голема мера ја зголемува торзионата вкочанетост. Поголемиот број на полови и намотките со високиот вртежен момент на моторите со директен погон одговараат на карактеристиките на вртежниот момент и брзината на менувачот со сооднос од 10:1 или поголем.