Прямий привід проти керованого поворотного сервомотору: кількісна оцінка переваги дизайну: Частина 1

Цілі навчання

• Ротаційні серво системи в реальному світі не відповідають ідеальній продуктивності за рахунок технічних обмежень.
• Кілька типів ротаційних сервомоторів можуть забезпечити переваги для користувачів, але кожен має конкретну проблему чи обмеження.
• Прямі ротаційні сервомотори пропонують найкращі показники, але вони дорожчі, ніж передачі.

Протягом десятиліть орієнтовані сервомотори були одним з найпоширеніших інструментів інструментів промислової автоматизації. Орієнтовані севромотори пропонують позиціонування, відповідність швидкості, електронне кеммінг, намотування, натягу, застосування затягування та ефективно відповідають потужності сервомоторів до навантаження. Це викликає питання: чи є сервомотор, який є найкращим варіантом для обертової технології руху, чи є краще рішення?

У ідеальному світі обертова сервоприносна система мала б рейтинги крутного моменту та швидкості, які відповідають застосуванню, щоб двигун не був ні завищеним, ні недостатнім розміром. Поєднання двигуна, елементів трансмісії та навантаження повинно мати нескінченну крутій жорсткість і нульову реакцію. На жаль, реальні ротарі -серво системи, що не відповідають цьому ідеалу, на різну ступінь.

У типовому сервоосистемі зворотній зв'язок визначається як втрата руху між двигуном та навантаженням, спричиненим механічними допусками елементів передачі; Сюди входить будь -які втрати руху по коробках передач, ременів, ланцюгів та муфт. Коли машина спочатку працює, навантаження пливе десь посередині механічних допусків (мал. 1А).

Перед тим, як саме навантаження може бути переміщено двигуном, двигун повинен обертатися, щоб взяти всю слабкість, що існує в елементах передачі (мал. 1В). Коли двигун починає сповільнюватися в кінці руху, положення навантаження може фактично обігнати положення двигуна, оскільки імпульс переносить навантаження за межами положення двигуна.

Двигун повинен знову взяти на себе слабкість у зворотному напрямку перед нанесенням крутного моменту до навантаження, щоб уповільнити його (мал. 1С). Ця втрата руху називається люфт, і зазвичай вимірюється в арк-хвилинах, що дорівнює 1/60-го ступеня. Коробки передач, призначені для використання з сервоприводами в промислових додатках, часто мають специфікації люфт від 3 до 9 духових хвилин.

Торсіональна жорсткість - це стійкість до скручування валу двигуна, елементів передачі та навантаження у відповідь на застосування крутного моменту. Нескінченно жорстка система передавала крутний момент до навантаження без кутового відхилення про осі обертання; Однак навіть твердий сталевий вал буде трохи скрутитись під важким навантаженням. Величина відхилення змінюється залежно від застосованого крутного моменту, матеріалу елементів передачі та їх форми; Інтуїтивно, довгі тонкі частини будуть крутитися більш ніж короткими, жирними. Ця стійкість до скручування - це те, що змушує пружини котушки працювати, оскільки стискання пружини злегка крутить дроту; Більш товстий дріт робить більш жорстку пружину. Все, що менше, ніж нескінченна жорсткість кручення, змушує систему діяти як пружина, тобто потенційна енергія буде зберігатися в системі, оскільки навантаження чинить опір обертання.

У поєднанні разом кінцева жорсткість кручення та зворотний зв'язок можуть значно погіршити продуктивність сервоприносної системи. Люфт може ввести невизначеність, оскільки кодер двигуна вказує положення валу двигуна, а не там, де зворотній зв'язок дозволив навантаженню осідати. Люфт також вводить проблеми з налаштуванням, як навантаження, а також роз'єднується з двигуна, коли навантаження та зворотний напрямок навантаження та двигун. На додаток до зворотного зв'язку, кінцева жорсткість кручення зберігає енергію, перетворюючи частину кінетичної енергії двигуна та навантаження в потенційну енергію, вивільняючи її пізніше. Це затримка вивільнення енергії спричиняє коливання навантаження, викликає резонанс, зменшує максимально корисні прибутки для налаштування та негативно впливає на чуйність та час врегулювання сервоприношення. У всіх випадках зменшення зворотного зв'язку та збільшення жорсткості системи підвищить продуктивність сервоприводу та спростить настройку.

Сервомоторні конфігурації обертової осі

Найпоширеніша конфігурація обертової осі-це ротаційний сервомотор із вбудованим кодером для зворотного зв'язку з положенням та коробкою передач, що відповідає наявному крутному моменті та швидкості двигуна до необхідного крутного моменту та швидкості навантаження. Коробка передач - це постійний живісний пристрій, який є механічним аналогом трансформатора для відповідності навантаження.

Вдосконалена конфігурація обладнання використовує сервомотор прямого приводу, який усуває елементи передачі, безпосередньо з’єднавши навантаження до двигуна. У той час як конфігурація Gearmotor використовує зв'язок із відносно невеликим валом діаметром, система прямого приводу притискає навантаження безпосередньо до значно більшого фланця ротора. Ця конфігурація усуває зворотний зв'язок і значно збільшує жорсткість кручення. Більш високий кількість полюсів та високі обмотки крутного моменту прямого приводу відповідають характеристикам крутного моменту та швидкості передочній з співвідношенням 10: 1 або вище.