Pavarų servovariklis gali būti naudingas sukamojo judesio technologijoms, tačiau yra iššūkių ir apribojimų, apie kuriuos vartotojai turi žinoti.
Autoriai: Dakota Miller ir Bryan Knight
Mokymosi tikslai
- Dėl techninių apribojimų realiose rotacinėse servo sistemose idealus našumas nėra pasiektas.
- Keletas rotacinių servovariklių tipų gali suteikti naudos vartotojams, tačiau kiekvienas iš jų turi specifinių iššūkių ar apribojimų.
- Tiesioginės pavaros rotaciniai servovarikliai pasižymi geriausiu našumu, tačiau jie yra brangesni nei reduktoriai.
Jau dešimtmečius krumpliaračiai servovarikliai yra vienas iš labiausiai paplitusių įrankių pramoninės automatikos įrankių rinkinyje. Krumpliaračiai servovarikliai siūlo padėties nustatymo, greičio suderinimo, elektroninio kumštelių valdymo, vyniojimo, įtempimo, priveržimo funkcijas ir efektyviai pritaiko servovariklio galią prie apkrovos. Todėl kyla klausimas: ar krumpliaratis servovariklis yra geriausias pasirinkimas sukamojo judesio technologijai, ar yra geresnis sprendimas?
Idealiu atveju rotacinės servo sistemos sukimo momentas ir greitis atitiktų taikymo sritį, todėl variklis nėra nei per didelis, nei per mažas. Variklio, transmisijos elementų ir apkrovos derinys turėtų turėti begalinį sukimo standumą ir nulinį laisvumą. Deja, realaus pasaulio rotacinės servo sistemos įvairiu mastu neatitinka šio idealo.
Tipinėje servo sistemoje laisvumas apibrėžiamas kaip judėjimo praradimas tarp variklio ir apkrovos, kurį sukelia transmisijos elementų mechaniniai tolerancijos nuokrypiai; tai apima bet kokius judėjimo nuostolius pavarų dėžėse, diržuose, grandinėse ir movose. Kai mašina pirmą kartą įjungiama, apkrova plūduriuoja kažkur mechaninių tolerancijų viduryje (1A pav.).
Prieš varikliui judinant patį krovinį, jis turi pasisukti, kad užpildytų visą perdavimo elementų laisvumą (1B pav.). Kai variklis pradeda lėtėti judesio pabaigoje, krovinio padėtis gali aplenkti variklio padėtį, nes impulsas neša krovinį už variklio padėties ribų.
Variklis vėl turi įveikti laisvumą priešinga kryptimi, prieš pritaikydamas sukimo momentą apkrovai, kad ją sulėtintų (1C pav.). Šis judesio praradimas vadinamas laisvumu ir paprastai matuojamas lanko minutėmis, lygiomis 1/60 laipsnio. Pavarų dėžės, skirtos naudoti su servo varikliais pramonėje, dažnai turi laisvumo specifikacijas nuo 3 iki 9 lanko minučių.
Sukamasis standumas yra variklio veleno, transmisijos elementų ir apkrovos pasipriešinimas sukimuisi, reaguojant į sukimo momento taikymą. Be galo standi sistema perduotų sukimo momentą apkrovai be kampinio nuokrypio apie sukimosi ašį; tačiau net ir vientisas plieninis velenas šiek tiek susisuks esant didelei apkrovai. Deformacijos dydis kinta priklausomai nuo taikomo sukimo momento, transmisijos elementų medžiagos ir jų formos; intuityviai ilgos, plonos dalys susisuks labiau nei trumpos, storos. Šis pasipriešinimas sukimui ir yra tai, kas lemia spiralinių spyruoklių veikimą, nes suspaudžiant spyruoklę, kiekvienas vielos apsisukimas šiek tiek pasisuka; storesnė viela sukuria standesnę spyruoklę. Bet koks mažesnis nei begalinis sukimo standumas priverčia sistemą veikti kaip spyruoklę, o tai reiškia, kad sistemoje bus kaupiama potenciali energija, nes apkrova priešinsis sukimuisi.
Baigtinis sukimo standumas ir laisvumas kartu gali gerokai sumažinti servo sistemos našumą. Laisvumas gali sukelti neapibrėžtumą, nes variklio enkoderis rodo variklio veleno padėtį, o ne tą vietą, kur laisvumas leido apkrovai nusistovėti. Laisvumas taip pat sukelia derinimo problemų, nes apkrova trumpam prisijungia ir atsijungia nuo variklio, kai apkrova ir variklis apsikeičia kryptimis. Be laisvumo, baigtinis sukimo standumas kaupia energiją, dalį variklio ir apkrovos kinetinės energijos paversdamas potencialia energija, o vėliau ją išlaisvindamas. Šis uždelstas energijos išsiskyrimas sukelia apkrovos svyravimus, indukuoja rezonansą, sumažina maksimalų naudojamą derinimo stiprinimą ir neigiamai veikia servo sistemos reagavimą bei nusistovėjimo laiką. Visais atvejais laisvumo sumažinimas ir sistemos standumo padidinimas padidins servo sistemos našumą ir supaprastins derinimą.
Sukamųjų ašių servovariklio konfigūracijos
Dažniausia sukamosios ašies konfigūracija yra sukamasis servovariklis su įmontuotu padėties grįžtamojo ryšio kodavimo įrenginiu ir pavarų dėže, kad būtų galima suderinti variklio sukimo momentą ir greitį su reikiamu apkrovos sukimo momentu ir greičiu. Pavarų dėžė yra pastovios galios įtaisas, kuris yra mechaninis transformatoriaus, skirto apkrovos derinimui, analogas.
Patobulintoje aparatinės įrangos konfigūracijoje naudojamas tiesioginės pavaros rotacinis servovariklis, kuris pašalina perdavimo elementus, tiesiogiai prijungdamas apkrovą prie variklio. Nors reduktoriaus konfigūracijoje naudojama jungtis prie santykinai mažo skersmens veleno, tiesioginės pavaros sistemoje apkrova prijungiama tiesiai prie daug didesnio rotoriaus flanšo. Ši konfigūracija pašalina laisvumą ir labai padidina sukimo standumą. Didesnis polių skaičius ir didelio sukimo momento apvijos tiesioginės pavaros varikliuose atitinka reduktoriaus variklio, kurio santykis yra 10:1 ar didesnis, sukimo momento ir greičio charakteristikas.
Įrašo laikas: 2021 m. lapkričio 12 d.
