Servomotor s prirubnicom može biti koristan za tehnologiju rotacijskog gibanja, ali postoje izazovi i ograničenja kojih korisnici moraju biti svjesni.
Od: Dakota Miller i Bryan Knight
Ciljevi učenja
- Rotacijski servo sustavi 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 izravnim pogonom nude najbolje performanse, ali su skuplji od motornih reduktora.
Desetljećima su servomotori s prirubnicama bili jedan od najčešćih alata u industrijskoj automatizaciji. Servomotori s prirubnicama nude pozicioniranje, usklađivanje brzine, elektroničko pomicanje, namatanje, zatezanje, pritezanje te učinkovito prilagođavaju snagu servomotora opterećenju. To postavlja pitanje: je li servomotor s prirubnicom najbolja opcija za tehnologiju rotacijskog gibanja ili postoji bolje rješenje?
U idealnom svijetu, rotacijski servo sustav bi imao nazivne okretne momente i brzine 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 sustavi u stvarnom svijetu u različitoj mjeri ne ispunjavaju ovaj ideal.
U tipičnom servo sustavu, povratni hod se definira kao gubitak gibanja između motora i opterećenja uzrokovan mehaničkim tolerancijama elemenata prijenosa; to uključuje bilo kakav gubitak gibanja u mjenjačima, remenima, lancima i spojnicama. Kada se stroj prvi put uključi, opterećenje će se nalaziti negdje u sredini mehaničkih tolerancija (Slika 1A).
Prije nego što motor može pomicati teret, motor se mora okretati 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 ponovno preuzeti zatezni moment u suprotnom smjeru prije nego što primijeni moment na opterećenje kako bi ga usporio (slika 1C). Taj gubitak kretanja naziva se povratni hod i obično se mjeri u lučnim minutama, jednakim 1/60 stupnja. Mjenjači dizajnirani za upotrebu sa servo motorima u industrijskim primjenama često imaju specifikacije povratnog hoda u rasponu od 3 do 9 lučnih minuta.
Torzijska krutost je otpor uvijanju osovine motora, elemenata prijenosa i opterećenja kao odgovor na primjenu momenta. Beskonačno krut sustav prenosio bi moment na opterećenje bez kutnog otklona oko osi rotacije; međutim, čak će se i čvrsto čelično vratilo lagano uvijati pod velikim opterećenjem. Veličina otklona varira ovisno o primijenjenom momentu, materijalu elemenata prijenosa i njihovom obliku; intuitivno, dugi, tanki dijelovi će se više uvijati od kratkih, debelih. Taj otpor uvijanju je ono što pokreće spiralne opruge, jer komprimiranje opruge lagano uvija svaki zavoj žice; deblja žica stvara kruću oprugu. Sve manje od beskonačne torzijske krutosti uzrokuje da se sustav ponaša kao opruga, što znači da će se potencijalna energija pohraniti u sustavu dok se opterećenje opire rotaciji.
U kombinaciji, konačna torzijska krutost i povratni udar mogu značajno smanjiti performanse servo sustava. Povratni udar može unijeti nesigurnost, jer enkoder motora pokazuje položaj osovine motora, a ne gdje je povratni udar omogućio da se opterećenje smiri. Povratni udar također uvodi probleme s podešavanjem jer se opterećenje nakratko spaja i odvaja od motora kada opterećenje i motor obrnu relativni smjer. Osim povratnog udara, konačna torzijska krutost pohranjuje energiju pretvaranjem dijela kinetičke energije motora i opterećenja u potencijalnu energiju, oslobađajući je kasnije. Ovo odgođeno oslobađanje energije uzrokuje oscilacije opterećenja, inducira rezonanciju, smanjuje maksimalno iskoristive dobitke podešavanja i negativno utječe na odziv i vrijeme smirivanja servo sustava. U svim slučajevima, smanjenje povratnog udara i povećanje krutosti sustava povećat će performanse servo motora i pojednostaviti podešavanje.
Konfiguracije servomotora rotacijske osi
Najčešća konfiguracija rotacijske osi je rotacijski servomotor s ugrađenim enkoderom za povratnu informaciju o položaju i mjenjačem za usklađivanje dostupnog momenta i brzine motora s potrebnim momentom i brzinom opterećenja. Mjenjač je uređaj s konstantnom snagom koji je mehanički analog transformatora za usklađivanje opterećenja.
Poboljšana hardverska konfiguracija koristi rotacijski servomotor s izravnim pogonom, koji eliminira elemente prijenosa izravnim spajanjem opterećenja na motor. Dok konfiguracija motora s reduktorom koristi spojku na osovinu relativno malog promjera, sustav izravnog pogona pričvršćuje opterećenje izravno na mnogo veću prirubnicu rotora. Ova konfiguracija eliminira povratni udar i uvelike povećava torzijsku krutost. Veći broj polova i visoki moment namota motora s izravnim pogonom odgovaraju karakteristikama momenta i brzine motora s reduktorom s omjerom 10:1 ili većim.
Vrijeme objave: 12. studenog 2021.
