Rekta transmisio kontraŭ rotacia servomotoro kun rapidumŝanĝilo: Kvantigo de dezajna avantaĝo: Parto 1

Lernado-Celoj

• Realmondaj rotaciantaj servosistemoj ne atingas la idealan rendimenton pro teknikaj limigoj.
• Pluraj tipoj de rotaciantaj servomotoroj povas provizi avantaĝojn por uzantoj, sed ĉiu havas specifan defion aŭ limigon.
• Rekta-transmisiaj rotaciantaj servomotoroj ofertas la plej bonan rendimenton, sed ili estas pli multekostaj ol ilarmotoroj.

Dum jardekoj, ilarhavaj servomotoroj estis unu el la plej oftaj iloj en la ilaro de industria aŭtomatigo. Ilarhavaj servomotoroj ofertas aplikojn por poziciigado, rapido-akordigo, elektronika kadrado, volvado, streĉado, streĉado kaj efike adaptigas la potencon de servomotoro al la ŝarĝo. Tio levas la demandon: ĉu ilarhavaj servomotoroj estas la plej bona elekto por rotacia movteknologio, aŭ ĉu ekzistas pli bona solvo?

En perfekta mondo, rotacia servosistemo havus tordmomanton kaj rapidon, kiuj kongruas kun la apliko, do la motoro ne estas nek tro granda nek tro malgranda. La kombinaĵo de motoro, transmisiaj elementoj kaj ŝarĝo devus havi senfinan tordan rigidecon kaj nulan kontraŭreagon. Bedaŭrinde, realmondaj rotaciaj servosistemoj ne atingas ĉi tiun idealon je diversaj gradoj.

En tipa servosistemo, kontraŭreago estas difinita kiel la perdo de moviĝo inter la motoro kaj la ŝarĝo kaŭzita de la mekanikaj tolerancoj de la transmisiaj elementoj; tio inkluzivas ajnan moviĝperdon tra rapidumujoj, rimenoj, ĉenoj kaj kupladoj. Kiam maŝino estas komence ŝaltita, la ŝarĝo flosos ie meze de la mekanikaj tolerancoj (Figuro 1A).

Antaŭ ol la ŝarĝo mem povas esti movita de la motoro, la motoro devas rotacii por forigi ĉian malstreĉon ekzistantan en la transmisiaj elementoj (Figuro 1B). Kiam la motoro komencas malakceliĝi ĉe la fino de movo, la ŝarĝpozicio povas fakte superi la motorpozicion, ĉar la movokvanto portas la ŝarĝon preter la motorpozicion.

La motoro devas denove preni la malstreĉon en la kontraŭa direkto antaŭ ol apliki tordmomanton al la ŝarĝo por malakceli ĝin (Figuro 1C). Ĉi tiu perdo de moviĝo nomiĝas kontraŭreago, kaj estas tipe mezurata en arkminutoj, egalaj al 1/60-ono de grado. Rapidumujoj desegnitaj por uzo kun servomotoroj en industriaj aplikoj ofte havas kontraŭreagajn specifojn intervalantajn de 3 ĝis 9 arkminutoj.

Torda rigideco estas la rezisto al tordado de la motorŝafto, transmisiaj elementoj, kaj la ŝarĝo en respondo al la apliko de tordmomanto. Senfine rigida sistemo transdonus tordmomanton al la ŝarĝo sen angula dekliniĝo ĉirkaŭ la rotacia akso; tamen, eĉ solida ŝtala ŝafto tordiĝos iomete sub peza ŝarĝo. La grandeco de dekliniĝo varias laŭ la aplikata tordmomanto, la materialo de la transmisiaj elementoj, kaj ilia formo; intuicie, longaj, maldikaj partoj tordiĝos pli ol mallongaj, dikaj. Ĉi tiu rezisto al tordado estas tio, kio igas spiralrisortojn funkcii, ĉar kunpremado de la risorto iomete tordas ĉiun turnon de la drato; pli dika drato faras pli rigidan risorton. Io ajn malpli ol senfina torda rigideco igas la sistemon agi kiel risorto, kio signifas, ke potenciala energio estos stokita en la sistemo dum la ŝarĝo rezistas rotacion.

Kiam kombinite, finia torda rigideco kaj kontraŭreago povas signife degradi la rendimenton de servosistemo. Kontraŭreago povas enkonduki necertecon, ĉar la motorkodigilo indikas la pozicion de la ŝafto de la motoro, ne kie la kontraŭreago permesis al la ŝarĝo trankviliĝi. Kontraŭreago ankaŭ enkondukas problemojn pri agordado, ĉar la ŝarĝo kupliĝas kaj malkupliĝas de la motoro nelonge kiam la ŝarĝo kaj motoro inversigas relativan direkton. Aldone al kontraŭreago, finia torda rigideco stokas energion konvertante iom da kineta energio de la motoro kaj ŝarĝo en potencialan energion, liberigante ĝin poste. Ĉi tiu malfrua energiliberigo kaŭzas ŝarĝosciladon, induktas resonancon, reduktas maksimumajn uzeblajn agordajn gajnojn kaj negative influas la respondemon kaj trankviliĝan tempon de la servosistemo. En ĉiuj kazoj, redukti kontraŭreagon kaj pliigi la rigidecon de sistemo pliigos la servorendimenton kaj simpligos la agordadon.

Konfiguracioj de rotacia akso de servomotoroj

La plej ofta konfiguracio de rotacia akso estas rotacia servomotoro kun enkonstruita kodigilo por pozicia retrosciigo kaj rapidumskatolo por adapti la disponeblan tordmomanton kaj rapidon de la motoro al la bezonata tordmomanto kaj rapido de la ŝarĝo. La rapidumskatolo estas konstanta potenca aparato, kiu estas la mekanika analogo de transformilo por ŝarĝadaptigo.

Plibonigita aparatara konfiguracio uzas rektan transmisian rotacian servomotoron, kiu forigas la transmisiajn elementojn per rekta kuplado de la ŝarĝo al la motoro. Dum la ilarmotora konfiguracio uzas kupladon al relative malgranddiametra ŝafto, la rekta transmisia sistemo boltas la ŝarĝon rekte al multe pli granda rotora flanĝo. Ĉi tiu konfiguracio forigas kontraŭreagon kaj multe pliigas torsian rigidecon. La pli alta polusnombro kaj altaj tordmomantaj volvaĵoj de rektaj transmisiaj motoroj kongruas kun la tordmomantaj kaj rapidaj karakterizaĵoj de ilarmotoro kun rilatumo de 10:1 aŭ pli alta.