Un servomotore incorporato può essere utile per la tecnologia del movimento rotante, ma ci sono sfide e limitazioni di cui gli utenti devono essere consapevoli.
Di: Dakota Miller e Bryan Knight
Obiettivi di apprendimento
- I sistemi servi rotanti nel mondo reale non sono all'altezza delle prestazioni ideali a causa delle limitazioni tecniche.
- Diversi tipi di servomotori rotanti possono fornire benefici agli utenti, ma ognuno ha una sfida o una limitazione specifica.
- I servomotori rotanti a guida diretta offrono le migliori prestazioni, ma sono più costosi di Gearmotors.
Per decenni, i servomotori orientati sono stati uno degli strumenti più comuni nella cassetta degli attrezzi di automazione industriale. I sevromotori ingranati offrono posizionamento, corrispondenza della velocità, macchiatura elettronica, avvolgimento, tensionamento, serraggio di applicazioni e corrispondono in modo efficiente alla potenza di un servomotore al carico. Questo solleva la domanda: è un servomotore marcato l'opzione migliore per la tecnologia del movimento rotante o esiste una soluzione migliore?
In un mondo perfetto, un servomotore rotante avrebbe una coppia e una velocità che corrisponde all'applicazione in modo che il motore non sia né sovradimensionato né sotto size. La combinazione di motore, elementi di trasmissione e carico dovrebbe avere una rigidità torsionale infinita e zero contraccolpo. Sfortunatamente, i sistemi servi rotanti nel mondo reale non sono all'altezza di questo ideale per vari gradi.
In un tipico sistema servo, il contraccolpo è definito come la perdita di movimento tra il motore e il carico causato dalle tolleranze meccaniche degli elementi di trasmissione; Ciò include qualsiasi perdita di movimento in cambio, cinture, catene e accoppiamenti. Quando una macchina è inizialmente accesa, il carico galleggerà da qualche parte nel mezzo delle tolleranze meccaniche (Figura 1A).
Prima che il carico stesso possa essere spostato dal motore, il motore deve ruotare per assorbire tutti i calci esistenti negli elementi di trasmissione (Figura 1B). Quando il motore inizia a rallentare all'estremità di una mossa, la posizione di carico può effettivamente superare la posizione del motore mentre lo slancio trasporta il carico oltre la posizione del motore.
Il motore deve riprendere il gioco nella direzione opposta prima di applicare la coppia al carico per decelerarlo (Figura 1C). Questa perdita di movimento è chiamata contraccolpo ed è in genere misurata nei minimi arco, pari a 1/60 di grado. I cambi progettati per l'uso con servi in applicazioni industriali hanno spesso specifiche di contraccolpo che vanno da 3 a 9 minuti.
La rigidità torsionale è la resistenza alla torsione dell'albero del motore, agli elementi di trasmissione e al carico in risposta all'applicazione della coppia. Un sistema infinitamente rigido avrebbe trasmesso la coppia al carico senza deflessione angolare attorno all'asse di rotazione; Tuttavia, anche un albero in acciaio solido si girerà leggermente sotto un carico pesante. L'entità della deflessione varia con la coppia applicata, il materiale degli elementi di trasmissione e la loro forma; Intuitivamente, parti lunghe e sottili si gireranno più che brevi e grassi. Questa resistenza alla torsione è ciò che fa funzionare le molle della bobina, poiché comprimendo le colpi di scena a molla ogni giro leggermente del filo; Il filo più grasso produce una molla più rigida. Nulla di meno della rigidità torsionale infinita fa sì che il sistema funga da primavera, il che significa che l'energia potenziale verrà immagazzinata nel sistema poiché il carico resiste alla rotazione.
Se combinati insieme, la rigidità torsionale finita e il contraccolpo possono degradare in modo significativo le prestazioni di un servo sistema. Il contraccolpo può introdurre incertezza, poiché l'encoder del motore indica la posizione dell'albero del motore, non in cui il contraccolpo ha permesso al carico di stabilire. Il contraccolpo introduce anche i problemi di accordatura come coppie di carico e disaccoppia brevemente dal motore quando il carico e il motore invertono la direzione relativa. Oltre al contraccolpo, la rigidità torsionale finita immagazzina energia convertendo parte dell'energia cinetica del motore e il carico in energia potenziale, rilasciandola in seguito. Questo rilascio di energia ritardato provoca oscillazione del carico, induce la risonanza, riduce i massimi guadagni utilizzabili e influisce negativamente sulla reattività e sul tempo di assistenza del servomo. In tutti i casi, ridurre il contraccolpo e aumentare la rigidità di un sistema aumenterà le prestazioni del servo e semplificherà la messa a punto.
Configurazioni servomotor dell'asse rotante
La configurazione dell'asse rotante più comune è un servomotore rotante con un encoder integrato per il feedback di posizione e un cambio per abbinare la coppia e la velocità disponibili del motore alla coppia e alla velocità richieste del carico. Il cambio è un dispositivo di alimentazione costante che è l'analogo meccanico di un trasformatore per la corrispondenza del carico.
Una configurazione hardware migliorata utilizza un servomotore rotante azionario diretto, che elimina gli elementi di trasmissione accoppiando direttamente il carico al motore. Mentre la configurazione del cambio utilizza un accoppiamento a un albero di diametro relativamente piccolo, il sistema di azionamento diretto colpisce il carico direttamente su una flangia del rotore molto più grande. Questa configurazione elimina il contraccolpo e aumenta notevolmente la rigidità torsionale. La conta dei poti più elevate e gli avvolgimenti di coppia elevati dei motori a trazione diretta corrispondono alle caratteristiche di coppia e velocità di un moto di cambio con un rapporto di 10: 1 o superiore.
Tempo post: novembre-12-2021
