Otsene draiv vs suunatud pöörlev servomootor: disaini eelise kvantifitseerimine: 1. osa

Õppimise eesmärgid

• Reaalse maailma pöörleva servosüsteemi korral vähenevad tehniliste piirangute tõttu ideaalse jõudluse.
• Mitu tüüpi pöörlevaid servomotreid võib pakkuda kasutajatele eeliseid, kuid kõigil on konkreetne väljakutse või piirang.
• Direct Drive Rotary Servomotorid pakuvad parimat jõudlust, kuid need on kallimad kui käigumotorid.

Aastakümneid on käikude servomootorid olnud tööstusautomaatika tööriistakasti üks levinumaid tööriistu. Korraldatud sevromors pakuvad positsioneerimist, kiiruse sobitamist, elektroonilist koondamist, mähist, pingutamist, pingutamist ja sobivad tõhusalt servomootori võimsusega koormusega. See tõstatab küsimuse: kas suunatud servomootor on parim võimalus pöörlevate liikumistehnoloogia jaoks või on parem lahendus?

Täiuslikus maailmas oleks pöörleva servosüsteemi pöördemoment ja kiiruse hinnangud, mis vastavad rakendusele, nii et mootor ei ole ülemäärane ega alasuurune. Mootori, ülekandeelementide ja koormuse kombinatsioonil peaks olema lõpmatu väändejäikus ja null tagasilöök. Kahjuks jäävad reaalmaailma pöörlemissüsteemid sellest ideaalist erineval määral alla.

Tüüpilises servosüsteemis määratletakse tagasilöög kui mootori liikumise kaotus ja ülekandeelementide mehaaniliste tolerantside põhjustatud koormus; See hõlmab liikumiskaotust kogu käigukasti, vööde, kettide ja sidurite vahel. Kui masin on algselt sisse lülitatud, hõljub koormus kuskil mehaaniliste tolerantside keskel (joonis 1A).

Enne kui mootor enda koormust saab teisaldada, peab mootor pöörduma, et võtta ülekandeelementides olemasolev lõtvus (joonis 1B). Kui mootor hakkab liikumise lõpus aeglustuma, võib koormusasend mootori asendist tegelikult ületada, kuna impulss kannab koormust mootori asendist kaugemale.

Mootor peab enne pöördemomendi kasutamist selle aeglustamiseks uuesti võtma vastupidises suunas lõtvuse (joonis 1C). Seda liikumiskaotust nimetatakse tagasilöögiks ja tavaliselt mõõdetakse kaare minutites, mis on võrdne 1/60 kraadi. Servose kasutamiseks tööstuslikes rakendustes kasutamiseks on sageli tagasilöögi spetsifikatsioonid vahemikus 3 kuni 9 kaareminuti.

Väände jäikus on mootori võlli keerdumisele, ülekandeelementidele ja koormusele vastuseks pöördemomendi pealekandmisele. Lõpmata jäik süsteem edastaks koormusele pöördemomendi ilma pöörlemistee telje nurgelise läbipaindeta; Isegi tahke terasvõll väänab kerge koormuse all pisut. Painde suurus varieerub vastavalt rakendatud pöördemomendile, ülekandeelementide materjalile ja nende kujule; Intuitiivselt väänavad pikad õhukesed osad rohkem kui lühikesed, rasvased. See keerdumiskindlus paneb Coil Springs toimima, kuna vedru kokkusurumine keerdub iga traadi pöörde pisut; Pimedam traat teeb jäigemaks vedru. Kõik, mis on vähem kui lõpmatu väändejäikus, põhjustab süsteemi kevadena, mis tähendab, et potentsiaalne energia salvestatakse süsteemis, kuna koormus peab vastu pöörlemisele.

Kombineerituna võivad piiratud väändejäikuse ja tagasilöögi oluliselt halvendada servosüsteemi jõudlust. Läbipõrke võib põhjustada ebakindlust, kuna mootorikooder näitab mootori võlli asukohta, mitte siis, kui tagasilöök on lasknud koormusel settida. Taasavaldus tutvustab ka häälestamisprobleeme, kui koormusühendused ja lahtiühendused mootorist lühidalt, kui koormus ja mootor on suhteline suuna. Lisaks tagasilöögile salvestab lõplik väändejäikus energiat, muutes osa mootori kineetilisest energiast ja koormusest potentsiaalseks energiaks, vabastades selle hiljem. See hilinenud energia vabanemine põhjustab koormuse võnkumist, kutsub esile resonantsi, vähendab maksimaalset kasutatavat häälestamiskasumit ja mõjutab negatiivselt servosüsteemi reageerimisvõimet ja settimisaega. Kõigil juhtudel suurendab tagasilöögi vähendamine ja süsteemi jäikuse suurendamine servo jõudlust ja lihtsustab häälestamist.

Pöörleva telje servomotoorsed konfiguratsioonid

Kõige tavalisem pöörleva telje konfiguratsioon on pöörlev servomotoor koos sisseehitatud kooderiga positsiooni tagasiside jaoks ja käigukast, mis vastab mootori saadaolevale pöördemomendile ja kiirusele vajaliku pöördemomendi ja koormuse kiirusega. Käigukast on pidev toiteseade, mis on koormuse sobitamiseks trafo mehaaniline analoog.

Täiustatud riistvarakonfiguratsioon kasutab otsese draivi pöörlevat servomotorit, mis kõrvaldab ülekandeelemendid, ühendades koormuse otse mootoriga. Kui GearMOTOR -i konfiguratsioon kasutab sidestust suhteliselt väikese läbimõõduga võlliga, siis otsese ajami süsteem poldib koormuse otse palju suurema rootori ääriku külge. See konfiguratsioon välistab tagasilöögi ja suurendab oluliselt väändejäikust. Otsese ajamimootorite kõrgemad poolusete arv ja kõrge pöördemomendi mähised vastavad käigumotori pöördemomendi ja kiiruse omadustele suhtega 10: 1 või kõrgem.