Тікелей жетек және тісті айналмалы сервомотор: Дизайн артықшылығының сандық көрсеткіші: 1-бөлім

Оқу мақсаттары

• Нақты әлемдегі айналмалы серво жүйелер техникалық шектеулерге байланысты тамаша өнімділікке жетпейді.
• Айналмалы сервомоторлардың бірнеше түрі пайдаланушылар үшін артықшылықтарды қамтамасыз ете алады, бірақ олардың әрқайсысында белгілі бір қиындықтар немесе шектеулер бар.
• Тікелей жетекті айналмалы сервомоторлар ең жақсы өнімділікті ұсынады, бірақ олар редукторларға қарағанда қымбатырақ.

Ондаған жылдар бойы редукторлы сервомоторлар өнеркәсіптік автоматтандыру құралдарындағы ең көп таралған құралдардың бірі болды. Тісті қозғалтқыштар орналасуды, жылдамдықты сәйкестендіруді, электронды камераны, орауды, созуды, қатайтуды ұсынады және сервомотордың қуатын жүктемеге тиімді сәйкестендіруді ұсынады. Бұл сұрақ туындайды: редукторлы сервомотор айналмалы қозғалыс технологиясы үшін ең жақсы нұсқа ма, әлде жақсы шешім бар ма?

Кемелді әлемде айналмалы сервожүйе қолданбаға сәйкес келетін крутящий және жылдамдық көрсеткіштеріне ие болады, сондықтан қозғалтқыш шамадан тыс немесе аз өлшемді болмайды. Қозғалтқыштың, беріліс қорабының элементтері мен жүктеменің комбинациясы шексіз бұралу қаттылығына және нөлдік кері соққыға ие болуы керек. Өкінішке орай, нақты әлемдегі айналмалы сервожүйелер әртүрлі дәрежеде осы идеалға жетпейді.

Типтік сервожүйеде кері соққы қозғалтқыш пен беріліс элементтерінің механикалық төзімділіктерінен туындаған жүктеме арасындағы қозғалыстың жоғалуы ретінде анықталады; бұған редукторлар, белдіктер, шынжырлар және муфталардағы кез келген қозғалыс жоғалуы кіреді. Машинаны алғаш қосқанда, жүк механикалық рұқсаттардың ортасында қалқып қалады (1А-сурет).

Қозғалтқыш жүктің өзін жылжытпас бұрын, беріліс қорабының элементтеріндегі барлық бос жерлерді алу үшін қозғалтқыш айналуы керек (1В-сурет). Қозғалтқыш қозғалыстың соңында баяулай бастағанда, жүк позициясы шын мәнінде қозғалтқыш күйін басып озуы мүмкін, өйткені импульс жүктемені қозғалтқыш күйінен асып түседі.

Қозғалтқыш жүктемені баяулату үшін оған айналдыру моментін қолданбас бұрын, кері бағытта қайтадан босаңсуды алуы керек (1С-сурет). Бұл қозғалыстың жоғалуы кері соққы деп аталады және әдетте доғалық минуттармен өлшенеді, градустың 1/60 бөлігіне тең. Өнеркәсіптік қолданбаларда серволармен пайдалануға арналған беріліс қораптары жиі 3-тен 9 доғалық минутқа дейінгі кері соққының сипаттамаларына ие.

Бұралу қаттылығы – қозғалтқыш білігінің, беріліс қорабының элементтерінің және айналу моментінің әсерінен жүктеменің бұралуына қарсылық. Шексіз қатты жүйе айналу осіне қатысты бұрыштық ауытқусыз жүктеме моментін жібереді; дегенмен, тіпті қатты болат білік ауыр жүктеме кезінде аздап бұрылады. Ауысу шамасы қолданылатын моментке, трансмиссия элементтерінің материалына және олардың пішініне байланысты өзгереді; интуитивті түрде ұзын, жіңішке бөліктер қысқа, майлы бөліктерге қарағанда көбірек бұралатын болады. Бұл бұралуға қарсылық орамды серіппелердің жұмыс істеуін қамтамасыз етеді, өйткені серіппені қысу сымның әр айналымын аздап бұрады; майлы сым қаттырақ серіппе жасайды. Шексіз бұралу қаттылығынан аз кез келген нәрсе жүйенің серіппе ретінде әрекет етуін тудырады, яғни жүк айналуға қарсы тұрғандықтан жүйеде потенциалдық энергия сақталады.

Біріктірілген кезде, шекті бұралу қаттылығы мен кері соққы сервожүйенің жұмысын айтарлықтай нашарлатуы мүмкін. Кері соққы белгісіздікті тудыруы мүмкін, өйткені қозғалтқыш кодері кері соққы жүктемені орналастыруға мүмкіндік берген жерді емес, қозғалтқыш білігінің орнын көрсетеді. Кері соққы сонымен қатар жүк пен қозғалтқыш салыстырмалы бағытты өзгерткен кезде жүк жұптары және қозғалтқыштан қысқа уақытқа ажыратылатын кезде баптау мәселелерін енгізеді. Кері соққыдан басқа, ақырғы бұралу қаттылығы қозғалтқыштың және жүктің кинетикалық энергиясының бір бөлігін потенциалдық энергияға түрлендіру арқылы энергияны сақтайды, оны кейінірек босатады. Бұл кешіктірілген энергияның бөлінуі жүктеме тербелісін тудырады, резонанс тудырады, максималды пайдалануға болатын баптау ұтысын азайтады және сервожүйенің жауап беру қабілеті мен реттеу уақытына теріс әсер етеді. Барлық жағдайларда кері әсерді азайту және жүйенің қаттылығын арттыру серво өнімділігін арттырады және реттеуді жеңілдетеді.

Айналмалы осьтің сервомотор конфигурациялары

Айналмалы осьтің ең көп тараған конфигурациясы позицияға кері байланыс орнатуға арналған кірістірілген кодтары бар айналмалы сервомотор болып табылады және қозғалтқыштың қол жетімді моменті мен жылдамдығын жүктің қажетті моменті мен жылдамдығына сәйкестендіру үшін беріліс қорабы. Беріліс қорабы - жүктемені сәйкестендіруге арналған трансформатордың механикалық аналогы болып табылатын тұрақты қуат құрылғысы.

Жақсартылған жабдық конфигурациясы тікелей жетек айналмалы сервомоторды пайдаланады, ол жүктемені қозғалтқышқа тікелей қосу арқылы трансмиссия элементтерін жояды. Редуктор конфигурациясы салыстырмалы түрде кіші диаметрлі білікке муфтаны пайдаланса, тікелей жетек жүйесі жүктемені тікелей әлдеқайда үлкен ротор фланеціне бұрады. Бұл конфигурация кері соққыны жояды және бұралу қаттылығын айтарлықтай арттырады. Тікелей жетектегі қозғалтқыштардың жоғары полюстері мен жоғары айналу моменті орамдары 10:1 немесе одан жоғары қатынасы бар редуктор қозғалтқышының айналу моменті мен жылдамдық сипаттамаларына сәйкес келеді.