Редукторният сервомотор може да бъде полезен за технологията за въртеливо движение, но има предизвикателства и ограничения, които потребителите трябва да знаят.
От: Дакота Милър и Браян Найт
Цели на обучението
- Реалните въртящи се серво системи не достигат идеалната производителност поради технически ограничения.
- Няколко вида ротационни сервомотори могат да осигурят ползи за потребителите, но всеки има специфично предизвикателство или ограничение.
- Ротационните сервомотори с директно задвижване предлагат най-добра производителност, но са по-скъпи от мотор-редукторите.
В продължение на десетилетия редукторните сервомотори са един от най-разпространените инструменти в кутията с инструменти за индустриална автоматизация. Редукторните севромотори предлагат приложения за позициониране, съгласуване на скоростта, електронна гърбица, навиване, опъване, затягане и ефективно напасване на мощността на сервомотора към товара. Това повдига въпроса: дали редукторният сервомотор е най-добрият вариант за технология за въртеливо движение или има по-добро решение?
В един перфектен свят една въртяща се серво система би имала стойности на въртящия момент и скорост, които съответстват на приложението, така че моторът да не е нито с големи, нито с по-малки размери. Комбинацията от двигател, трансмисионни елементи и товар трябва да има безкрайна устойчивост на усукване и нулева хлабина. За съжаление, въртящите се серво системи в реалния свят не отговарят на този идеал в различна степен.
В типичната сервосистема хлабината се определя като загуба на движение между двигателя и товара, причинена от механичните допуски на трансмисионните елементи; това включва всяка загуба на движение в скоростни кутии, ремъци, вериги и съединители. Когато машината е включена първоначално, товарът ще плава някъде в средата на механичните допуски (Фигура 1A).
Преди самият товар да може да бъде преместен от двигателя, той трябва да се завърти, за да поеме цялата хлабина, съществуваща в трансмисионните елементи (Фигура 1B). Когато двигателят започне да намалява скоростта в края на движението, позицията на товара може действително да изпревари позицията на двигателя, тъй като импулсът пренася товара извън позицията на двигателя.
Двигателят трябва отново да поеме хлабината в обратната посока, преди да приложи въртящ момент към товара, за да го забави (Фигура 1C). Тази загуба на движение се нарича обратна реакция и обикновено се измерва в дъгови минути, равна на 1/60 от градуса. Скоростните кутии, предназначени за използване със сервоприводи в промишлени приложения, често имат спецификации за луфт, вариращи от 3 до 9 дъгови минути.
Твърдостта на усукване е устойчивостта на усукване на вала на двигателя, трансмисионните елементи и натоварването в отговор на прилагането на въртящ момент. Една безкрайно твърда система би предала въртящ момент към товара без ъглово отклонение около оста на въртене; въпреки това, дори солиден стоманен вал ще се усуче леко при голямо натоварване. Големината на отклонението варира в зависимост от приложения въртящ момент, материала на предавателните елементи и тяхната форма; интуитивно дългите, тънки части ще се усукват повече от късите, дебели. Това съпротивление на усукване е това, което кара винтовите пружини да работят, тъй като компресирането на пружината усуква леко всяко завъртане на жицата; по-дебелата тел прави пружината по-твърда. Всичко по-малко от безкрайна торсионна коравина кара системата да действа като пружина, което означава, че потенциалната енергия ще се съхранява в системата, тъй като товарът се съпротивлява на въртенето.
Когато се комбинират заедно, ограничената твърдост на усукване и хлабината могат значително да влошат работата на серво системата. Луфтът може да внесе несигурност, тъй като енкодерът на двигателя показва позицията на вала на двигателя, а не мястото, където луфтът е позволил на товара да се установи. Хлабината също създава проблеми с настройката, тъй като товарът се свързва и разединява от двигателя за кратко, когато товарът и двигателят обръщат относителната посока. В допълнение към хлабината, ограничената коравина на усукване съхранява енергия, като преобразува част от кинетичната енергия на двигателя и товара в потенциална енергия, освобождавайки я по-късно. Това забавено освобождаване на енергия причинява колебания на натоварването, предизвиква резонанс, намалява максималните използваеми печалби при настройка и влияе отрицателно върху отзивчивостта и времето за установяване на серво системата. Във всички случаи намаляването на хлабината и увеличаването на твърдостта на системата ще повиши серво производителността и ще опрости настройката.
Конфигурации на сервомотор с ротационна ос
Най-разпространената конфигурация на въртяща се ос е въртящ се сервомотор с вграден енкодер за обратна връзка за позицията и скоростна кутия, за да съответства на наличния въртящ момент и скорост на двигателя към необходимия въртящ момент и скорост на товара. Скоростната кутия е устройство с постоянна мощност, което е механичен аналог на трансформатор за съгласуване на товара.
Подобрената хардуерна конфигурация използва въртящ се сервомотор с директно задвижване, който елиминира предавателните елементи чрез директно свързване на товара към двигателя. Докато конфигурацията на мотор-редуктора използва съединител към вал с относително малък диаметър, системата за директно задвижване закрепва товара директно към много по-голям фланец на ротора. Тази конфигурация елиминира хлабината и значително увеличава устойчивостта на усукване. По-големият брой на полюсите и намотките с висок въртящ момент на двигателите с директно задвижване отговарят на характеристиките на въртящия момент и скоростта на мотор-редуктор със съотношение 10:1 или по-високо.
Време на публикуване: 12 ноември 2021 г
