Тікелей жетек және тісті беріліспен басқарылатын айналмалы сервомотор: Дизайн артықшылығын сандық бағалау: 1-бөлім

Оқу мақсаттары

• Нақты әлемдегі айналмалы серво жүйелер техникалық шектеулерге байланысты идеалды өнімділікке жетпейді.
• Айналмалы сервомоторлардың бірнеше түрі пайдаланушыларға пайда әкелуі мүмкін, бірақ олардың әрқайсысының өзіндік қиындығы немесе шектеуі бар.
• Тікелей жетекпен жұмыс істейтін айналмалы сервомоторлар ең жақсы өнімділікті ұсынады, бірақ олар беріліс қозғалтқыштарына қарағанда қымбатырақ.

Ондаған жылдар бойы тісті сервомоторлар өнеркәсіптік автоматтандыру құралдар жинағындағы ең көп таралған құралдардың бірі болып келді. Тісті севомоторлар позициялауды, жылдамдықты сәйкестендіруді, электронды камераны орнатуды, орау, керу, қатайту қолданбаларын ұсынады және сервомотордың қуатын жүктемеге тиімді түрде сәйкестендіреді. Бұл сұрақ туғызады: тісті сервомотор айналмалы қозғалыс технологиясы үшін ең жақсы нұсқа ма, әлде одан жақсы шешім бар ма?

Идеал әлемде айналмалы сервожүйе қолданысқа сәйкес келетін момент пен жылдамдық көрсеткіштеріне ие болады, сондықтан қозғалтқыш үлкен немесе кіші емес. Қозғалтқыштың, беріліс элементтерінің және жүктеменің тіркесімі шексіз бұралу қаттылығына және нөлдік кері соққыға ие болуы керек. Өкінішке орай, нақты әлемдегі айналмалы сервожүйелер әртүрлі дәрежеде бұл идеалға сәйкес келмейді.

Әдеттегі сервожүйеде кері соққы беріліс элементтерінің механикалық төзімділіктерінен туындаған қозғалтқыш пен жүктеме арасындағы қозғалыстың жоғалуы ретінде анықталады; бұған беріліс қораптары, белдіктер, шынжырлар және муфталар бойынша кез келген қозғалыстың жоғалуы кіреді. Машина алғаш қосылған кезде, жүктеме механикалық төзімділіктердің ортасында қалқып жүреді (1А сурет).

Жүктің өзі қозғалтқышпен қозғалмас бұрын, қозғалтқыш беріліс қорабының элементтеріндегі барлық бос орынды алу үшін айналуы керек (1B сурет). Қозғалыс соңында қозғалтқыш баяулай бастағанда, импульс жүктемені қозғалтқыш позициясынан тыс көтерген кезде, жүктеме позициясы қозғалтқыш позициясын басып озуы мүмкін.

Қозғалтқыш жүктемені баяулату үшін айналу моментін қолданбас бұрын, кері бағыттағы босаңсуды қайтадан алуы керек (1C сурет). Қозғалыстың бұл жоғалуы кері соққы деп аталады және әдетте градустың 1/60 бөлігіне тең доға-минутпен өлшенеді. Өнеркәсіптік қолданыстарда серволармен пайдалануға арналған беріліс қораптарының кері соққы сипаттамалары көбінесе 3-тен 9 доға-минутқа дейін болады.

Бұралу қаттылығы - қозғалтқыш білігінің, беріліс қорабы элементтерінің және жүктеменің айналу моментінің қолданылуына жауап ретінде бұралуына төзімділік. Шексіз қатты жүйе айналу осі бойынша бұрыштық ауытқусыз айналу моментін жүкке береді; дегенмен, тіпті қатты болат білік те ауыр жүктеме кезінде аздап бұралып қалады. Ауытқу шамасы қолданылатын айналу моментіне, беріліс қорабы элементтерінің материалына және олардың пішініне байланысты өзгереді; интуитивті түрде, ұзын, жіңішке бөліктер қысқа, қалың бөліктерге қарағанда көбірек бұралып қалады. Бұралуға төзімділіктің арқасында катушка серіппелері жұмыс істейді, себебі серіппені қысу сымның әр айналымын аздап бұрайды; қалың сым қаттырақ серіппе жасайды. Шексіз бұралу қаттылығынан аз кез келген нәрсе жүйенің серіппе ретінде әрекет етуіне әкеледі, яғни жүктеме айналуға қарсы тұрғанда жүйеде потенциалдық энергия сақталады.

Біріктірілген кезде, шектеулі бұралу қаттылығы мен кері соққы сервожүйенің өнімділігін айтарлықтай төмендетуі мүмкін. Кері соққы белгісіздік тудыруы мүмкін, себебі қозғалтқыш кодтаушысы кері соққы жүктеменің орнын емес, қозғалтқыш білігінің орнын көрсетеді. Кері соққы сонымен қатар жүктеме мен қозғалтқыш салыстырмалы бағытты өзгерткен кезде жүктеме қозғалтқыштан қысқа уақытқа жұптасып және ажыратылған кезде реттеу мәселелерін тудырады. Кері соққыдан басқа, шектеулі бұралу қаттылығы қозғалтқыш пен жүктеменің кинетикалық энергиясының бір бөлігін потенциалдық энергияға айналдыру арқылы энергияны сақтайды, оны кейінірек босатады. Бұл кешіктірілген энергия босатылуы жүктеме тербелісін тудырады, резонансты тудырады, максималды пайдалануға болатын реттеу пайдасын азайтады және сервожүйенің жауап беру қабілеті мен орнығу уақытына кері әсер етеді. Барлық жағдайларда кері соққыны азайту және жүйенің қаттылығын арттыру сервоның өнімділігін арттырады және реттеуді жеңілдетеді.

Айналмалы осьті сервомотор конфигурациялары

Айналмалы осьтің ең көп таралған конфигурациясы - позициялық кері байланыс үшін кіріктірілген кодтағышы және қозғалтқыштың қолжетімді моменті мен жылдамдығын қажетті момент пен жүктеме жылдамдығына сәйкестендіру үшін беріліс қорабы бар айналмалы сервомотор. Беріліс қорабы - жүктемені сәйкестендіруге арналған трансформатордың механикалық аналогы болып табылатын тұрақты қуат құрылғысы.

Жақсартылған аппараттық конфигурацияда тікелей жетек айналмалы сервомотор қолданылады, ол жүктемені қозғалтқышқа тікелей қосу арқылы беріліс элементтерін жояды. Беріліс қозғалтқышының конфигурациясы салыстырмалы түрде кішкентай диаметрлі білікке муфтаны пайдаланса, тікелей жетек жүйесі жүктемені әлдеқайда үлкен ротор фланеціне тікелей бекітеді. Бұл конфигурация кері соққыны жояды және бұралу қаттылығын айтарлықтай арттырады. Тікелей жетек қозғалтқыштарының жоғары полюстер саны және жоғары момент орамалары беріліс қозғалтқышының момент және жылдамдық сипаттамаларына 10:1 немесе одан жоғары қатынасымен сәйкес келеді.