Servovariklis su pavara gali būti naudingas naudojant sukamojo judesio technologiją, tačiau yra iššūkių ir apribojimų, kuriuos vartotojai turi žinoti.
Autoriai: Dakota Miller ir Bryanas Knightas
Mokymosi tikslai
- Realios rotacinės servosistemos nepasiekia idealaus veikimo dėl techninių apribojimų.
- Kelių tipų rotaciniai servovarikliai gali būti naudingi naudotojams, tačiau kiekvienas iš jų turi tam tikrų iššūkių ar apribojimų.
- Tiesioginės pavaros rotaciniai servovarikliai pasižymi geriausiu našumu, tačiau jie yra brangesni nei reduktoriniai varikliai.
Dešimtmečius servovarikliai su pavaromis buvo vienas iš labiausiai paplitusių pramonės automatikos įrankių. Varikliai su pavaromis siūlo padėties nustatymą, greičio suderinimą, elektroninį kumštelį, apviją, įtempimą, priveržimą ir efektyviai suderina servovariklio galią su apkrova. Tai kelia klausimą: ar servovariklis su pavara yra geriausias rotacinio judesio technologijos pasirinkimas, ar yra geresnis sprendimas?
Tobulame pasaulyje rotacinės servo sistemos sukimo momento ir greičio rodikliai atitiktų pritaikymą, todėl variklis nebūtų nei per didelis, nei per mažas. Variklio, transmisijos elementų ir apkrovos derinys turi turėti begalinį sukimo standumą ir nulinį atstumą. Deja, tikrosios rotacinės servo sistemos įvairiais laipsniais neatitinka šio idealo.
Įprastoje servosistemoje laisvumas apibrėžiamas kaip judesio tarp variklio ir apkrovos praradimas dėl mechaninių transmisijos elementų leistinų nuokrypių; tai apima visus pavarų dėžių, diržų, grandinių ir movų judėjimo praradimus. Kai mašina iš pradžių įjungiama, apkrova plūduriuos kažkur mechaninių leistinų nuokrypių viduryje (1A pav.).
Kad variklis galėtų perkelti pačią apkrovą, variklis turi suktis, kad užimtų visas pavaros elementų laisvumas (1B pav.). Kai judesio pabaigoje variklis pradeda lėtėti, apkrovos padėtis iš tikrųjų gali aplenkti variklio padėtį, nes impulsas neša apkrovą už variklio padėties.
Variklis turi vėl atsilaisvinti priešinga kryptimi, prieš sukdamas apkrovą, kad ją sulėtintų (1C pav.). Šis judesio praradimas vadinamas atotrūkiu ir paprastai matuojamas lanko minutėmis, lygus 1/60 laipsnio. Pavarų dėžės, skirtos naudoti su servo įrenginiais pramoniniuose įrenginiuose, dažnai turi nuo 3 iki 9 lanko minučių.
Sukimo standumas – tai atsparumas variklio veleno, transmisijos elementų sukimuisi ir apkrovai, reaguojant į sukimo momentą. Be galo standi sistema sukimo momentą apkrovai perduotų be kampinio nuokrypio apie sukimosi ašį; tačiau net ir tvirtas plieninis velenas esant didelei apkrovai šiek tiek pasisuks. Deformacijos dydis priklauso nuo taikomo sukimo momento, perdavimo elementų medžiagos ir formos; intuityviai, ilgos, plonos dalys susisuks labiau nei trumpos, riebios. Dėl šio atsparumo sukimui veikia spyruoklės, nes suspaudus spyruoklę kiekvienas vielos posūkis šiek tiek pasisuka; riebesnė viela daro tvirtesnę spyruoklę. Viskas, kas yra mažesnė nei begalinis sukimo standumas, verčia sistemą veikti kaip spyruoklė, o tai reiškia, kad potenciali energija bus saugoma sistemoje, nes apkrova priešinasi sukimuisi.
Sujungus baigtinį sukimo standumą ir atstumą, gali labai pablogėti servo sistemos veikimas. Atlenkimas gali sukelti neapibrėžtumą, nes variklio kodavimo įrenginys nurodo variklio veleno padėtį, o ne vietą, kur dėl atstūmimo apkrova nusistovėjo. Atlenkimas taip pat sukelia derinimo problemų, nes apkrova trumpam susijungia ir atsijungia nuo variklio, kai apkrova ir variklis pasikeičia santykine kryptimi. Be atbulinės eigos, baigtinis sukimo standumas kaupia energiją, dalį variklio ir apkrovos kinetinės energijos paversdamas potencialia energija, vėliau ją išlaisvindamas. Šis uždelstas energijos išleidimas sukelia apkrovos svyravimus, sukelia rezonansą, sumažina maksimalų naudojamą derinimo padidėjimą ir neigiamai veikia servo sistemos reagavimą ir nusistovėjimo laiką. Visais atvejais sumažinus atbulinį pasipriešinimą ir padidinus sistemos standumą, padidės servo našumas ir supaprastinamas derinimas.
Sukamosios ašies servovariklio konfigūracijos
Dažniausia sukimosi ašies konfigūracija yra rotacinis servovariklis su įmontuotu davikliu padėties grįžtamajam ryšiui ir pavarų dėže, kad turimas variklio sukimo momentas ir greitis atitiktų reikiamą apkrovos sukimo momentą ir greitį. Pavarų dėžė yra nuolatinės galios įtaisas, kuris yra mechaninis transformatoriaus analogas apkrovai suderinti.
Patobulintoje aparatūros konfigūracijoje naudojamas tiesioginės pavaros sukamasis servovariklis, kuris pašalina transmisijos elementus tiesiogiai sujungdamas apkrovą su varikliu. Variklio konfigūracija su reduktorine sankaba naudoja santykinai mažo skersmens veleną, o tiesioginės pavaros sistema apkrovą pritvirtina tiesiai prie daug didesnio rotoriaus flanšo. Ši konfigūracija pašalina atstumą ir labai padidina sukimo standumą. Didesnis polių skaičius ir didelio sukimo momento apvijos tiesioginės pavaros varikliams atitinka variklio reduktoriaus sukimo momento ir greičio charakteristikas, kurių santykis yra 10:1 arba didesnis.
Paskelbimo laikas: 2021-11-12
