Ổ đĩa trực tiếp so với servomotor quay số: Một định lượng của lợi thế thiết kế: Phần 1

Mục tiêu học tập

• Các hệ thống servo quay trong thế giới thực không đạt được hiệu suất lý tưởng do những hạn chế về kỹ thuật.
• Một số loại động cơ quay có thể cung cấp lợi ích cho người dùng, nhưng mỗi loại có một thách thức hoặc giới hạn cụ thể.
• Các động cơ quay trực tiếp của ổ đĩa cung cấp hiệu suất tốt nhất, nhưng chúng đắt hơn so với Gearmotors.

Trong nhiều thập kỷ, servomotors đã là một trong những công cụ phổ biến nhất trong hộp công cụ tự động hóa công nghiệp. Các sevromotors Geared cung cấp định vị, kết hợp vận tốc, Camming điện tử, cuộn dây, căng thẳng, thắt chặt các ứng dụng và phù hợp với sức mạnh của một động cơ servomotor với tải. Điều này đặt ra câu hỏi: Có phải là một động cơ servomotor là lựa chọn tốt nhất cho công nghệ chuyển động quay, hay có một giải pháp tốt hơn?

Trong một thế giới hoàn hảo, một hệ thống servo quay sẽ có xếp hạng mô-men xoắn và tốc độ phù hợp với ứng dụng để động cơ không có kích thước quá mức cũng không có kích thước dưới. Sự kết hợp của động cơ, các yếu tố truyền và tải nên có độ cứng xoắn vô hạn và phản ứng dữ dội bằng không. Thật không may, các hệ thống servo quay trong thế giới thực không đạt được lý tưởng này cho các mức độ khác nhau.

Trong một hệ thống servo điển hình, phản ứng dữ dội được định nghĩa là mất chuyển động giữa động cơ và tải do dung sai cơ học của các yếu tố truyền dẫn; Điều này bao gồm bất kỳ tổn thất chuyển động nào trên khắp các hộp số, thắt lưng, dây chuyền và khớp nối. Khi một máy ban đầu được bật nguồn, tải sẽ nổi ở đâu đó ở giữa dung sai cơ học (Hình 1A).

Trước khi tải trọng có thể được di chuyển bởi động cơ, động cơ phải xoay để chiếm tất cả sự chậm chạp hiện có trong các phần tử truyền (Hình 1B). Khi động cơ bắt đầu giảm tốc khi kết thúc di chuyển, vị trí tải thực sự có thể vượt qua vị trí động cơ khi động lượng mang tải vượt ra ngoài vị trí động cơ.

Động cơ một lần nữa phải lấy chùng theo hướng ngược lại trước khi áp dụng mô -men xoắn cho tải để giảm tốc độ (Hình 1C). Mất chuyển động này được gọi là phản ứng dữ dội, và thường được đo bằng các phút cung, bằng 1/60 của một mức độ. Các hộp số được thiết kế để sử dụng với các động cơ trong các ứng dụng công nghiệp thường có thông số kỹ thuật phản ứng dữ dội từ 3 đến 9 phút.

Độ cứng xoắn là khả năng chống xoắn của trục động cơ, các phần tử truyền và tải trọng để đáp ứng với ứng dụng của mô -men xoắn. Một hệ thống cực kỳ cứng sẽ truyền mô -men xoắn đến tải mà không có độ lệch góc về trục quay; Tuy nhiên, ngay cả một trục thép rắn sẽ xoắn nhẹ dưới tải trọng nặng. Độ lớn của độ lệch thay đổi theo mô -men xoắn được áp dụng, vật liệu của các yếu tố truyền và hình dạng của chúng; Trực giác, các phần dài, mỏng sẽ xoắn nhiều hơn những phần ngắn, chất béo. Khả năng chống xoắn này là những gì làm cho lò xo cuộn hoạt động, khi nén lò xo xoắn mỗi vòng của dây một chút; Dây béo làm cho một lò xo cứng hơn. Bất cứ điều gì ít hơn độ cứng xoắn vô hạn làm cho hệ thống hoạt động như một lò xo, có nghĩa là năng lượng tiềm năng sẽ được lưu trữ trong hệ thống khi tải trọng chống lại vòng quay.

Khi kết hợp với nhau, độ cứng xoắn và phản ứng dữ liệu hữu hạn có thể làm giảm đáng kể hiệu suất của một hệ thống servo. Phản ứng dữ dội có thể giới thiệu độ không đảm bảo, vì bộ mã hóa động cơ cho biết vị trí của trục của động cơ, chứ không phải nơi phản ứng dữ dội đã cho phép tải trọng giải quyết. Backlash cũng giới thiệu các vấn đề điều chỉnh khi các cặp vợ chồng tải và tách ra từ động cơ một thời gian ngắn khi tải và hướng dẫn ngược lại hướng tương đối. Ngoài phản ứng dữ dội, độ cứng xoắn hữu hạn còn lưu trữ năng lượng bằng cách chuyển đổi một số động năng của động cơ và tải thành năng lượng tiềm năng, giải phóng nó sau. Sự giải phóng năng lượng bị trì hoãn này gây ra dao động tải, gây ra sự cộng hưởng, giảm mức tăng điều chỉnh có thể sử dụng tối đa và tác động tiêu cực đến khả năng đáp ứng và thời gian giải quyết của hệ thống servo. Trong mọi trường hợp, giảm phản ứng dữ dội và tăng độ cứng của hệ thống sẽ tăng hiệu suất servo và đơn giản hóa điều chỉnh.

Cấu hình servomotor trục quay

Cấu hình trục quay phổ biến nhất là một động cơ quay có bộ mã hóa tích hợp cho phản hồi vị trí và hộp số để phù hợp với mô-men xoắn và tốc độ của động cơ với mô-men xoắn và tốc độ cần thiết. Hộp số là một thiết bị năng lượng không đổi, là chất tương tự cơ học của một máy biến áp để kết hợp tải.

Cấu hình phần cứng được cải thiện sử dụng động cơ quay trực tiếp, giúp loại bỏ các phần tử truyền bằng cách ghép trực tiếp tải vào động cơ. Trong khi cấu hình GearMotor sử dụng khớp nối với trục đường kính tương đối nhỏ, hệ thống ổ đĩa trực tiếp bắt vít tải trực tiếp đến mặt bích rôto lớn hơn nhiều. Cấu hình này giúp loại bỏ phản ứng dữ dội và làm tăng đáng kể độ cứng xoắn. Số lượng cực cao hơn và cuộn dây mô -men xoắn cao của động cơ truyền động trực tiếp phù hợp với đặc tính mô -men xoắn và tốc độ của một chiếc Gearmotor với tỷ lệ 10: 1 hoặc cao hơn.