Un servomotore à ingranaggi pò esse utile per a tecnulugia di u muvimentu rotativu, ma ci sò sfide è limitazioni chì l'utilizatori devenu esse cuscenti.
Di: Dakota Miller è Bryan Knight
Obiettivi d'apprendimentu
- I sistemi di servo rotativi di u mondu reale ùn riescenu micca à ghjunghje à e prestazioni ideali per via di limitazioni tecniche.
- Parechji tipi di servomotori rotativi ponu furnisce vantaghji per l'utilizatori, ma ognunu hà una sfida o una limitazione specifica.
- I servomotori rotativi à trasmissione diretta offrenu e migliori prestazioni, ma sò più cari cà i motoriduttori.
Per decennii, i servomotori à ingranaggi sò stati unu di l'arnesi più cumuni in a cassetta di strumenti di l'automatizazione industriale. I servomotori à ingranaggi offrenu applicazioni di pusizionamentu, adattamentu di velocità, camma elettronica, avvolgimentu, tensione, serraggio è adattanu in modu efficiente a putenza di un servomotore à u caricu. Questu face nasce a quistione: un servomotore à ingranaggi hè a megliu opzione per a tecnulugia di u muvimentu rotativu, o ci hè una suluzione megliu?
In un mondu perfettu, un sistema di servo rotativu averebbe valutazioni di coppia è velocità chì currispondenu à l'applicazione, in modu chì u mutore ùn sia nè sovradimensionatu nè sottodimensionatu. A cumbinazione di mutore, elementi di trasmissione è carica deve avè una rigidità torsionale infinita è un ghjocu zero. Sfurtunatamente, i sistemi di servo rotativi di u mondu reale ùn ghjunghjenu micca à questu ideale à diversi gradi.
In un sistema servo tipicu, u ghjocu hè definitu cum'è a perdita di muvimentu trà u mutore è u caricu causata da e tolleranze meccaniche di l'elementi di trasmissione; questu include qualsiasi perdita di muvimentu in e scatule di cambiu, e cinghie, e catene è i giunti. Quandu una macchina hè inizialmente accesa, u caricu fluttuarà in qualchì locu in mezu à e tolleranze meccaniche (Figura 1A).
Prima chì u caricu stessu possi esse spustatu da u mutore, u mutore deve girà per ripiglià tuttu u ghjocu esistente in l'elementi di trasmissione (Figura 1B). Quandu u mutore cumencia à decelerà à a fine di un muvimentu, a pusizione di u caricu pò in realtà superà a pusizione di u mutore mentre u momentum porta u caricu oltre a pusizione di u mutore.
U mutore deve di novu ripiglià u ghjocu in a direzzione opposta prima di applicà a coppia à u caricu per decelerà lu (Figura 1C). Sta perdita di muvimentu hè chjamata ghjocu, è hè tipicamente misurata in minuti d'arcu, uguali à 1/60 di gradu. I riduttori cuncepiti per l'usu cù servi in applicazioni industriali anu spessu specifiche di ghjocu chì varianu da 3 à 9 minuti d'arcu.
A rigidità torsionale hè a resistenza à a torsione di l'arburu di u mutore, di l'elementi di trasmissione è di u caricu in risposta à l'applicazione di a coppia. Un sistema infinitamente rigidu trasmetterebbe a coppia à u caricu senza deflessione angulare intornu à l'asse di rotazione; tuttavia, ancu un arburu d'acciaio solidu si torcerà ligeramente sottu à un caricu pesante. A magnitudine di a deflessione varia secondu a coppia applicata, u materiale di l'elementi di trasmissione è a so forma; intuitivamente, e parti lunghe è sottili si torceranu di più chè quelle corte è grosse. Questa resistenza à a torsione hè ciò chì face funziunà e molle elicoidali, postu chì a cumpressione di a molla torce ligeramente ogni giru di u filu; un filu più grossu rende una molla più rigida. Tuttu ciò chì hè menu di una rigidità torsionale infinita face chì u sistema agisca cum'è una molla, ciò chì significa chì l'energia potenziale serà immagazzinata in u sistema mentre u caricu resiste à a rotazione.
Quandu sò cumminati inseme, a rigidità torsionale finita è u ghjocu ponu degradà significativamente e prestazioni di un sistema servo. U ghjocu pò introduce incertezza, postu chì l'encoder di u mutore indica a pusizione di l'alberu di u mutore, micca induve u ghjocu hà permessu à u caricu di stabilizzassi. U ghjocu introduce ancu prublemi di sintonizazione postu chì u caricu si accoppia è si disaccoppia da u mutore brevemente quandu u caricu è u mutore invertenu a direzzione relativa. Oltre à u ghjocu, a rigidità torsionale finita immagazzina energia cunvertendu una parte di l'energia cinetica di u mutore è di u caricu in energia potenziale, liberendula dopu. Questa liberazione ritardata di energia provoca oscillazione di u caricu, induce risonanza, riduce i guadagni massimi utilizabili di sintonizazione è hà un impattu negativu nantu à a reattività è u tempu di stabilizazione di u sistema servo. In tutti i casi, riduce u ghjocu è aumentà a rigidità di un sistema aumenterà e prestazioni di i servo è simplificerà a sintonizazione.
Configurazioni di i servomotori di l'asse rotativu
A cunfigurazione di l'asse rotativu più cumuna hè un servomotore rotativu cù un encoder integratu per u feedback di pusizione è una scatula di cambiu per adattà a coppia è a velocità dispunibili di u mutore à a coppia è a velocità richieste di u caricu. A scatula di cambiu hè un dispositivu di putenza costante chì hè l'analogu meccanicu di un trasformatore per l'adattazione di u caricu.
Una cunfigurazione hardware migliorata usa un servomotore rotativu à trasmissione diretta, chì elimina l'elementi di trasmissione accoppiandu direttamente u caricu à u mutore. Mentre chì a cunfigurazione di u motoriduttore usa un accoppiamentu à un alberu di diametru relativamente chjucu, u sistema di trasmissione diretta imbullona u caricu direttamente à una flangia di rotore assai più grande. Sta cunfigurazione elimina u ghjocu è aumenta assai a rigidità torsionale. U più altu numeru di poli è l'avvolgimenti di coppia elevata di i motori à trasmissione diretta currispondenu à e caratteristiche di coppia è velocità di un motoriduttore cù un rapportu di 10:1 o superiore.
Data di publicazione: 12 di nuvembre di u 2021
