Direct Drive vs. Dişli Döner Servomotor: Tasarım Avantajının Bir Niceliği: Bölüm 1

Öğrenme Hedefleri

• Gerçek dünya döner servo sistemleri, teknik sınırlamalar nedeniyle ideal performanstan yok.
• Çeşitli döner servootor türleri kullanıcılar için fayda sağlayabilir, ancak her birinin belirli bir zorluğu veya sınırlaması vardır.
• Direct Drive Rotary Servomotors en iyi performansı sunar, ancak dişlilerden daha pahalıdır.

Onlarca yıldır, dişli servootorlar endüstriyel otomasyon araç kutusunda en yaygın araçlardan biri olmuştur. Dişli Sevromotors, konumlandırma, hız eşleştirme, elektronik kamış, sarma, germe, sıkma uygulamaları sunar ve bir servootorun gücünü yüke verimli bir şekilde eşleştirir. Bu şu soruyu gündeme getiriyor: Dişli bir servootor döner hareket teknolojisi için en iyi seçenek mi, yoksa daha iyi bir çözüm var mı?

Mükemmel bir dünyada, bir döner servo sisteminin uygulamaya uygun tork ve hız derecelendirmeleri olacaktır, böylece motor ne aşırı büyüklükte ne de düşük boyutta. Motor, iletim elemanları ve yük kombinasyonu sonsuz burulma sertliğine ve sıfır tepkiye sahip olmalıdır. Ne yazık ki, gerçek dünya rotary servo sistemleri, değişen dereceler için bu idealin altında kalıyor.

Tipik bir servo sisteminde, tepki, motor arasındaki hareket kaybı ve iletim elemanlarının mekanik toleranslarının neden olduğu yük olarak tanımlanır; Bu, dişli kutuları, kayışlar, zincirler ve kaplinler boyunca hareket kaybını içerir. Bir makine başlangıçta açıldığında, yük mekanik toleransların ortasında bir yerde yüzer (Şekil 1A).

Yükün kendisi motor tarafından hareket ettirilmeden önce, iletim elemanlarında bulunan tüm gevşekliği almak için motor dönmelidir (Şekil 1B). Motor bir hareketin sonunda yavaşlamaya başladığında, momentum yükü motor konumunun ötesine taşımadığı için yük konumu aslında motor konumunu geçebilir.

Motor, yavaşlatmak için yüke tork uygulamadan önce gevşekliği tekrar ters yönde almalıdır (Şekil 1C). Bu hareket kaybına geri tepme denir ve tipik olarak bir derecenin 1/60'ına eşit olan ARC dakika cinsinden ölçülür. Endüstriyel uygulamalarda servolarla kullanılmak üzere tasarlanmış dişli kutuları genellikle 3 ila 9 ark dakikası arasında değişen boşluk spesifikasyonlarına sahiptir.

Burulma sertliği, motor şaftının bükülmesine, iletim elemanlarına ve torkun uygulanmasına yanıt olarak yüke dirençtir. Sonsuz sert bir sistem, dönme ekseni hakkında açısal bir sapma olmadan yüke tork iletir; Bununla birlikte, katı bir çelik şaft bile ağır yük altında hafifçe bükecektir. Sapmanın büyüklüğü uygulanan tork, iletim elemanlarının malzemesi ve bunların şekline göre değişir; Sezgisel olarak, uzun, ince parçalar kısa, şişman olanlardan daha fazla bükecektir. Bükülmeye karşı bu direnç, bobin yaylarını çalıştıran şeydir, çünkü yayın sıkıştırılması telin her dönüşünü hafifçe bükülür; Daha şişman tel daha sert bir yay yapar. Sonsuz burulma sertliğinden daha az bir şey, sistemin yay gibi davranmasına neden olur, yani yük dönüşe direnirken potansiyel enerji sistemde saklanacaktır.

Birlikte birleştirildiğinde, sonlu burulma sertliği ve tepkisi bir servo sisteminin performansını önemli ölçüde bozabilir. Motor kodlayıcı, tepenin yükün yerleşmesine izin verdiği yerlerde değil, motorun şaftının konumunu gösterdiğinden, geri tepme belirsizlik getirebilir. Backlas ayrıca, yük ve motordan nispeten yönü tersine çevirdiğinde, yük çiftleri ve motordan dağılımlar olarak ayarlama sorunlarını da sunar. Tepkeye ek olarak, sonlu burulma sertliği, motorun kinetik enerjisinin bir kısmını dönüştürerek ve daha sonra serbest bırakarak potansiyel enerjiye yükleyerek enerji depolar. Bu gecikmiş enerji salımı, yük salınımına neden olur, rezonansı indükler, maksimum kullanılabilir ayar kazanımlarını azaltır ve servo sisteminin yanıt verebilirliğini ve yerleşim süresini olumsuz yönde etkiler. Her durumda, tepkiyi azaltmak ve bir sistemin sertliğini arttırmak servo performansını artıracak ve ayarlamayı basitleştirecektir.

Döner eksen servootor konfigürasyonları

En yaygın döner eksen konfigürasyonu, konum geri bildirimi için yerleşik bir kodlayıcıya ve motorun mevcut tork ve hızını yükün gerekli torkuna ve hızına eşleştirecek bir şanzıman olan bir döner servootordur. Şanzıman, yük eşleştirme için bir transformatörün mekanik analogu olan sabit bir güç cihazıdır.

Geliştirilmiş bir donanım yapılandırması, yükü doğrudan motora bağlayarak iletim elemanlarını ortadan kaldıran doğrudan tahrikli bir döner servootor kullanır. Gearmotor konfigürasyonu, nispeten küçük çaplı bir şaft için bir bağlantı kullanırken, doğrudan tahrik sistemi yükü doğrudan çok daha büyük bir rotor flanşına cıvatallar. Bu konfigürasyon tepkiyi ortadan kaldırır ve burulma sertliğini büyük ölçüde artırır. Doğrudan tahrik motorlarının daha yüksek kutup sayısı ve yüksek tork sargıları, bir dişlinin tork ve hız özelliklerini 10: 1 veya daha yüksek bir oranla eşleştirir.