Direct Drive vs. vaihdettavan kiertopalvelu: Suunnitteluedun kvantifiointi: Osa 1

Oppimistavoitteet

• Reaalimaailman kiertojärjestelmät eivät ole ihanteellisia suorituskykyjä teknisten rajoitusten vuoksi.
• Monen tyyppiset pyörivät servomoottorit voivat tarjota hyötyjä käyttäjille, mutta jokaisella on erityinen haaste tai rajoitus.
• Direct Drive Rotary Servomotors tarjoaa parhaan suorituskyvyn, mutta ne ovat kalliimpia kuin Gearmotors.

Vuosikymmenien ajan vaihdetut servotorit ovat olleet yksi yleisimmistä työkalujen työkalupakissa. Suunnalliset sevromotorit tarjoavat paikannuksen, nopeuden sovittamisen, elektronisen haaroittumisen, käämityksen, kiristyksen, kiristämisen sovellukset ja vastaavat tehokkaasti servomoottorin tehoa kuormaan. Tämä herättää kysymyksen: Onko suunnattu servomoottori paras vaihtoehto kiertoliiketekniikalle vai onko olemassa parempi ratkaisu?

Täydellisessä maailmassa pyörivällä servojärjestelmällä olisi vääntömomenttia ja nopeutta, jotka vastaavat sovellusta, joten moottori ei ole liian kokoinen eikä ali kokoinen. Moottorin, voimansiirtoelementtien ja kuorman yhdistelmällä tulisi olla ääretön vääntöjäykkyys ja nolla takaisku. Valitettavasti Real World Rotary Servo -järjestelmät eivät ole tämän ihanteellisia vaihteleviin asteisiin.

Tyypillisessä servojärjestelmässä takaisku määritellään liikkeen menetykseksi moottorin ja siirtoelementtien mekaanisten toleranssien aiheuttaman kuorman välillä; Tämä sisältää kaikki liikkeen menetykset vaihdelaatikoissa, vyöissä, ketjuissa ja kytkimissä. Kun kone on alun perin käynnissä, kuorma kelluu jossain mekaanisten toleranssien keskellä (kuva 1A).

Ennen kuin moottori voi siirtää itse kuormaa, moottorin on kiertävä, jotta kaikki läpäisyelementeissä olevat löysät löysivät (kuva 1B). Kun moottori alkaa hidastua liikkeen lopussa, kuormitusasento voi tosiasiallisesti ohittaa moottorin asennon, kun vauhti kantaa kuorman moottorin asennon ulkopuolelle.

Moottorin on jälleen otettava löysä vastakkaiseen suuntaan ennen vääntömomentin levittämistä kuormaan sen hidastamiseksi (kuva 1C). Tätä liikkeen menetystä kutsutaan takaisiksi, ja sitä mitataan tyypillisesti kaari-minuutteina, mikä vastaa 1/60 astetta. Teollisuussovelluksissa käytettäväksi käytettäväksi käytettäväksi vaihdelaatikoissa on usein takaiskisarvioita, jotka vaihtelevat 3-9 kaari-minuuttia.

Vääntöjäykkyys on moottorin akselin kiertämiskestävyys, voimansiirtoelementit ja kuorma vasteena vääntömomentin levittämiselle. Äärettömän jäykkä järjestelmä välittäisi vääntömomentin kuormaan ilman kulman taipumaa kierto -akselin ympärillä; Jopa kiinteä teräsakseli kiertyy kuitenkin hiukan raskaan kuorman alla. Taipuman suuruus vaihtelee käytetyn vääntömomentin, voimansiirtoelementtien materiaalin ja niiden muodon mukaan; Intuitiivisesti, pitkät, ohuet osat kiertävät enemmän kuin lyhyitä, rasvaisia. Tämä kiertymiskestävyys saa kelajouset toimimaan, kun jousien kääntäminen jokainen langan käännös; RAKENNUSLANKA tekee jäykemmän jousen. Kaikki muuta kuin ääretön vääntöjäykkyys aiheuttaa järjestelmän toimimisen jousina, mikä tarkoittaa, että potentiaalienergia säilytetään järjestelmässä, kun kuorma vastustaa kiertoa.

Yhdistettynä rajallinen vääntöjäykkyys ja takaisku voi merkittävästi heikentää servojärjestelmän suorituskykyä. Takaosa voi aiheuttaa epävarmuutta, koska moottorin kooderi osoittaa moottorin akselin sijainnin, ei silloin, kun takaisku on antanut kuorman asettua. Backlash esittelee myös viritysongelmia, kun kuormaparit ja irrottajat moottorista hetkeksi, kun kuorma ja moottori kääntävät suhteellisen suunnan. Takaisun lisäksi rajallinen vääntöjäykkyys tallentaa energiaa muuttamalla osan moottorin ja kuorman kineettisestä energiasta potentiaalienergiaksi vapauttaen sen myöhemmin. Tämä viivästynyt energian vapautuminen aiheuttaa kuormituksen värähtelyä, indusoi resonanssin, vähentää maksimaalista käyttökelpoista virityskyvyä ja vaikuttaa negatiivisesti servojärjestelmän reagointiin ja asettumisaikaan. Kaikissa tapauksissa takaiskujen vähentäminen ja järjestelmän jäykkyyden lisääminen lisää servon suorituskykyä ja yksinkertaistaa virittämistä.

Kierto -akselin servomoottori kokoonpanot

Yleisin kierto-akselin konfiguraatio on pyörivä servomoottori, jossa on sisäänrakennettu kooderi asennon palautetta varten ja vaihdelaatikko, joka vastaa moottorin käytettävissä olevaa vääntömomenttia ja nopeutta vaadittavaan vääntömomenttiin ja kuorman nopeuteen. Vaihteisto on vakiovirtalaite, joka on muuntajan mekaaninen analogi kuorman sovittamiseksi.

Parannettu laitteistokokoonpano käyttää suoraa aseman kiertävää servomoottoria, joka eliminoi voimansiirtoelementit kytkemällä kuorma suoraan moottoriin. Kun Gearmotor -kokoonpano käyttää kytkemistä suhteellisen pieneen halkaisija -akseliin, suora käyttöjärjestelmä kiinnittää kuorman suoraan paljon suurempaan roottorin laippaan. Tämä kokoonpano eliminoi takaiskun ja lisää huomattavasti vääntöjäykkyyttä. Suorien käyttömoottorien korkeamman navan lukumäärä ja korkeat vääntömomentin käämät vastaavat vaihdemoottorin vääntömomentti- ja nopeusominaisuuksia, joiden suhde on 10: 1 tai korkeampi.