A hajtóműves szervomotor hasznos lehet a forgómozgás-technológiában, de vannak kihívások és korlátozások, amelyekkel a felhasználóknak tisztában kell lenniük.
Szerzők: Dakota Miller és Bryan Knight
Tanulási célok
- A valós forgó szervorendszerek technikai korlátok miatt nem érik el az ideális teljesítményt.
- A forgó szervomotorok számos típusa előnyöket kínálhat a felhasználók számára, de mindegyiknek megvannak a maga sajátos kihívásai vagy korlátai.
- A közvetlen hajtású forgó szervomotorok kínálják a legjobb teljesítményt, de drágábbak, mint a hajtóműves motorok.
A hajtóműves szervomotorok évtizedek óta az ipari automatizálás egyik leggyakoribb eszközei. A hajtóműves szervomotorok pozicionálási, sebességillesztési, elektronikus bütyökvezérlési, tekercselési, feszítési és meghúzási alkalmazásokat kínálnak, és hatékonyan igazítják a szervomotor teljesítményét a terheléshez. Ez felveti a kérdést: vajon a hajtóműves szervomotor a legjobb választás a forgómozgás-technológiához, vagy van-e jobb megoldás?
Ideális esetben egy forgó szervorendszer nyomaték- és fordulatszám-besorolása megfelelne az alkalmazásnak, így a motor sem túlméretezett, sem alulméretezett nem lenne. A motor, az erőátviteli elemek és a terhelés kombinációjának végtelen torziós merevséggel és nulla holtjátékkal kellene rendelkeznie. Sajnos a valós forgó szervorendszerek különböző mértékben elmaradnak ettől az ideálistól.
Egy tipikus szervorendszerben a holtjáték a motor és a terhelés közötti mozgásveszteséget jelenti, amelyet az erőátviteli elemek mechanikai tűrései okoznak; ez magában foglalja a sebességváltók, szíjak, láncok és tengelykapcsolók mozgásveszteségét. Amikor egy gépet először bekapcsolnak, a terhelés valahol a mechanikai tűrések közepén lebeg (1A. ábra).
Mielőtt a motor mozgathatná a terhet, a motornak forognia kell, hogy kiegyenlítse az erőátviteli elemekben lévő összes holtjátékot (1B. ábra). Amikor a motor lassulni kezd egy mozgás végén, a teher pozíciója valójában megelőzheti a motor pozícióját, mivel a lendület a terhet a motor pozícióján túlra viszi.
A motornak ismét fel kell vennie a holtjátékot az ellenkező irányban, mielőtt nyomatékot adna a terhelésre a lassítás érdekében (1C. ábra). Ezt a mozgásveszteséget holtjátéknak nevezik, és általában ívpercben mérik, ami 1/60 foknak felel meg. Az ipari alkalmazásokban szervomotorokkal való használatra tervezett hajtóművek holtjáték-specifikációja gyakran 3 és 9 ívperc között van.
A torziós merevség a motortengely, az erőátviteli elemek és a terhelés csavarodásával szembeni ellenállása a nyomaték alkalmazására adott válaszként. Egy végtelenül merev rendszer a nyomatékot a forgástengely körüli szögeltérülés nélkül továbbítaná a terhelésnek; azonban még egy tömör acéltengely is kissé elcsavarodik nagy terhelés alatt. Az elhajlás nagysága az alkalmazott nyomatéktól, az erőátviteli elemek anyagától és alakjától függően változik; intuitív módon a hosszú, vékony alkatrészek jobban elcsavarodnak, mint a rövid, vastagok. Ez a csavarodással szembeni ellenállás az, ami a tekercsrugókat működésbe hozza, mivel a rugó összenyomásakor a huzal minden menete kissé elcsavarodik; a vastagabb huzal merevebb rugót eredményez. A végtelennél kisebb torziós merevség miatt a rendszer rugóként működik, ami azt jelenti, hogy a potenciális energia tárolódik a rendszerben, mivel a terhelés ellenáll a forgásnak.
A véges torziós merevség és a holtjáték együttesen jelentősen ronthatja a szervorendszer teljesítményét. A holtjáték bizonytalanságot okozhat, mivel a motorjeladó a motor tengelyének helyzetét jelzi, nem pedig azt, hogy a holtjáték holtjátéka holtjáték esetén holtjáték esetén a terhelés leülepedjen. A holtjáték hangolási problémákat is okoz, mivel a terhelés rövid időre le- és feloldódik a motorról, amikor a terhelés és a motor iránya megfordul. A holtjáték mellett a véges torziós merevség energiát tárol azáltal, hogy a motor és a terhelés mozgási energiájának egy részét potenciális energiává alakítja, majd később felszabadítja. Ez a késleltetett energiafelszabadulás terheléslengést okoz, rezonanciát indukál, csökkenti a maximálisan használható hangolási nyereséget, és negatívan befolyásolja a szervorendszer reagálóképességét és beállási idejét. Minden esetben a holtjáték csökkentése és a rendszer merevségének növelése növeli a szervo teljesítményét és egyszerűsíti a hangolást.
Forgótengelyes szervomotor-konfigurációk
A leggyakoribb forgótengely-konfiguráció egy forgó szervomotor, beépített jeladóval a pozíció-visszacsatoláshoz és egy sebességváltóval, amely a motor rendelkezésre álló nyomatékát és sebességét a terhelés szükséges nyomatékához és sebességéhez illeszti. A sebességváltó egy állandó teljesítményű eszköz, amely a terhelésillesztéshez használt transzformátor mechanikus megfelelője.
Egy továbbfejlesztett hardverkonfiguráció egy közvetlen hajtású forgó szervomotort használ, amely a terhelés motorhoz való közvetlen csatlakoztatásával kiküszöböli az erőátviteli elemeket. Míg a hajtóműves motor konfigurációja egy viszonylag kis átmérőjű tengelyhez csatlakozik, a közvetlen hajtású rendszer a terhelést közvetlenül egy sokkal nagyobb rotorperemhez csavarozza. Ez a konfiguráció kiküszöböli a holtjátékot és jelentősen növeli a torziós merevséget. A közvetlen hajtású motorok nagyobb pólusszáma és nagy nyomatékú tekercselése megfelel a 10:1 vagy nagyobb áttételű hajtóműves motor nyomaték- és sebességkarakterisztikájának.
Közzététel ideje: 2021. november 12.
