Direct Drive vs Rotary Servomotor: Kuantifikasi Keuntungan Desain: Bagian 1

Tujuan pembelajaran

• Sistem servo rotary dunia nyata tidak memenuhi kinerja ideal karena keterbatasan teknis.
• Beberapa jenis servomotor rotary dapat memberikan manfaat bagi pengguna, tetapi masing -masing memiliki tantangan atau batasan khusus.
• Servomotor Rotary Drive Direct menawarkan kinerja terbaik, tetapi harganya lebih mahal daripada Gearmotors.

Selama beberapa dekade, servomotor yang diarahkan telah menjadi salah satu alat paling umum di kotak alat otomatisasi industri. Sevromotor yang diarahkan menawarkan penentuan posisi, pencocokan kecepatan, camming elektronik, belitan, penegangan, aplikasi pengetatan dan secara efisien mencocokkan daya servomotor dengan beban. Ini menimbulkan pertanyaan: Apakah servomotor yang diarahkan pilihan terbaik untuk teknologi gerak putar, atau apakah ada solusi yang lebih baik?

Di dunia yang sempurna, sistem servo rotary akan memiliki torsi dan peringkat kecepatan yang cocok dengan aplikasi sehingga motor tidak berukuran terlalu besar atau kurang. Kombinasi motor, elemen transmisi, dan beban harus memiliki kekakuan torsional yang tak terbatas dan nol reaksi. Sayangnya, sistem servo Rotary World Real gagal dari cita -cita ini ke berbagai tingkat.

Dalam sistem servo yang khas, reaksi didefinisikan sebagai hilangnya gerak antara motor dan beban yang disebabkan oleh toleransi mekanis dari elemen transmisi; Ini termasuk kehilangan gerak di seluruh gearbox, ikat pinggang, rantai, dan kopling. Ketika mesin awalnya dinyalakan, beban akan melayang di suatu tempat di tengah toleransi mekanik (Gambar 1A).

Sebelum beban itu sendiri dapat dipindahkan oleh motor, motor harus berputar untuk mengambil semua kendur yang ada di elemen transmisi (Gambar 1B). Ketika motor mulai melambat pada akhir gerakan, posisi beban sebenarnya mungkin menyusul posisi motor karena momentum membawa beban di luar posisi motor.

Motor harus lagi mengambil kendur ke arah yang berlawanan sebelum menerapkan torsi ke beban untuk melambatnya (Gambar 1C). Kehilangan gerak ini disebut reaksi, dan biasanya diukur dalam menit busur, sama dengan 1/60 derajat. Gearbox yang dirancang untuk digunakan dengan servos dalam aplikasi industri sering kali memiliki spesifikasi reaksi mulai dari 3 hingga 9 menit busur.

Kekakuan torsional adalah resistansi untuk memutar poros motor, elemen transmisi, dan beban sebagai respons terhadap penerapan torsi. Sistem kaku yang tak terbatas akan mentransmisikan torsi ke beban tanpa defleksi sudut tentang sumbu rotasi; Namun, bahkan poros baja padat akan sedikit berputar di bawah beban berat. Besarnya defleksi bervariasi dengan torsi yang diterapkan, bahan elemen transmisi, dan bentuknya; Bagian intuitif, panjang, tipis akan memelintir lebih dari pendek, gemuk. Resistensi terhadap memutar inilah yang membuat pegas koil bekerja, karena mengompresi pegas memutar setiap belokan kawat sedikit; Kawat gemuk membuat pegas yang lebih kaku. Apa pun yang kurang dari kekakuan torsional yang tak terbatas menyebabkan sistem bertindak sebagai pegas, yang berarti energi potensial akan disimpan dalam sistem karena beban menolak rotasi.

Ketika dikombinasikan bersama -sama, kekakuan torsional yang terbatas dan reaksi dapat secara signifikan menurunkan kinerja sistem servo. Backlash dapat memperkenalkan ketidakpastian, karena encoder motor menunjukkan posisi poros motor, bukan di mana reaksi telah memungkinkan beban untuk menyelesaikan. Reaksi juga memperkenalkan masalah tuning sebagai pasangan beban dan tidak kopel dari motor secara singkat ketika beban dan motor membalikkan arah relatif. Selain serangan balasan, kekakuan torsional yang terbatas menyimpan energi dengan mengubah sebagian energi kinetik motor dan memuat menjadi energi potensial, melepaskannya nanti. Pelepasan energi yang tertunda ini menyebabkan osilasi beban, menginduksi resonansi, mengurangi keuntungan tuning maksimum yang dapat digunakan dan berdampak negatif terhadap respon dan waktu penyelesaian sistem servo. Dalam semua kasus, mengurangi reaksi dan meningkatkan kekakuan suatu sistem akan meningkatkan kinerja servo dan menyederhanakan penyetelan.

Konfigurasi servomotor sumbu putar

Konfigurasi sumbu putar yang paling umum adalah servomotor putar dengan enkoder bawaan untuk umpan balik posisi dan gearbox agar sesuai dengan torsi dan kecepatan motor yang tersedia dengan torsi yang diperlukan dan kecepatan beban. Gearbox adalah perangkat daya konstan yang merupakan analog mekanis dari transformator untuk pencocokan beban.

Konfigurasi perangkat keras yang ditingkatkan menggunakan servomotor putar drive langsung, yang menghilangkan elemen transmisi dengan secara langsung menggabungkan beban ke motor. Sedangkan konfigurasi gearmotor menggunakan kopling ke poros berdiameter yang relatif kecil, sistem drive langsung mengikat beban langsung ke flensa rotor yang jauh lebih besar. Konfigurasi ini menghilangkan backlash dan sangat meningkatkan kekakuan torsional. Jumlah tiang yang lebih tinggi dan belitan torsi tinggi motor drive langsung cocok dengan torsi dan karakteristik kecepatan gearmotor dengan rasio 10: 1 atau lebih tinggi.