Neposredni pogon v primerjavi z rotacijskim servmotorjem: Količinsko določitev prednosti oblikovanja: 1. del

Učni cilji

• Rotacijski servo sistemi v resničnem svetu zaradi tehničnih omejitev ne dosegajo idealnih zmogljivosti.
• Več vrst rotacijskih servmotorjev lahko uporabnikom prinaša koristi, vendar ima vsak poseben izziv ali omejitev.
• Neposredni pogonski rotacijski servomotorji ponujajo najboljše zmogljivosti, vendar so dražji od zobnikov.

Že desetletja so bili usmerjeni servmotorji eno najpogostejših orodij v orodju za industrijsko avtomatizacijo. Usmerjeni sevromotorji ponujajo pozicioniranje, ujemanje s hitrostjo, elektronsko kampiranje, navijanje, napenjanje, zategovanje aplikacij in učinkovito ujemajo z močjo servomotorja z obremenitvijo. To postavlja vprašanje: Ali je usmerjena servomotor najboljša možnost za tehnologijo vrtljivega gibanja ali obstaja boljša rešitev?

V popolnem svetu bi imel Rotary servo sistem ocene navora in hitrosti, ki ustrezajo aplikaciji, tako da motor ni niti prevelik niti premajhen. Kombinacija motorja, elementov prenosa in obremenitve mora imeti neskončno torzijsko togost in ničelno povratno luč. Na žalost resnični rotacijski servo sistemi v različnih stopnjah ne izidejo od tega ideala.

V tipičnem servo sistemu je povratni rezultat opredeljen kot izguba gibanja med motorjem in obremenitvijo, ki jo povzročajo mehanske tolerance menjalnih elementov; To vključuje vsako izgubo gibanja v menjalnikih, pasovih, verigah in sklopkih. Ko je stroj sprva vklopljen, bo obremenitev plavala nekje na sredini mehanskih toleranc (slika 1A).

Preden se lahko sam premika motor, se mora motor vrteti, da prevzame vse ohlapne v elementih prenosa (slika 1B). Ko se motor začne upočasniti na koncu premika, lahko položaj obremenitve dejansko prehiti položaj motorja, saj zagon nosi obremenitev zunaj položaja motorja.

Motor mora spet zavzeti ohlapnost v nasprotni smeri, preden na tovora uporabi navor, da ga upočasni (slika 1C). Ta izguba gibanja se imenuje povratna reakcija in se običajno meri v ločnih minutah, kar je enaka 1/60. Menjalniki, zasnovani za uporabo s servosom v industrijskih aplikacijah, imajo pogosto specifikacije za povratne učinke od 3 do 9 lokov.

Torzijska togost je odpornost na zvijanje gred motorja, elemente prenosa in obremenitev kot odgovor na uporabo navora. Neskončno trden sistem bi prenašal navor na obremenitev brez kotnega odklona okoli osi vrtenja; Vendar pa se bo celo trdna jeklena gred rahlo zasukala pod težkim bremenom. Obseg odklona se razlikuje glede na navor, material elementov prenosa in njihovo obliko; Intuitivno se bodo dolgi, tanki deli zasukali več kot kratki, debeli. Ta odpor do zasuka je tisto, zaradi česar je COIL Springs deloval, saj rahlo stiskanje spomladanskega zasuka vsakega obrata žice; Debelejša žica naredi trdnejšo vzmet. Karkoli manj kot neskončna torzijska togost povzroči, da sistem deluje kot vzmet, kar pomeni, da bo potencialna energija v sistemu shranjena, saj se obremenitev upira vrtenju.

Ko se združita skupaj, lahko končna torzijska togost in povratna reakcija znatno poslabšata zmogljivost servo sistema. Vrhovanje lahko uvede negotovost, saj kodir motorja označuje položaj gred motorja, ne tam, kjer je povratna luč omogočila, da se obremenitev usede. Backlash uvaja tudi težave z uglaševanjem, ko na kratko odvzamejo pari in odvzamejo motorja, ko se obremenitve in motorja obrne relativna smer. Končna torzijska togost poleg povratnih vplivov hrani energijo s pretvorbo nekaj kinetične energije motorja in obremenitvijo v potencialno energijo, ki jo sprosti pozneje. To zapoznelo sproščanje energije povzroča nihanje obremenitve, povzroči resonanco, zmanjša največje uporabne nastavke in negativno vpliva na čas odzivnosti in poravnave servo sistema. V vseh primerih bo zmanjšanje povratnega učinka in povečanje togosti sistema povečalo zmogljivost servo in poenostavilo nastavitev.

Konfiguracije servmotorne osi rotacijske osi

Najpogostejša konfiguracija rotacijske osi je vrtljiva servamotor z vgrajenim dajalnikom za povratne informacije o položaju in menjalnik, ki ustreza razpoložljivemu navoru in hitrosti motorja na potreben navor in hitrost obremenitve. Menjalnik je naprava s konstantno napajanjem, ki je mehanski analog transformatorja za ujemanje obremenitve.

Izboljšana konfiguracija strojne opreme uporablja rotacijski servemotor z neposrednim pogonom, ki odpravlja elemente prenosa z neposredno povezovanjem obremenitve na motor. Medtem ko konfiguracija Gearmotor uporablja sklopko na relativno majhno premerno gred, sistem neposrednega pogona obremenitev privije neposredno na veliko večjo prirobnico rotorja. Ta konfiguracija odpravlja povratni rezultat in močno poveča torzijsko togost. Višje število drog in visoka navitja navora neposrednih pogonskih motorjev se ujemata z značilnostmi navora in hitrosti zobnika z razmerjem 10: 1 ali več.