Servomotor rotativ cu transmisie directă vs

Obiectivele de învățare

• Sistemele servo rotative din lumea reală nu ating performanța ideală din cauza limitărilor tehnice.
• Mai multe tipuri de servomotoare rotative pot oferi beneficii utilizatorilor, dar fiecare are o provocare sau o limitare specifică.
• Servomotoarele rotative cu acționare directă oferă cea mai bună performanță, dar sunt mai scumpe decât motoarele.

De zeci de ani, servomotoarele cu angrenaje au fost unul dintre cele mai comune instrumente din cutia de instrumente pentru automatizarea industrială. Sevromotoarele cu angrenaje oferă aplicații de poziționare, potrivire a vitezei, came electronică, înfășurare, tensionare, strângere și potrivesc eficient puterea unui servomotor la sarcină. Acest lucru ridică întrebarea: este un servomotor cu angrenaj cea mai bună opțiune pentru tehnologia mișcării rotative sau există o soluție mai bună?

Într-o lume perfectă, un sistem servo rotativ ar avea cote de cuplu și viteză care se potrivesc cu aplicația, astfel încât motorul să nu fie nici supradimensionat, nici subdimensionat. Combinația de motor, elemente de transmisie și sarcină ar trebui să aibă o rigiditate la torsiune infinită și un joc zero. Din păcate, sistemele servo rotative din lumea reală nu îndeplinesc acest ideal în diferite grade.

Într-un sistem servo tipic, jocul este definit ca pierderea mișcării dintre motor și sarcină cauzată de toleranțele mecanice ale elementelor de transmisie; aceasta include orice pierdere de mișcare în cutiile de viteze, curele, lanțuri și cuplaje. Când o mașină este pornită inițial, sarcina va pluti undeva la mijlocul toleranțelor mecanice (Figura 1A).

Înainte ca sarcina în sine să poată fi deplasată de motor, motorul trebuie să se rotească pentru a prelua toată slăbiciunea existentă în elementele de transmisie (Figura 1B). Când motorul începe să decelereze la sfârșitul unei mișcări, poziția de sarcină poate depăși de fapt poziția motorului, deoarece impulsul duce sarcina dincolo de poziția motorului.

Motorul trebuie să preia din nou jocul în direcția opusă înainte de a aplica un cuplu sarcinii pentru a o decelera (Figura 1C). Această pierdere a mișcării se numește reacție și este de obicei măsurată în minute de arc, egale cu 1/60 de grad. Cutiile de viteze concepute pentru a fi utilizate cu servo-uri în aplicații industriale au adesea specificații de joc care variază de la 3 la 9 minute de arc.

Rigiditatea la torsiune este rezistența la răsucire a arborelui motorului, a elementelor de transmisie și a sarcinii ca răspuns la aplicarea cuplului. Un sistem infinit de rigid ar transmite cuplul la sarcină fără deviere unghiulară în jurul axei de rotație; cu toate acestea, chiar și un arbore solid din oțel se va răsuci ușor sub sarcină grea. Mărimea deflexiunii variază în funcție de cuplul aplicat, de materialul elementelor de transmisie și de forma acestora; intuitiv, părțile lungi și subțiri se vor răsuci mai mult decât cele scurte și grase. Această rezistență la răsucire este ceea ce face ca arcurile elicoidale să funcționeze, deoarece comprimarea arcului răsucește ușor fiecare tură a firului; sârmă mai groasă face un arc mai rigid. Orice mai mică decât rigiditatea la torsiune infinită face ca sistemul să acționeze ca un arc, ceea ce înseamnă că energia potențială va fi stocată în sistem pe măsură ce sarcina rezistă la rotație.

Atunci când sunt combinate împreună, rigiditatea finită la torsiune și jocul poate degrada semnificativ performanța unui servosistem. Jocul poate introduce incertitudine, deoarece codificatorul motorului indică poziția arborelui motorului, nu locul unde jocul a permis să se stabilească sarcina. Jocul introduce, de asemenea, probleme de reglare, deoarece sarcina se cuplează și se decuplează de motor pentru scurt timp atunci când sarcina și motorul inversează direcția relativă. În plus față de joc, rigiditatea finită la torsiune stochează energie prin conversia unei părți din energia cinetică a motorului și a sarcinii în energie potențială, eliberând-o mai târziu. Această eliberare întârziată de energie provoacă oscilații de sarcină, induce rezonanță, reduce câștigurile maxime de reglare utilizabile și are un impact negativ asupra capacității de răspuns și a timpului de stabilire a servosistemului. În toate cazurile, reducerea jocului și creșterea rigidității unui sistem va crește performanța servo și va simplifica reglarea.

Configurații servomotoare cu axă rotativă

Cea mai obișnuită configurație a axei rotative este un servomotor rotativ cu un encoder încorporat pentru feedback de poziție și o cutie de viteze pentru a potrivi cuplul și turația disponibilă a motorului cu cuplul și viteza necesară a sarcinii. Cutia de viteze este un dispozitiv de putere constantă care este analogul mecanic al unui transformator pentru potrivirea sarcinii.

O configurație hardware îmbunătățită utilizează un servomotor rotativ cu acționare directă, care elimină elementele de transmisie prin cuplarea directă a sarcinii la motor. În timp ce configurația motorreductorului utilizează o cuplare la un arbore cu diametru relativ mic, sistemul de antrenare directă fixează sarcina direct pe o flanșă a rotorului mult mai mare. Această configurație elimină jocul și crește foarte mult rigiditatea la torsiune. Numărul mai mare de poli și înfășurările cu cuplu mare ale motoarelor cu acționare directă se potrivesc cu caracteristicile de cuplu și viteză ale unui motorreductor cu un raport de 10:1 sau mai mare.