En gearet servomotor kan være nyttig til roterende bevægelsesteknologi, men der er udfordringer og begrænsninger, som brugerne skal være opmærksomme på.
Af: Dakota Miller og Bryan Knight
Læringsmål
- Rotationsservosystemer i den virkelige verden mangler den ideelle ydelse på grund af tekniske begrænsninger.
- Flere typer roterende servomotorer kan give fordele for brugerne, men hver har en bestemt udfordring eller begrænsning.
- Direct Drive Rotary Servomotors tilbyder den bedste ydelse, men de er dyrere end GearMotors.
I årtier har gearede servomotorer været et af de mest almindelige værktøjer i den industrielle automatiseringsværktøjskasse. Geared Sevromotors tilbyder positionering, hastighedsmatching, elektronisk camming, vikling, spænding, stramning af applikationer og effektivt matcher en servomotors kraft til belastningen. Dette rejser spørgsmålet: Er en gearet servomotor den bedste mulighed for Rotary Motion Technology, eller er der en bedre løsning?
I en perfekt verden ville et roterende servosystem have drejningsmoment og hastighedsvurderinger, der matcher applikationen, så motoren hverken er overdreven eller under størrelse. Kombinationen af motor, transmissionselementer og belastning skal have uendelig torsionsstivhed og nul tilbageslag. Desværre kommer den virkelige verdens roterende servosystemer ikke under dette ideal i forskellige grader.
I et typisk servosystem defineres tilbageslag som tab af bevægelse mellem motoren og belastningen forårsaget af de mekaniske tolerancer i transmissionselementerne; Dette inkluderer ethvert bevægelsestab gennem gearkasser, bælter, kæder og koblinger. Når en maskine oprindeligt tændes, flyder belastningen et sted midt i de mekaniske tolerancer (figur 1A).
Inden selve belastningen kan flyttes af motoren, skal motoren rotere for at optage alle slap, der findes i transmissionselementerne (figur 1B). Når motoren begynder at decelerere i slutningen af en bevægelse, kan belastningspositionen faktisk overhale motorpositionen, da momentum bærer belastningen ud over motorpositionen.
Motoren skal igen tage slakken i den modsatte retning, før den påføres drejningsmoment på belastningen for at decelerere den (figur 1C). Dette bevægelsestab kaldes tilbageslag og måles typisk i bue-minuts, lig med 1/60. af en grad. Gearkasser designet til brug med servoer i industrielle applikationer har ofte tilbageslagsspecifikationer, der spænder fra 3 til 9 bue-minut.
Torsionsstivhed er modstanden mod drejning af motorakslen, transmissionselementerne og belastningen som respons på påføring af drejningsmoment. Et uendeligt stivt system overfører drejningsmomentet til belastningen uden vinkelafbøjning omkring rotationsaksen; Selv en fast stålaksel vil imidlertid vri lidt under tung belastning. Størrelsen af afbøjning varierer med det påførte drejningsmoment, materialet i transmissionselementerne og deres form; Intuitivt, lange, tynde dele vil vri mere end korte, fede. Denne modstand mod vridning er det, der får spiralfjedre til at fungere, da komprimering af fjedervridning hver drejning lidt; Fatter ledning gør en stivere fjeder. Noget mindre end uendelig torsionsstivhed får systemet til at fungere som en fjeder, hvilket betyder, at potentiel energi vil blive opbevaret i systemet, når belastningen modstår rotation.
Når det kombineres sammen, kan endelig torsionsstivhed og tilbageslag markant forringe ydelsen af et servosystem markant. Backlash kan indføre usikkerhed, da motorkoderen angiver placeringen af motorens skaft, ikke hvor tilbageslag har tilladt belastningen at slå sig ned. Backlash introducerer også tuningproblemer som belastningspar og afslapning fra motoren kort, når belastningen og den motoriske omvendte relative retning. Foruden tilbageslag lagrer endelig torsionsstivhed energi ved at konvertere noget af motorens kinetiske energi og belastes i potentiel energi, hvilket frigiver den senere. Denne forsinkede energifrigivelse forårsager belastningsoscillation, inducerer resonans, reducerer maksimale anvendelige indstillingsgevinster og påvirker respondering og afviklingstid for servosystemet negativt. I alle tilfælde vil reducere tilbageslag og øge stivheden af et system øge servo -ydelsen og forenkle tuning.
Rotary Axis Servomotor Configurations
Den mest almindelige rotationsakse-konfiguration er en roterende servomotor med en indbygget kode til positionsfeedback og en gearkasse, der matcher det tilgængelige drejningsmoment og hastigheden af motoren til det krævede drejningsmoment og hastigheden af belastningen. Gearkassen er en konstant effektindretning, der er den mekaniske analog af en transformer til belastningsmatching.
En forbedret hardwarekonfiguration bruger en direkte drev -roterende servomotor, der eliminerer transmissionselementerne ved direkte kobling af belastningen til motoren. Mens GearMotor -konfigurationen bruger en kobling til en relativt lille diameteraksel, styrker det direkte drevsystem belastningen direkte til en meget større rotorflange. Denne konfiguration eliminerer tilbageslag og øger torsionsstivhed i høj grad. Det højere stangtælling og det høje drejningsmomentviklinger af direkte drivmotorer matcher drejningsmomentet og hastighedskarakteristika for en gearmotor med et forhold på 10: 1 eller højere.
Posttid: Nov-12-2021
