Servomotor s reduktorom može biti koristan za tehnologiju rotacijskog kretanja, ali postoje izazovi i ograničenja kojih korisnici moraju biti svjesni.
Od: Dakota Miller i Bryan Knight
Ciljevi učenja
- Rotacijski servo sistemi u stvarnom svijetu ne postižu idealne performanse zbog tehničkih ograničenja.
- Nekoliko vrsta rotacijskih servomotora može pružiti prednosti korisnicima, ali svaki ima specifičan izazov ili ograničenje.
- Rotacijski servomotori s direktnim pogonom nude najbolje performanse, ali su skuplji od motornih reduktora.
Decenijama su servomotori s prirubnicama bili jedan od najčešćih alata u setu alata industrijske automatizacije. Servomotori s prirubnicama nude pozicioniranje, usklađivanje brzine, elektronsko pomicanje, namotavanje, zatezanje, pritezanje i efikasno prilagođavaju snagu servomotora opterećenju. To postavlja pitanje: je li servomotor s prirubnicom najbolja opcija za tehnologiju rotacijskog kretanja ili postoji bolje rješenje?
U idealnom svijetu, rotacijski servo sistem bi imao nazivni obrtni moment i brzinu koji odgovaraju primjeni, tako da motor nije ni prevelik ni premalen. Kombinacija motora, elemenata prijenosa i opterećenja trebala bi imati beskonačnu torzijsku krutost i nulti zazor. Nažalost, rotacijski servo sistemi u stvarnom svijetu ne ispunjavaju ovaj ideal u različitoj mjeri.
U tipičnom servo sistemu, povratni hod se definiše kao gubitak kretanja između motora i opterećenja uzrokovan mehaničkim tolerancijama elemenata prijenosa; ovo uključuje bilo kakav gubitak kretanja u mjenjačima, remenima, lancima i spojnicama. Kada se mašina prvi put uključi, opterećenje će se nalaziti negdje u sredini mehaničkih tolerancija (Slika 1A).
Prije nego što motor može pomicati teret, motor se mora rotirati kako bi nadoknadio sav postojeći labavi prostor u elementima prijenosa (Slika 1B). Kada motor počne usporavati na kraju kretanja, položaj tereta može zapravo prestići položaj motora jer moment nosi teret izvan položaja motora.
Motor mora ponovo nadoknaditi zatezanje u suprotnom smjeru prije nego što primijeni obrtni moment na opterećenje kako bi ga usporio (Slika 1C). Ovaj gubitak kretanja naziva se povratni hod i obično se mjeri u lučnim minutama, jednakim 1/60 stepena. Mjenjači dizajnirani za upotrebu sa servo motorima u industrijskim primjenama često imaju specifikacije povratnog hoda u rasponu od 3 do 9 lučnih minuta.
Torziona krutost je otpor uvijanju osovine motora, elemenata prijenosa i opterećenja kao odgovor na primjenu obrtnog momenta. Beskonačno krut sistem bi prenosio obrtni moment na opterećenje bez ugaonog otklona oko ose rotacije; međutim, čak će se i čvrsto čelično vratilo malo uvijati pod velikim opterećenjem. Veličina otklona varira u zavisnosti od primijenjenog obrtnog momenta, materijala elemenata prijenosa i njihovog oblika; intuitivno, dugi, tanki dijelovi će se više uvijati od kratkih, debelih. Ovaj otpor uvijanju je ono što pokreće spiralne opruge, jer kompresija opruge malo uvija svaki zavoj žice; deblja žica čini oprugu čvršćom. Sve što je manje od beskonačne torzione krutosti uzrokuje da sistem djeluje kao opruga, što znači da će potencijalna energija biti pohranjena u sistemu dok se opterećenje opire rotaciji.
Kada se kombinuju, konačna torzijska krutost i zazor mogu značajno smanjiti performanse servo sistema. Zazor može unijeti nesigurnost, jer enkoder motora pokazuje položaj osovine motora, a ne gdje je zazor dozvolio da se opterećenje smiri. Zazor također uvodi probleme s podešavanjem jer se opterećenje nakratko spaja i odvaja od motora kada opterećenje i motor obrnu relativni smjer. Pored zazora, konačna torzijska krutost pohranjuje energiju pretvaranjem dijela kinetičke energije motora i opterećenja u potencijalnu energiju, oslobađajući je kasnije. Ovo odloženo oslobađanje energije uzrokuje oscilaciju opterećenja, indukuje rezonancu, smanjuje maksimalno upotrebljivo pojačanje podešavanja i negativno utiče na odziv i vrijeme smirivanja servo sistema. U svim slučajevima, smanjenje zazora i povećanje krutosti sistema će povećati performanse servo motora i pojednostaviti podešavanje.
Konfiguracije servomotora rotacijske ose
Najčešća konfiguracija rotacijske ose je rotacijski servomotor s ugrađenim enkoderom za povratnu informaciju o položaju i mjenjačem za usklađivanje raspoloživog obrtnog momenta i brzine motora s potrebnim obrtnim momentom i brzinom opterećenja. Mjenjač je uređaj za konstantnu snagu koji je mehanički analog transformatora za usklađivanje opterećenja.
Poboljšana hardverska konfiguracija koristi rotacijski servomotor s direktnim pogonom, koji eliminira elemente prijenosa direktnim spajanjem opterećenja na motor. Dok konfiguracija motor-reduktora koristi spojnicu na osovinu relativno malog promjera, sistem direktnog pogona pričvršćuje opterećenje direktno na mnogo veću prirubnicu rotora. Ova konfiguracija eliminira zazor i znatno povećava torzijsku krutost. Veći broj polova i namotaji s visokim momentom kod motora s direktnim pogonom odgovaraju karakteristikama momenta i brzine motora-reduktora s omjerom 10:1 ili većim.
Vrijeme objave: 12. novembar 2021.
