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

Objektivat mësimore

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

Për dekada, servomotorët me ingranazhe kanë qenë një nga mjetet më të zakonshme në kutinë e veglave të automatizimit industrial. Sevromotorët me ingranazh ofrojnë pozicionim, përputhje të shpejtësisë, kamera elektronike, mbështjellje, tendosje, shtrëngim dhe përshtatin në mënyrë efikase fuqinë e një servomotori me ngarkesën. Kjo ngre pyetjen: a është një servomotor me ingranazh opsioni më i mirë për teknologjinë e lëvizjes rrotulluese, apo ka një zgjidhje më të mirë?

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

Në një sistem tipik servo, reagimi i kundërt përkufizohet si humbja e lëvizjes midis motorit dhe ngarkesës e shkaktuar nga tolerancat mekanike të elementeve të transmisionit; kjo përfshin çdo humbje të lëvizjes nëpër kuti ingranazhesh, rripa, zinxhirë dhe bashkime. Kur një makinë ndizet fillimisht, ngarkesa do të notojë diku në mes të tolerancave mekanike (Figura 1A).

Përpara se vetë ngarkesa të mund të zhvendoset nga motori, motori duhet të rrotullohet për të kapur të gjithë ngadalësimin që ekziston në elementët e transmisionit (Figura 1B). Kur motori fillon të ngadalësohet në fund të një lëvizjeje, pozicioni i ngarkesës në fakt mund të kapërcejë pozicionin e motorit pasi momenti mbart ngarkesën përtej pozicionit të motorit.

Motori duhet të marrë përsëri ngadalësinë në drejtim të kundërt përpara se të aplikojë çift rrotullues në ngarkesë për ta ngadalësuar atë (Figura 1C). Kjo humbje e lëvizjes quhet reagim i kundërt dhe zakonisht matet në minuta harkore, e barabartë me 1/60 e shkallës. Kutitë e ingranazheve të dizajnuara për përdorim me servo në aplikacionet industriale shpesh kanë specifikime të reagimit që variojnë nga 3 deri në 9 minuta hark.

Ngurtësia rrotulluese është rezistenca ndaj përdredhjes së boshtit të motorit, elementëve të transmisionit dhe ngarkesës në përgjigje të aplikimit të çift rrotullues. Një sistem pafundësisht i ngurtë do të transmetonte çift rrotullues në ngarkesë pa devijime këndore rreth boshtit të rrotullimit; megjithatë, edhe një bosht i ngurtë çeliku do të përdridhet pak nën ngarkesë të rëndë. Madhësia e devijimit ndryshon me çift rrotullues të aplikuar, materialin e elementeve të transmisionit dhe formën e tyre; intuitivisht, pjesët e gjata e të holla do të përdredhin më shumë se ato të shkurtra e të majme. Kjo rezistencë ndaj përdredhjes është ajo që i bën sustat me spirale të funksionojnë, pasi ngjeshja e sustës përdredh pak çdo kthesë të telit; teli më i trashë bën një pranverë më të fortë. Çdo gjë më pak se ngurtësia e pafundme rrotulluese bën që sistemi të veprojë si një burim, që do të thotë se energjia potenciale do të ruhet në sistem pasi ngarkesa i reziston rrotullimit.

Kur kombinohen së bashku, ngurtësia e fundme rrotulluese dhe reagimi i kundërt mund të degradojnë ndjeshëm performancën e një sistemi servo. Kundërshtimi mund të sjellë pasiguri, pasi koduesi i motorit tregon pozicionin e boshtit të motorit, jo aty ku reagimi ka lejuar që ngarkesa të qetësohet. Backlash gjithashtu prezanton problemet e akordimit pasi ngarkesa çiftohet dhe shkëputet nga motori për një kohë të shkurtër kur ngarkesa dhe motori ndryshojnë drejtimin relativ. Përveç reagimit të kundërt, ngurtësia e fundme rrotulluese ruan energjinë duke konvertuar një pjesë të energjisë kinetike të motorit dhe ngarkesës në energji potenciale, duke e çliruar atë më vonë. Ky lëshim i vonuar i energjisë shkakton lëkundje të ngarkesës, shkakton rezonancë, redukton përfitimet maksimale të akordimit të përdorshëm dhe ndikon negativisht në reagimin dhe kohën e rregullimit të sistemit të servo. Në të gjitha rastet, reduktimi i reagimit dhe rritja e ngurtësisë së një sistemi do të rrisë performancën e servo-s dhe do të thjeshtojë akordimin.

Konfigurimet e servomotoreve të boshtit rrotullues

Konfigurimi më i zakonshëm i boshtit rrotullues është një servomotor rrotullues me një kodues të integruar për reagimin e pozicionit dhe një kuti ingranazhi për të përshtatur çift rrotullues dhe shpejtësinë e disponueshme të motorit me çift rrotulluesin dhe shpejtësinë e kërkuar të ngarkesës. Kutia e ingranazhit është një pajisje me fuqi konstante që është analog mekanik i një transformatori për përputhjen e ngarkesës.

Një konfigurim i përmirësuar i harduerit përdor një servomotor rrotullues të drejtpërdrejtë, i cili eliminon elementët e transmisionit duke bashkuar drejtpërdrejt ngarkesën me motorin. Ndërsa konfigurimi i motorit të ingranazhit përdor një bashkim me një bosht me diametër relativisht të vogël, sistemi i lëvizjes direkte e mbyll ngarkesën drejtpërdrejt në një fllanxhë shumë më të madhe të rotorit. Ky konfigurim eliminon reagimin dhe rrit në masë të madhe ngurtësinë e rrotullimit. Numri më i lartë i poleve dhe mbështjelljet me çift rrotullues të lartë të motorëve me lëvizje direkte përputhen me karakteristikat e çift rrotullimit dhe shpejtësisë së një motorri me një raport prej 10:1 ose më të lartë.