Přímá disk vs. Rotační servomotor s převodovkou: kvantifikace výhod konstrukce: Část 1

Cíle učení

• Rotační servopoziční systémy v reálném světě nedosahují ideálního výkonu v důsledku technických omezení.
• Několik typů rotačních servomotorů může uživatelům poskytnout výhody, ale každá z nich má konkrétní výzvu nebo omezení.
• Rotační servomotory přímého pohonu nabízejí nejlepší výkon, ale jsou dražší než GearMotors.

Po celá desetiletí byly servomotory zaměřené na nejběžnější nástroje v nástroji pro průmyslovou automatizaci. Sevromotory převodovky nabízejí polohování, přizpůsobení rychlosti, elektronické vačky, navíjení, napínání, utahování aplikací a efektivně odpovídají síle servomotoru k zátěži. To vyvolává otázku: Je servomotor s převodovkou nejlepší volbou pro technologii rotačního pohybu, nebo existuje lepší řešení?

V dokonalém světě by rotační servo systém měl točivý moment a rychlostní hodnocení, které odpovídají aplikaci, takže motor není příliš velký ani nedostatečný. Kombinace motoru, přenosových prvků a zatížení by měla mít nekonečnou torzní tuhost a nulovou vůli. Bohužel, rotační servopoziční systémy v reálném světě nedosahují tohoto ideálu v různých stupních.

V typickém serva systému je vůle definována jako ztráta pohybu mezi motorem a zatížením způsobeným mechanickými tolerancemi přenosových prvků; To zahrnuje jakoukoli ztrátu pohybu v převodovkách, pásech, řetězcích a spojkách. Když je stroj původně zapnutý, zatížení se vznáší někde uprostřed mechanických tolerancí (obrázek 1A).

Předtím, než může být samotné zatížení přesunuto motorem, musí se motor otáčet, aby se v přenosových prvcích zaujalo veškeré uvolnění (obrázek 1B). Když motor začne zpomalit na konci pohybu, může poloha zatížení ve skutečnosti předjet polohu motoru, protože hybnost nese zatížení mimo polohu motoru.

Motor musí znovu zaujmout prověšení v opačném směru před použitím točivého momentu na zatížení, aby jej zpomalil (obrázek 1C). Tato ztráta pohybu se nazývá vůle a je obvykle měřena v obloukových minutách, rovná se 1/60. stupně. Převodovky určené pro použití s ​​servos v průmyslových aplikacích mají často specifikace vůle v rozmezí od 3 do 9 obloukových min.

Torzní tuhost je odolnost vůči kroucení motorového hřídele, přenosových prvků a zatížení v reakci na aplikaci točivého momentu. Nekonečně tuhý systém by přenesl točivý moment do zatížení bez úhlového vychýlení kolem osy rotace; Dokonce i pevná ocelová šachta se však při těžkém zatížení mírně otočí. Velikost výchylky se liší podle aplikovaného točivého momentu, materiálu přenosových prvků a jejich tvaru; Intuitivně, dlouhé, tenké části se krouží více než krátké, tlusté. Tato odolnost vůči kroucení je to, co způsobuje, že cívky prameny fungují, protože mírné komprimování jarních zákrut každých otočení drátu; Tvrdový drát vytváří tužší pružinu. Všechno méně než nekonečnou torzní tuhost způsobí, že systém působí jako pružina, což znamená, že v systému bude v systému uložena potenciální energie, protože zatížení odolává rotaci.

Při kombinaci společně může konečná torzní tuhost a vůle výrazně zhoršovat výkon serva. Baclash může zavést nejistotu, protože kodér motoru označuje polohu hřídele motoru, nikoli tam, kde vůle umožnila usazení zatížení. Baclash také zavádí problémy s ladění, protože páry zatížení a rozbalení z motoru krátce, když se zatížení a motorický reverzní relativní směr. Kromě vůle, konečná torzní tuhost ukládá energii přeměnou určité kinetické energie motoru a zatížením na potenciální energii a uvolní ji později. Toto zpožděné uvolňování energie způsobuje oscilaci zatížení, vyvolává rezonanci, snižuje maximální zisky použitelného ladění a negativně ovlivňuje citlivost a doba usazování servovarského systému. Ve všech případech snížení vůle a zvýšení tuhosti systému zvýší výkon servo a zjednoduší ladění.

Konfigurace rotační osy

Nejběžnější konfigurací otočné osy je rotační servomotor s vestavěným kodérem pro zpětnou vazbu polohy a převodovkou, která odpovídá dostupnému točivému momentu a rychlosti motoru požadovaným točivým momentem a rychlostí zatížení. Převodovka je zařízení s konstantním napájením, které je mechanickým analogem transformátoru pro zatížení.

Vylepšená hardwarová konfigurace používá přímý rotační servomotor jednotky, který eliminuje přenosové prvky přímým spojením zatížení motoru. Zatímco konfigurace GearMotor používá spojku k hřídeli relativně malého průměru, systém přímého pohonu přišroubuje zatížení přímo do mnohem větší příruby rotoru. Tato konfigurace eliminuje vůli a výrazně zvyšuje torzní tuhost. Vyšší počet pólů a vinutí s vysokým točivým momentem motorů s přímým pohonem odpovídají točivým momentu a rychlostním vlastnostem převodovky s poměrem 10: 1 nebo vyšší.