Servomotor rotativo de transmisión directa vs

Obxectivos de aprendizaxe

• Os sistemas servo rotativos do mundo real non alcanzan o rendemento ideal debido ás limitacións técnicas.
• Varios tipos de servomotores rotativos poden proporcionar beneficios para os usuarios, pero cada un ten un desafío ou limitación específico.
• Os servomotores rotativos de accionamento directo ofrecen o mellor rendemento, pero son máis caros que os motorreductores.

Durante décadas, os servomotores con engrenaxe foron unha das ferramentas máis comúns na caixa de ferramentas de automatización industrial. Os servomotores con engrenaxe ofrecen aplicacións de posicionamento, adecuación de velocidades, levas electrónicas, enrolamentos, tensado, aperte e adaptan de forma eficiente a potencia dun servomotor á carga. Isto suscita a pregunta: un servomotor con engrenaxe é a mellor opción para a tecnoloxía de movemento rotativo ou existe unha solución mellor?

Nun mundo perfecto, un servosistema rotativo tería clasificacións de par e velocidade que coincidan coa aplicación, polo que o motor non ten un tamaño nin demasiado grande. A combinación de motor, elementos de transmisión e carga debe ter unha rixidez torsional infinita e unha holgura nula. Desafortunadamente, os sistemas servos rotativos do mundo real non alcanzan este ideal en distintos graos.

Nun sistema servo típico, o xogo defínese como a perda de movemento entre o motor e a carga causada polas tolerancias mecánicas dos elementos de transmisión; isto inclúe calquera perda de movemento en caixas de cambios, correas, cadeas e acoplamentos. Cando unha máquina se acende inicialmente, a carga flotará nalgún lugar no medio das tolerancias mecánicas (Figura 1A).

Antes de que a propia carga poida ser movida polo motor, o motor debe xirar para ocupar toda a folga existente nos elementos de transmisión (Figura 1B). Cando o motor comeza a desacelerarse ao final dun movemento, a posición de carga pode superar a posición do motor xa que o momento leva a carga máis aló da posición do motor.

O motor debe volver a tomar a folga na dirección oposta antes de aplicar un par á carga para desacelerala (Figura 1C). Esta perda de movemento chámase reacción, e normalmente mídese en minutos de arco, equivalentes a 1/60 de grao. As caixas de cambios deseñadas para o seu uso con servos en aplicacións industriais adoitan ter especificacións de retroceso que van de 3 a 9 minutos de arco.

A rixidez torsional é a resistencia á torsión do eixe do motor, dos elementos de transmisión e da carga en resposta á aplicación do par. Un sistema infinitamente ríxido transmitiría o par á carga sen deflexión angular sobre o eixe de rotación; porén, mesmo un eixe de aceiro sólido xirará lixeiramente baixo unha carga pesada. A magnitude da deflexión varía segundo o par aplicado, o material dos elementos de transmisión e a súa forma; intuitivamente, as partes longas e delgadas retorceranse máis que as curtas e gordas. Esta resistencia á torsión é o que fai que os resortes helicoidais funcionen, xa que ao comprimir o resorte torce lixeiramente cada volta do fío; o fío máis gordo fai un resorte máis ríxido. Calquera cousa menor que a rixidez torsional infinita fai que o sistema actúe como un resorte, o que significa que a enerxía potencial almacenarase no sistema mentres a carga resista a rotación.

Cando se combinan entre si, a rixidez torsional finita e a reacción poden degradar significativamente o rendemento dun servosistema. O xogo pode introducir incerteza, xa que o codificador do motor indica a posición do eixe do motor, non onde o xogo permitiu que se asentase a carga. A reacción tamén introduce problemas de axuste xa que a carga se acopla e desacopla do motor brevemente cando a carga e o motor inverten a dirección relativa. Ademais do xogo, a rixidez torsional finita almacena enerxía convertendo parte da enerxía cinética do motor e da carga en enerxía potencial, liberándoa máis tarde. Esta liberación de enerxía atrasada provoca a oscilación da carga, induce resonancia, reduce as ganancias máximas de sintonía utilizables e afecta negativamente a capacidade de resposta e o tempo de asentamento do servosistema. En todos os casos, reducir a reacción e aumentar a rixidez dun sistema aumentará o rendemento do servo e simplificará a axuste.

Configuración de servomotores de eixe rotativo

A configuración de eixe rotativo máis común é un servomotor rotativo cun codificador incorporado para a retroalimentación de posición e unha caixa de cambios para facer coincidir o par e a velocidade dispoñibles do motor co par e a velocidade da carga requiridos. A caixa de cambios é un dispositivo de potencia constante que é o análogo mecánico dun transformador para a adaptación da carga.

Unha configuración de hardware mellorada usa un servomotor rotativo de accionamento directo, que elimina os elementos de transmisión acoplando directamente a carga ao motor. Mentres que a configuración do motorreductor utiliza un acoplamento a un eixe de diámetro relativamente pequeno, o sistema de accionamento directo atornilla a carga directamente a unha brida do rotor moito máis grande. Esta configuración elimina o xogo e aumenta moito a rixidez torsional. O maior número de polos e bobinados de alto par dos motores de accionamento directo coinciden coas características de par e velocidade dun motorreductor cunha relación de 10:1 ou superior.