Servomotore rotativu à trasmissione diretta versus servomotore rotativu: Una quantificazione di u vantaghju di u disignu: Parte 1

Ugettivi di apprendimentu

• I sistemi servo rotativi di u mondu reale ùn anu micca u rendiment ideale per via di limitazioni tecniche.
• Diversi tipi di servomotori rotatori ponu furnisce benefici per l'utilizatori, ma ognunu hà una sfida o limitazione specifica.
• I servomotori rotativi di trasmissione diretta offrenu u megliu rendimentu, ma sò più caru cà i motoriduttori.

Dapoi decennii, i servomotori ad ingranaggi sò stati unu di l'arnesi più cumuni in a scatula di l'automatizazione industriale. I sevromotors ingranaggi offrenu appiicazioni di posizionamentu, currispundenza di velocità, camming elettronicu, avvolgimentu, tensione, stringhjendu è abbinanu efficacemente a putenza di un servomotore à a carica. Questu pone a quistione: hè un servomotor geared a megliu opzione per a tecnulugia di movimentu rotativu, o ci hè una suluzione megliu?

In un mondu perfettu, un servo sistema rotativu averebbe valutazioni di torque è di velocità chì currispondenu à l'applicazione, cusì u mutore ùn hè nè più grande nè sottu. A cumminazzioni di u mutore, l'elementi di trasmissione è a carica duveranu avè una rigidità torsionale infinita è un backlash zero. Sfurtunatamente, i sistemi servo rotatori di u mondu reale ùn mancanu di questu ideale à varii gradi.

In un servo sistema tipicu, u backlash hè definitu cum'è a perdita di u muvimentu trà u mutore è a carica causata da e tolleranza meccanica di l'elementi di trasmissione; questu include ogni perdita di muvimentu in scatuli di trasmissione, cinture, catene è accoppiamenti. Quandu una macchina hè inizialmente alimentata, a carica flutterà in un locu à mezu à e tolleranze meccaniche (Figura 1A).

Prima chì a carica stessa pò esse spustata da u mutore, u mutore deve rotà per ripiglià tutti i slack esistenti in l'elementi di trasmissione (Figura 1B). Quandu u mutore accumincia a rallentà à a fine di un muvimentu, a pusizione di carica pò veramente superà a pusizione di u mutore postu chì u momentu porta a carica oltre a pusizione di u mutore.

U mutore deve ripiglià u slack in a direzzione opposta prima di applicà torque à a carica per rallentà (Figura 1C). Sta perdita di u muvimentu hè chjamata backlash, è hè tipicamenti misurata in arc-minuti, uguali à 1/60th di un gradu. I gearbox designati per l'usu cù servos in applicazioni industriali sò spessu specificazioni di backlash chì varienu da 3 à 9 minuti d'arcu.

A rigidità torsionale hè a resistenza à a torsione di l'arbre di u mutore, l'elementi di trasmissione, è a carica in risposta à l'applicazione di torque. Un sistema infinitamente rigidu trasmette torque à a carica senza deviazione angulare annantu à l'assi di rotazione; in ogni modu, ancu un fustu d'acciaio solidu si torcerà ligeramente sottu a carica pesante. A magnitudine di deflection varieghja cù u torque applicatu, u materiale di l'elementi di trasmissione è a so forma; intuitivamente, i pezzi longhi è sottili si torceranu più di quelli corti, grassi. Questa resistenza à a torsione hè ciò chì face u travagliu di e surgenti di bobina, cum'è cumpressione di a primavera torce ogni volta di u filu ligeramente; un filu più grassu face una primavera più rigida. Qualunque cosa menu di rigidità torsionale infinita face chì u sistema agisce cum'è una molla, chì significa chì l'energia potenziale serà almacenata in u sistema cum'è a carica resiste à a rotazione.

Quandu sò cumminati inseme, a rigidità torsionale finita è u backlash ponu degradà significativamente a prestazione di un servosistema. U backlash pò intruduce incertezza, cum'è l'encoder di u mutore indica a pusizione di l'arburu di u mutore, micca induve u backlash hà permessu di stallà a carica. Backlash introduce ancu prublemi di sintonizazione cum'è a carica coppie è disaccoppia da u mutore brevemente quandu a carica è u mutore inversa a direzzione relativa. In più di u backlash, a rigidità torsionale finita almacena l'energia cunvertisce una parte di l'energia cinetica di u mutore è a carica in energia potenziale, liberandola più tardi. Questa liberazione di energia ritardata provoca l'oscillazione di a carica, induce a risonanza, riduce i guadagni massimi di sintonizzazioni utilizzabili è hà un impattu negativu in a reattività è u tempu di stabilimentu di u servosistema. In tutti i casi, riducendu u backlash è aumentendu a rigidità di un sistema aumenterà a prestazione di servo è simplificà a sintonizazione.

Configurazione di servomotori di l'assi rotanti

A cunfigurazione di l'assi rotativu più cumuna hè un servomotore rotativu cù un codificatore integratu per u feedback di a pusizione è una scatula di trasmissione per currisponde à u torque è a velocità di u mutore à u torque è a velocità di a carica necessaria. U gearbox hè un dispositivu di putenza constante chì hè l'analogicu meccanicu di un trasformatore per l'adattamentu di carica.

Una cunfigurazione hardware mejorata usa un servomotore rotativu direttu, chì elimina l'elementi di trasmissione, accoppiendu direttamente a carica à u mutore. Mentre chì a cunfigurazione di u motoriduttore usa un accoppiamentu à un arbre di diametru relativamente chjucu, u sistema di trasmissione diretta bolla a carica direttamente à una flangia di rotore assai più grande. Questa cunfigurazione elimina u backlash è aumenta assai a rigidità torsionale. U numeru di poli più altu è l'avvolgimentu di torque elevatu di i mutori di trasmissione diretta currispondenu à e caratteristiche di torque è di velocità di un motoriduttore cù un rapportu di 10: 1 o più altu.