Direkte aandrywing vs. gerat roterende servomotor: 'n Kwantifikasie van ontwerpvoordeel: Deel 1

Leerdoelwitte

• Werklike roterende servostelsels skiet tekort aan die ideale werkverrigting as gevolg van tegniese beperkings.
• Verskeie tipes roterende servomotors kan voordele vir gebruikers bied, maar elkeen het 'n spesifieke uitdaging of beperking.
• Direkte aangedrewe roterende servomotors bied die beste werkverrigting, maar hulle is duurder as ratmotors.

Vir dekades is rat servomotors een van die mees algemene gereedskap in die industriële outomatisering gereedskapkas. Gerat sevromotors bied posisionering, snelheidspassing, elektroniese nok-, wikkel-, spanning-, stywertoepassings en pas die krag van 'n servomotor doeltreffend by die las. Dit laat die vraag ontstaan: is 'n gerat servomotor die beste opsie vir roterende bewegingstegnologie, of is daar 'n beter oplossing?

In 'n perfekte wêreld sal 'n roterende servostelsel wringkrag- en spoedgraderings hê wat ooreenstem met die toepassing, sodat die motor nie te groot of ondermaat is nie. Die kombinasie van motor, transmissie-elemente en las moet oneindige wringstyfheid en geen terugslag hê nie. Ongelukkig skiet die werklike wêreld roterende servostelsels in verskillende mate tekort aan hierdie ideaal.

In 'n tipiese servostelsel word terugslag gedefinieer as die verlies van beweging tussen die motor en die las wat veroorsaak word deur die meganiese toleransies van die transmissie-elemente; dit sluit enige bewegingsverlies regdeur ratkaste, bande, kettings en koppelings in. Wanneer 'n masjien aanvanklik aangeskakel word, sal die vrag iewers in die middel van die meganiese toleransies dryf (Figuur 1A).

Voordat die vrag self deur die motor beweeg mag word, moet die motor draai om alle speling wat in die transmissie-elemente bestaan, op te neem (Figuur 1B). Wanneer die motor begin vertraag aan die einde van 'n skuif, kan die lasposisie eintlik die motorposisie verbysteek aangesien momentum die las verby die motorposisie dra.

Die motor moet weer die speling in die teenoorgestelde rigting opneem voordat wringkrag op die las toegepas word om dit te vertraag (Figuur 1C). Hierdie bewegingsverlies word terugslag genoem, en word tipies gemeet in boogminute, gelyk aan 1/60ste van 'n graad. Ratkaste wat ontwerp is vir gebruik met servo's in industriële toepassings het dikwels terugslagspesifikasies wat wissel van 3 tot 9 boogminute.

Wringstyfheid is die weerstand teen draai van die motoras, transmissie-elemente en die las in reaksie op die toepassing van wringkrag. 'n Oneindig stywe stelsel sal wringkrag na die las oordra sonder enige hoekafbuiging om die rotasie-as; selfs 'n soliede staalas sal egter effens draai onder swaar vrag. Die grootte van defleksie wissel met die wringkrag wat toegepas word, die materiaal van die transmissie-elemente en hul vorm; intuïtief sal lang, dun dele meer draai as kort, vet. Hierdie weerstand teen draai is wat kronkelvere laat werk, aangesien die veer saamdruk elke draai van die draad effens draai; vetter draad maak 'n stywer veer. Enigiets minder as oneindige wringstyfheid veroorsaak dat die stelsel as 'n veer optree, wat beteken dat potensiële energie in die stelsel gestoor sal word namate die las rotasie weerstaan.

Wanneer dit saam gekombineer word, kan eindige wringstyfheid en terugslag die werkverrigting van 'n servostelsel aansienlik verswak. Speling kan onsekerheid veroorsaak, aangesien die motorenkodeerder die posisie van die motor se as aandui, nie waar die terugslag die las laat sak het nie. Terugslag lei ook afstemmingskwessies aan aangesien die vrag kortliks van die motor koppel en ontkoppel wanneer die las en motor relatiewe rigting omkeer. Benewens terugslag, stoor eindige torsiestyfheid energie deur van die kinetiese energie van die motor en las om te skakel in potensiële energie, wat dit later vrystel. Hierdie vertraagde energievrystelling veroorsaak las ossillasie, induseer resonansie, verminder maksimum bruikbare stemmingswinste en beïnvloed die responsiwiteit en afsaktyd van die servostelsel negatief. In alle gevalle sal die vermindering van terugslag en die verhoging van die styfheid van 'n stelsel servo-werkverrigting verhoog en instemming vereenvoudig.

Roterende as servomotor konfigurasies

Die mees algemene rotasie-as-konfigurasie is 'n roterende servomotor met 'n ingeboude enkodeerder vir posisieterugvoer en 'n ratkas om die beskikbare wringkrag en spoed van die motor by die vereiste wringkrag en spoed van die las te pas. Die ratkas is 'n konstante krag toestel wat die meganiese analoog van 'n transformator is vir laspassing.

'n Verbeterde hardeware-konfigurasie gebruik 'n regstreekse roterende servomotor, wat die transmissie-elemente uitskakel deur die las direk aan die motor te koppel. Terwyl die ratmotorkonfigurasie 'n koppeling aan 'n as met 'n relatief klein deursnee gebruik, bou die direkte aandrywingstelsel die las direk aan 'n veel groter rotorflens vas. Hierdie konfigurasie skakel terugslag uit en verhoog wringstyfheid aansienlik. Die hoër paaltelling en hoë wringkragwikkelings van regstreekse dryfmotors pas by die wringkrag- en spoedeienskappe van 'n ratmotor met 'n verhouding van 10:1 of hoër.