Przekładni serwomotor może być przydatny w technologii ruchu obrotowego, ale istnieją wyzwania i ograniczenia, o których użytkownicy muszą być świadomi.
Autor: Dakota Miller i Bryan Knight
Cele uczenia się
- Realne systemy serwomechanizmu obrotowego nie spełniają idealnej wydajności z powodu ograniczeń technicznych.
- Kilka rodzajów obrotowych serwomotorów może zapewniać korzyści użytkownikom, ale każdy ma określone wyzwanie lub ograniczenie.
- Bezpośrednie serwomotory obrotowe oferują najlepszą wydajność, ale są droższe niż narzędzi.
Przez dziesięciolecia serwomotory przekładni byli jednym z najczęstszych narzędzi w przyborniku do automatyzacji przemysłowej. Sevromotory z biegiem przekładni oferują pozycjonowanie, dopasowanie prędkości, elektroniczne okrywanie, uzwojenie, napięcie, dokręcanie zastosowań i wydajnie dopasowują moc serwomotora do obciążenia. Rodzi to pytanie: czy serwomotor przekładni jest najlepszą opcją dla technologii ruchu obrotowego, czy też jest lepsze rozwiązanie?
W doskonałym świecie obrotowy system serwomechanizmu miałby oceny momentu obrotowego i prędkości, które pasują do aplikacji, więc silnik nie jest ani nadmierny, ani niedoceniany. Połączenie silnika, elementów transmisji i obciążenia powinno mieć nieskończoną sztywność skrętną i zerową luzę. Niestety, realne światowe systemy serwomechanizmu nie spełniają tego ideału w różnym stopniu.
W typowym systemie serwolu definiuje się jako utrata ruchu między silnikiem i obciążeniem spowodowanym przez mechaniczne tolerancje elementów transmisji; Obejmuje to wszelkie utraty ruchu w skrzyniach biegów, pasy, łańcuchy i sprzężenia. Gdy maszyna jest początkowo włączona, obciążenie unosi się gdzieś pośrodku tolerancji mechanicznych (ryc. 1A).
Zanim sam obciążenie może zostać przeniesione przez silnik, silnik musi obrócić, aby zabrać wszystkie luzowane istniejące w elementach transmisji (ryc. 1B). Kiedy silnik zaczyna spowalniać na końcu ruchu, pozycja obciążenia może faktycznie wyprzedzić pozycję silnika, gdy pęd przenosi obciążenie poza pozycję silnika.
Silnik musi ponownie przyjąć luz w przeciwnym kierunku przed nałożeniem momentu obciążenia do obciążenia, aby go zwalniać (ryc. 1C). Ta utrata ruchu jest nazywana luzem i zwykle mierzona w minutach ARC, równa 1/60 stopnia. Skrzynki zaprojektowane do użytku z serwotkami w aplikacjach przemysłowych często mają specyfikacje luzu w zakresie od 3 do 9 minut.
Sztywność skrętna to odporność na skręcanie wału silnika, elementów transmisji i obciążenia w odpowiedzi na zastosowanie momentu obrotowego. Nieskończenie sztywny układ przekazałby moment obciążenia do obciążenia bez ugięcia kątowego wokół osi obrotu; Jednak nawet solidny wał stalowy nieco skręci pod dużym obciążeniem. Wielkość ugięcia zmienia się w zależności od zastosowanego momentu, materiał elementów transmisji i ich kształt; Intuicyjnie, długie, cienkie części skręcą więcej niż krótkie, grube. Ta odporność na skręcanie sprawia, że sprężyny cewki działają, ponieważ lekko ściskając sprężyna skręca w każdym zakręcie drutu; Brzeździ drut tworzy sztywniejszą sprężynę. Cokolwiek mniej niż nieskończona sztywność skrętna powoduje, że system działa jak sprężyna, co oznacza, że energia potencjalna będzie przechowywana w systemie, ponieważ obciążenie odpowiada obrotowi.
W połączeniu ze sobą skończona sztywność skrętna i luz może znacznie zdegradować wydajność systemu serwo. Reakcja może wprowadzić niepewność, ponieważ enkoder silnika wskazuje położenie wału silnika, a nie miejsce, w którym luz pozwolił na rozliczenie obciążenia. Reakcja wprowadza również problemy z dostrajaniem, ponieważ pary obciążenia i odkręca się z silnika, gdy obciążenie i silnik odwracają kierunek względny. Oprócz luzu, skończona sztywność skrętna przechowuje energię, przekształcając część energii kinetycznej silnika i obciążenia w energię potencjalną, uwalniając ją później. To opóźnione uwalnianie energii powoduje oscylację obciążenia, indukuje rezonans, zmniejsza maksymalne przyrosty dostrajania użytecznego i negatywnie wpływa na czas reakcji i ustalania systemu serwomechanizmu. We wszystkich przypadkach zmniejszenie luzu i zwiększenie sztywności systemu zwiększy wydajność serwomechanizmu i uprości strojenie.
Konfiguracje serwomotoryczne osi obrotowej
Najczęstszą konfiguracją osi obrotowej jest obrotowy serwomotor z wbudowanym enkoderem do sprzężenia zwrotnego położenia i skrzynią biegów, która pasuje do dostępnego momentu obrotowego i prędkości silnika do wymaganego momentu obciążenia i prędkości obciążenia. Skrzynia biegów jest urządzeniem o stałym zasilaniu, które jest mechanicznym analogiem transformatora do dopasowywania obciążenia.
Ulepszona konfiguracja sprzętowa wykorzystuje serwomotor obrotowy napędu bezpośredniego, który eliminuje elementy transmisji poprzez bezpośrednie sprzężenie obciążenia do silnika. Podczas gdy konfiguracja GearMotor wykorzystuje sprzężenie z wałem stosunkowo małej średnicy, system napędu bezpośredniego przykręca obciążenie bezpośrednio do znacznie większego kołnierza wirnika. Ta konfiguracja eliminuje luz i znacznie zwiększa sztywność skrętną. Wyższa liczba bieguna i uzwojenia wysokiego momentu obrotowego silników napędu bezpośredniego pasują do charakterystyki momentu obrotowego i prędkości przekładni ze współczynnikiem 10: 1 lub wyższym.
Czas po: 12-2021
