Servomotor me transmision të drejtpërdrejtë kundrejt servomotorit rrotullues me ingranazhe: Një përcaktim sasior i avantazhit të projektimit: Pjesa 1

Objektivat e të Mësuarit

• Sistemet servo rrotulluese të botës reale nuk arrijnë performancën ideale për shkak të kufizimeve teknike.
• Disa lloje servomotorësh rrotullues mund të ofrojnë përfitime për përdoruesit, por secili ka një sfidë ose kufizim specifik.
• Servomotorët rrotullues me transmision të drejtpërdrejtë ofrojnë performancën më të mirë, por janë më të shtrenjtë se motorët me ingranazhe.

Për dekada të tëra, servomotorët me ingranazhe kanë qenë një nga mjetet më të zakonshme në kutinë e mjeteve të automatizimit industrial. Sevromotorët me ingranazhe ofrojnë pozicionim, përputhje shpejtësie, vendosje elektronike të boshtit, mbështjellje, tensionim, shtrëngim dhe përputhin në mënyrë efikase fuqinë e një servomotori me ngarkesën. Kjo ngre pyetjen: a është një servomotor me ingranazhe opsioni më i mirë për teknologjinë e lëvizjes rrotulluese, apo ka një zgjidhje më të mirë?

Në një botë të përsosur, një sistem servo rrotullues do të kishte vlerësime çift rrotullues dhe shpejtësie që përputhen me aplikimin, kështu që motori nuk është as i tepërt dhe as i vogël në madhësi. Kombinimi i motorit, elementëve të transmisionit dhe ngarkesës duhet të ketë ngurtësi të pafundme rrotulluese dhe zero reagim të kundërt. Fatkeqësisht, sistemet servo rrotulluese të botës reale nuk e arrijnë këtë ideal në shkallë të ndryshme.

Në një sistem tipik servo, kundërveprimi përkufizohet si humbja e lëvizjes midis motorit dhe ngarkesës e shkaktuar nga tolerancat mekanike të elementëve të transmisionit; kjo përfshin çdo humbje lëvizjeje nëpër kutitë e shpejtësisë, rripat, zinxhirët dhe bashkuesit. Kur një makinë ndizet fillimisht, ngarkesa do të lundrojë diku në mes të tolerancave mekanike (Figura 1A).

Përpara se vetë ngarkesa të mund të lëvizet nga motori, motori duhet të rrotullohet për të mbuluar të gjithë boshllëkun që ekziston në elementët e transmisionit (Figura 1B). Kur motori fillon të ngadalësohet në fund të një lëvizjeje, pozicioni i ngarkesës mund ta tejkalojë pozicionin e motorit, pasi impulsi e çon ngarkesën përtej pozicionit të motorit.

Motori duhet të mbushë përsëri boshllëkun në drejtimin e kundërt përpara se të aplikojë çift rrotullues në ngarkesë për ta ngadalësuar atë (Figura 1C). Kjo humbje lëvizjeje quhet kundërveprim dhe zakonisht matet në minuta harku, e barabartë me 1/60 të një shkalle. Kutitë e shpejtësisë të projektuara për përdorim me servo në aplikime industriale shpesh kanë specifikime të kundërveprimit që variojnë nga 3 deri në 9 minuta harku.

Ngurtësia torsionale është rezistenca ndaj përdredhjes së boshtit të motorit, elementëve të transmisionit dhe ngarkesës në përgjigje të zbatimit të momentit rrotullues. Një sistem pafundësisht i ngurtë do të transmetonte çift rrotullues në ngarkesë pa devijim këndor rreth boshtit të rrotullimit; megjithatë, edhe një bosht çeliku i ngurtë do të përdredhet pak nën ngarkesë të rëndë. Madhësia e përdredhjes ndryshon në varësi të momentit rrotullues të aplikuar, materialit të elementëve të transmisionit dhe formës së tyre; intuitivisht, pjesët e gjata dhe të holla do të përdredhen më shumë se ato të shkurtra dhe të trasha. Kjo rezistencë ndaj përdredhjes është ajo që i bën sustat spirale të funksionojnë, pasi kompresimi i sustës përdredh pak çdo rrotullim të telit; teli më i trashë bën një sustë më të fortë. Çdo gjë më pak se ngurtësia torsionale e pafundme bën që sistemi të veprojë si një sustë, që do të thotë se energjia potenciale do të ruhet në sistem ndërsa ngarkesa i reziston rrotullimit.

Kur kombinohen së bashku, ngurtësia fundore torsionale dhe kundërsulmi mund të degradojnë ndjeshëm performancën e një sistemi servo. Kundërsulmi mund të sjellë pasiguri, pasi enkoderi i motorit tregon pozicionin e boshtit të motorit, jo se ku kundërsulmi ka lejuar që ngarkesa të stabilizohet. Kundërsulmi gjithashtu sjell probleme akordimi ndërsa ngarkesa çiftëzohet dhe shkëputet nga motori shkurtimisht kur ngarkesa dhe motori ndryshojnë drejtimin relativ. Përveç kundërsulmit, ngurtësia fundore torsionale ruan energji duke shndërruar një pjesë të energjisë kinetike të motorit dhe ngarkesës në energji potenciale, duke e liruar atë më vonë. Ky lirim i vonuar i energjisë shkakton lëkundje të ngarkesës, shkakton rezonancë, zvogëlon fitimet maksimale të përdorshme të akordimit dhe ndikon negativisht në reagimin dhe kohën e stabilizimit të sistemit servo. Në të gjitha rastet, zvogëlimi i kundërsulmit dhe rritja e ngurtësisë së një sistemi do të rrisë performancën e servos dhe do të thjeshtojë akordimin.

Konfigurimet e servomotorëve me bosht rrotullues

Konfigurimi më i zakonshëm i boshtit rrotullues është një servomotor rrotullues me një enkoder të integruar për reagimin e pozicionit dhe një kuti ingranazhesh për të përputhur çift rrotulluesin dhe shpejtësinë e disponueshme të motorit me çift rrotulluesin dhe shpejtësinë e kërkuar të ngarkesës. Kutia e ingranazheve është një pajisje me fuqi konstante që është analogu mekanik i një transformatori për përputhjen e ngarkesës.

Një konfigurim i përmirësuar i pajisjeve përdor një servomotor rrotullues me transmision të drejtpërdrejtë, i cili eliminon elementët e transmisionit duke e lidhur drejtpërdrejt ngarkesën me motorin. Ndërsa konfigurimi i motorit me ingranazhe përdor një bashkim me një bosht me diametër relativisht të vogël, sistemi i transmisionit të drejtpërdrejtë e fikson ngarkesën direkt në një flanxhë rotori shumë më të madhe. Ky konfigurim eliminon reagimin e kundërt dhe rrit shumë ngurtësinë rrotulluese. Numri më i lartë i poleve dhe mbështjelljet me çift rrotullues të lartë të motorëve me transmision të drejtpërdrejtë përputhen me karakteristikat e çift rrotullues dhe shpejtësisë së një motori me ingranazhe me një raport prej 10:1 ose më të lartë.