Direktanlauf

Lernziele

• Real-World-Rotations-Servo-Systeme liegen aufgrund technischer Einschränkungen hinter der idealen Leistung.
• Verschiedene Arten von Rotationsservomotoren können den Benutzern Vorteile bieten, hat jedoch eine spezifische Herausforderung oder Einschränkung.
• Direct Drive -Drehleistung bieten die beste Leistung, sind jedoch teurer als Gearmotoren.

Seit Jahrzehnten sind Geared Servomotors eines der häufigsten Werkzeuge in der Industrial Automation Toolbox. Getriebe Sevromotoren bieten Positionierung, Geschwindigkeitsanpassung, elektronische Camming, Wickeln, Spannung, Anziehen von Anwendungen und stimmen effizient mit der Leistung eines Servomotors an die Last überein. Dies wirft die Frage auf: Ist ein ausgerichteter Servomotor die beste Option für die Rotary -Bewegungstechnologie oder gibt es eine bessere Lösung?

In einer perfekten Welt hätte ein Rotationsservo-System Drehmoment- und Geschwindigkeitswerte, die der Anwendung entsprechen, sodass der Motor weder übergroß noch untergroß ist. Die Kombination aus Motor, Übertragungselementen und Last sollte eine unendliche Torsionssteifigkeit und keine Rückschläge auf Null haben. Leider liegen die realen Drehleistungssysteme in unterschiedlichem Maße auf dieses Ideal zurück.

In einem typischen Servosystem ist die Rücklassung als Bewegungsverlust zwischen dem Motor und der Belastung definiert, die durch die mechanischen Toleranzen der Übertragungselemente verursacht wird. Dies beinhaltet alle Bewegungsverlust in Getriebe, Gürteln, Ketten und Kupplungen. Wenn eine Maschine ursprünglich eingeschaltet wird, schwebt die Last irgendwo in der Mitte der mechanischen Toleranzen (Abbildung 1a).

Bevor die Last selbst vom Motor bewegt werden kann, muss sich der Motor drehen, um alle in den Transmissionselementen vorhandenen Slack aufzunehmen (Abbildung 1B). Wenn der Motor am Ende einer Bewegung verlangsamt, kann die Lastposition die Motorposition tatsächlich überholen, wenn der Impuls die Last über die Motorposition hinaus trägt.

Der Motor muss die Lücke in der entgegengesetzten Richtung erneut aufnehmen, bevor er das Drehmoment auf die Last aufträgt, um sie zu verlangsamen (Abbildung 1C). Dieser Bewegungsverlust wird als Rückschlag bezeichnet und wird typischerweise in Bogenminuten von 1/60 Grad gemessen. Getriebe für den Einsatz mit Servos in industriellen Anwendungen haben häufig Rückschläge von 3 bis 9 Bogenminuten.

Torsionssteifigkeit ist der Widerstand gegen das Verdrehen der Motorwelle, die Getriebeelemente und die Last als Reaktion auf die Anwendung des Drehmoments. Ein unendlich steifes System überträgt das Drehmoment an die Last ohne Winkelablenkung um die Drehachse; Selbst eine feste Stahlwelle dreht sich jedoch leicht unter starker Last. Die Größe der Ablenkung variiert mit dem angelegten Drehmoment, dem Material der Getriebeelemente und ihrer Form; Intuitiv, lange, dünne Teile verdrehen mehr als kurze, fette. Dieser Widerstand gegen Verdrehung lässt die Spulenfedern funktionieren, da die Federdrehung in jeder Runde des Drahtes leicht komprimiert wird. Der dicke Draht macht eine steifere Feder. Alles andere als unendliche Torsionssteifigkeit führt dazu, dass das System als Feder wirkt, was bedeutet, dass potenzielle Energie im System gespeichert wird, wenn die Last der Drehung widersteht.

Bei der Kombination können endliche Torsionssteifigkeit und Rückschläge die Leistung eines Servosystems erheblich beeinträchtigen. Rückschläge können Unsicherheit einführen, da der Motor -Encoder die Position der Motorwelle angibt, nicht dort, wo die Gegenreaktion die Last zugelassen hat. Backlash führt auch Tuning -Probleme ein, wenn die Lastpaare und die Entleerung des Motors kurz, wenn die Last und die motorische relative Richtung umgekehrt sind. Zusätzlich zu Rückschlägen speichert die endliche Torsionssteifigkeit Energie, indem es einen Teil der kinetischen Energie des Motors und der Belastung in potentielle Energie umwandelt und später freigibt. Diese verzögerte Energiefreisetzung führt zu einer Lastschwingung, induziert Resonanz, reduziert maximale nutzbare Abstimmungsgewinne und wirkt sich negativ auf die Reaktionsfähigkeit und die Absetzzeit des Servosystems aus. In allen Fällen erhöht die Reduzierung der Gegenreaktionen und die Erhöhung der Steifheit eines Systems die Servomleistung und vereinfacht das Tuning.

Diener -Achsen -Servomotorkonfigurationen

Die häufigste Konfiguration der Rotationsachse ist ein Rotationsservomotor mit einem eingebauten Encoder für Position Feedback und ein Getriebe, das dem verfügbaren Drehmoment und der Geschwindigkeit des Motors zum erforderlichen Drehmoment und der Geschwindigkeit der Last entspricht. Das Getriebe ist ein konstantes Leistungsgerät, das das mechanische Analogon eines Transformators für die Lastanpassung ist.

Eine verbesserte Hardware -Konfiguration verwendet einen Direktantriebs -Drehleimer, der die Übertragungselemente beseitigt, indem die Last direkt an den Motor gekoppelt wird. Während die GearMotor -Konfiguration eine Kopplung an einen relativ kleinen Durchmesserwell verwendet, steigt die Last direkt an einen viel größeren Rotorflansch. Diese Konfiguration beseitigt Rückschläge und erhöht die Torsionssteifigkeit erheblich. Die Anzahl der höheren Pole und hohe Drehmomentwicklungen von Direktantriebsmotoren stimmen mit dem Drehmoment und den Geschwindigkeitseigenschaften eines Gearmotors mit einem Verhältnis von 10: 1 oder höher überein.