Priamy pohon vs. rotačný servomotor: Kvantifikácia dizajnovej výhody: Časť 1

Učebné ciele

• Rotačné servomorámové systémy v reálnom svete nedosahujú ideálny výkon z dôvodu technických obmedzení.
• Niekoľko typov rotačných servomotorov môže používateľom poskytnúť výhody, ale každý z nich má osobitnú výzvu alebo obmedzenie.
• Seromotory Rotary Direct Drive ponúkajú najlepší výkon, ale sú drahšie ako GearMotors.

Po celé desaťročia boli prevodové servomotory jedným z najbežnejších nástrojov v nástroji Industrial Automation Toolbox. Gered sevromotory ponúkajú polohovanie, porovnávanie rýchlosti, elektronické kemping, vinutie, napínanie, utiahnutie aplikácií a efektívne zodpovedajú výkonu servomotora k zaťaženiu. To vyvoláva otázku: Je prevodový servomotor najlepšou voľbou pre technológiu rotačného pohybu, alebo existuje lepšie riešenie?

V perfektnom svete by rotačný servomotorový systém mal hodnotenie krútiaceho momentu a rýchlosti, ktoré sa zhodujú s aplikáciou, takže motor nie je nadmernou veľkosťou ani nedostatočnou veľkosťou. Kombinácia motora, prevodových prvkov a zaťaženia by mala mať nekonečnú torznú tuhosť a nulovú vôľu. Bohužiaľ, Rotary Servo Servo Sermo Servov Servov Servodary nedosahujú tento ideál v rôznej miere.

V typickom servopomatovom systéme je vôľa definovaná ako strata pohybu medzi motorom a zaťažením spôsobeným mechanickými toleranciami prenosových prvkov; Zahŕňa to akúkoľvek stratu pohybu v prevodovkách, pásoch, reťazcoch a spojkách. Keď je stroj spočiatku zapnutý, záťaž bude vznášať niekde uprostred mechanických tolerancií (obrázok 1A).

Predtým, ako sa samotný zaťaženie môže pohybovať motorom, musí sa motor otáčať, aby sa v prvkoch prevodovky existoval do vzduchu (obrázok 1b). Keď motor začne spomaľovať na konci pohybu, poloha zaťaženia môže skutočne predbiehať polohu motora, pretože hybnosť nesie náklad za polohu motora.

Pred nanesením krútiaceho momentu na zaťaženie musí znova zaberať motor v opačnom smere, aby ho spomalil (obrázok 1C). Táto strata pohybu sa nazýva vôľa a zvyčajne sa meria v oblúkových minútach, rovnajúcich sa 1/60. stupňa. Prevodovky určené na použitie s servos v priemyselných aplikáciách majú často špecifikácie vôle v rozmedzí od 3 do 9 oblúkových minút.

Torzná tuhosť je odpor voči skrúteniu motorického hriadeľa, prevodových prvkov a zaťaženia v reakcii na aplikáciu krútiaceho momentu. Nekonečne tuhý systém by preniesol krútiaci moment na zaťaženie bez uhlového vychýlenia okolo osi rotácie; Avšak aj pevný oceľový hriadeľ sa pri ťažkom zaťažení mierne krúti. Rozsah vychýlenia sa mení s aplikovaným krútiacim momentom, materiálom prenosových prvkov a ich tvarom; Intuitívne, dlhé, tenké časti sa krútia viac ako krátke tučné. Tento odpor voči skrúteniu je to, čo spôsobuje, že cievkové pružiny fungujú, pretože stlačujúca pružina mierne zvraty pružiny mierne; Treší drôt robí tuhšiu pružinu. Čokoľvek menej ako nekonečná torzná tuhosť spôsobuje, že systém pôsobí ako pružina, čo znamená, že potenciálna energia bude uložená v systéme, pretože zaťaženie odoláva rotácii.

Ak sa kombinuje spolu, konečná torzná tuhosť a odpor a odpor môže výrazne zhoršiť výkon serva systému. Vôľa môže zaviesť neistotu, pretože kódovač motora označuje polohu hriadeľa motora, nie tam, kde vôľa umožnila usadenie zaťaženia. Vôľa tiež zavádza problémy s ladením ako páry zaťaženia a odlúčeniny z motora krátko, keď sa zaťaženie a reverzný smer motora relatívne usmerňujú. Okrem odporu, konečná torzná tuhosť ukladá energiu prevedením časti kinetickej energie motora a zaťažením do potenciálnej energie, ktorá ju neskôr uvoľní. Toto oneskorené uvoľňovanie energie spôsobuje osciláciu zaťaženia, indukuje rezonanciu, znižuje maximálne využiteľné zisky na ladenie a negatívne ovplyvňuje reakciu a čas usadenia serva. Vo všetkých prípadoch zníženie vôle a zvýšenie tuhosti systému zvýši výkon servo a zjednoduší ladenie.

Konfigurácie rotačnej osi

Najbežnejšou konfiguráciou rotačnej osi je rotačný servomotor so vstavaným kódovačom pre polohovú spätnú väzbu a prevodovku, ktorá zodpovedá dostupnému krútiacim momentom a rýchlosti motora k požadovanému krútiacim momentom a rýchlosti zaťaženia. Prevodovka je konštantné napájacie zariadenie, ktoré je mechanickým analógom transformátora na porovnávanie záťaže.

Vylepšená hardvérová konfigurácia používa rotačný servomotor s priamym pohonom, ktorý eliminuje prvky prenosu priamym spojením záťaže do motora. Zatiaľ čo konfigurácia Gearmotor používa spojenie s relatívne malým hriadeľom priemeru, systém priameho pohonu posúva zaťaženie priamo na oveľa väčšiu prírubu rotora. Táto konfigurácia eliminuje vôľu a výrazne zvyšuje torznú tuhosť. Vyšší počet pólov a vinutia krútiaceho momentu motorov s priamym pohonom zodpovedajú charakteristikám krútiaceho momentu a rýchlosti prevodovky s pomerom 10: 1 alebo vyšším.