Direktundriff vs. Getriebe-Rotatiounsservomotor: Eng Quantifizéierung vum Designvirdeel: Deel 1

Léierziler

• Real Rotatiounsservosystemer erfëllen wéinst techneschen Aschränkungen net déi ideal Leeschtung.
• Verschidden Aarte vu Rotatiounsservomotore kënne Virdeeler fir d'Benotzer bidden, awer all huet eng spezifesch Erausfuerderung oder Limitatioun.
• Direktundriff Rotatiounsservomotore bidden déi bescht Leeschtung, awer si si méi deier wéi Getriebemotore.

Zënter Joerzéngte sinn Getriebe-Servomotoren ee vun den heefegsten Tools an der industrieller Automatiséierungstoolbox. Getriebe-Sevromotoren bidden Uwendungen fir Positionéierung, Geschwindegkeetsanpassung, elektronesch Nockenwellen, Wicklungen, Spannung, Zéien a passen d'Leeschtung vun engem Servomotor effizient un d'Laascht un. Dëst werft d'Fro op: Ass e Getriebe-Servomotor déi bescht Optioun fir Rotatiounsbewegungstechnologie, oder gëtt et eng besser Léisung?

An enger perfekter Welt hätt e rotéierend Servosystem Drehmoment- a Geschwindegkeetsbewäertungen, déi der Uwendung entspriechen, sou datt de Motor weder iwwerdimensionéiert nach ze kleng ass. D'Kombinatioun vu Motor, Transmissiounselementer a Belaaschtung sollt onendlech Torsiounssteifheet an null Spill hunn. Leider erfëllen a Wierklechkeet rotéierend Servosystemer dëst Ideal a verschiddene Mooss net.

An engem typesche Servosystem gëtt Spillraum als de Verloscht vun der Bewegung tëscht dem Motor an der Laascht definéiert, deen duerch déi mechanesch Toleranzen vun den Transmissiounselementer verursaacht gëtt; dëst ëmfaasst all Bewegungsverloscht a Getrieber, Riemen, Ketten a Kupplungen. Wann eng Maschinn fir d'éischt ageschalt gëtt, schwëmmt d'Laascht iergendwou an der Mëtt vun de mechaneschen Toleranzen (Figur 1A).

Ier d'Laascht selwer vum Motor beweegt ka ginn, muss de Motor sech dréien, fir all Spillraum an den Transmissiounselementer opzehuelen (Figur 1B). Wann de Motor um Enn vun enger Bewegung ufänkt ofzebremsen, kann d'Laaschtpositioun d'Motorpositioun tatsächlech iwwerhuelen, well den Impuls d'Laascht iwwer d'Motorpositioun eraus dréit.

De Motor muss d'Spill nees an déi entgéintgesate Richtung iwwerhuelen, ier en en Dréimoment op d'Laascht uwende kann, fir se ofzebremsen (Figur 1C). Dëse Bewegungsverloscht gëtt Spill genannt a gëtt typescherweis a Bouminutten gemooss, gläich wéi 1/60stel vun engem Grad. Getrieber, déi fir de Gebrauch mat Servoen an industriellen Uwendungen entwéckelt goufen, hunn dacks Spillspezifizéierungen tëscht 3 an 9 Bouminutten.

Torsiounssteifheet ass de Widderstand géint Verdréiung vun der Motorwelle, den Transmissiounselementer an der Belaaschtung als Äntwert op d'Applikatioun vum Dréimoment. En onendlech steift System géif den Dréimoment op d'Laascht iwwerdroen, ouni datt d'Dréiungsachs sech wénkelméisseg ausdehnt; awer och eng massiv Stolwelle wäert sech ënner schwéierer Belaaschtung liicht verdréien. D'Gréisst vun der Ausdehnung variéiert jee no dem ugewandten Dréimoment, dem Material vun den Transmissiounselementer an hirer Form; intuitiv wäerten sech laang, dënn Deeler méi verdréien wéi kuerz, déck. Dëse Widderstand géint Verdréiung ass et, wat d'Spiralfedern funktionéiere léisst, well d'Kompriméiere vun der Feder all Windung vum Drot liicht verdréit; méi décke Drot mécht eng méi steif Feder. Alles manner wéi onendlech Torsiounssteifheet bewierkt, datt de System als Feder wierkt, dat heescht, datt potenziell Energie am System gespäichert gëtt, well d'Laascht sech der Rotatioun widdersetzt.

Wann se zesumme kombinéiert ginn, kënnen endlech Torsiounssteifegkeet a Spill d'Leeschtung vun engem Servosystem däitlech verschlechteren. Spill kann Onsécherheet mat sech bréngen, well de Motorencoder d'Positioun vun der Motorwelle ugeet, net wou de Spill et der Laascht erlaabt huet, sech ze stabiliséieren. Spill bréngt och Ofstëmmungsproblemer mat sech, well d'Laascht kuerz vum Motor koppelt an entkoppelt, wann d'Laascht an de Motor sech relativ ëmdréinen. Zousätzlech zum Spill späichert déi endlech Torsiounssteifegkeet Energie andeems se en Deel vun der kinetischer Energie vum Motor an der Laascht a potenziell Energie ëmwandelt a spéider fräisetzt. Dës verspéit Energiefräisetzung verursaacht Laaschtoszillatiounen, induzéiert Resonanz, reduzéiert maximal brauchbar Ofstëmmungsgewënn an beaflosst d'Reaktiounsfäegkeet an d'Reguléierungszäit vum Servosystem negativ. An alle Fäll wäert d'Reduzéierung vum Spill an d'Erhéijung vun der Steifheet vun engem System d'Servoleistung erhéijen an d'Ofstëmmung vereinfachen.

Konfiguratioune vum Servomotor fir d'Rotatiounsachs

Déi heefegst Konfiguratioun vun der Rotatiounsachs ass e Rotatiounsservomotor mat engem agebauten Encoder fir Positiounsréckmeldung an engem Getriebe fir dat verfügbar Dréimoment an d'Geschwindegkeet vum Motor un dat erfuerderlecht Dréimoment an d'Geschwindegkeet vun der Laascht unzepassen. D'Getriebe ass en Apparat mat konstanter Leeschtung, dat den mechaneschen Analogon vun engem Transformator fir d'Laaschtupassung ass.

Eng verbessert Hardwarekonfiguratioun benotzt e Rotatiounsservomotor mat Direktundriff, wat d'Transmissiounselementer eliminéiert andeems d'Laascht direkt mam Motor geknuppt gëtt. Wärend d'Getriebemotorkonfiguratioun eng Kupplung un eng Well mat relativ klengem Duerchmiesser benotzt, schraubt den Direktundriffssystem d'Laascht direkt un e vill méi grousse Rotorflansch. Dës Konfiguratioun eliminéiert Spill a erhéicht d'Torsiounssteifheet däitlech. Déi méi héich Polzuel an déi héich Dréimomentwicklunge vun Direktundriffsmotore passen zu den Dréimoment- a Geschwindegkeetseigenschaften vun engem Getriebemotor mat engem Verhältnis vun 10:1 oder méi héich.