Прамы прывад супраць ротарнага серварухавіка з рэдуктарам: Колькасная ацэнка канструктыўных пераваг: Частка 1

Мэты навучання

• Рэальныя паваротныя сервасістэмы не дасягаюць ідэальнай прадукцыйнасці з-за тэхнічных абмежаванняў.
• Некалькі тыпаў ротарных серварухавікоў могуць прынесці карысць карыстальнікам, але кожны з іх мае пэўныя праблемы або абмежаванні.
• Паваротныя серварухавікі з прамым прывадам забяспечваюць лепшую прадукцыйнасць, але яны даражэйшыя за рухавікі-рэдуктары.

На працягу многіх дзесяцігоддзяў серварухавікі з рэдуктарам былі адным з найбольш распаўсюджаных інструментаў у наборы інструментаў прамысловай аўтаматызацыі. Рэдуктарныя сеўрарухавікі забяспечваюць пазіцыянаванне, узгадненне хуткасці, электронную кулачковую ўстаноўку, намотку, нацяжэнне, зацягванне і эфектыўнае ўзгадненне магутнасці серваматора з нагрузкай. Тут узнікае пытанне: ці з'яўляецца серварухавік з рэдуктарам лепшым варыянтам для тэхналогіі вярчальнага руху, ці ёсць лепшае рашэнне?

У ідэальным свеце паваротная сістэма сервопривода будзе мець паказчыкі крутоўнага моманту і хуткасці, якія адпавядаюць прымяненню, так што рухавік не будзе ні занадта габарытным, ні меншым. Спалучэнне рухавіка, элементаў трансмісіі і нагрузкі павінна мець бясконцую калянасць на кручэнне і нулявы люфт. На жаль, у рэальным свеце паваротныя сервасістэмы ў рознай ступені не адпавядаюць гэтаму ідэалу.

У звычайнай сервасістэме люфт вызначаецца як страта руху паміж рухавіком і нагрузкай, выкліканая механічнымі допускамі элементаў трансмісіі; гэта ўключае ў сябе любыя страты руху ў каробках перадач, рамянях, ланцугах і муфтах. Калі машына першапачаткова ўключаецца, нагрузка будзе знаходзіцца дзесьці ў сярэдзіне механічных дапушчальных адхіленняў (малюнак 1A).

Перш чым сама нагрузка можа быць перамешчана рухавіком, рухавік павінен круціцца, каб заняць усю слабіну, існуючую ў элементах трансмісіі (малюнак 1B). Калі рухавік пачынае запавольвацца ў канцы руху, становішча нагрузкі можа фактычна апярэдзіць становішча рухавіка, паколькі імпульс пераносіць нагрузку за становішча рухавіка.

Рухавік павінен зноў заняць слабіну ў процілеглым кірунку, перш чым прыкласці крутоўны момант да нагрузкі, каб запаволіць яе (малюнак 1C). Гэтая страта руху называецца люфтам і звычайна вымяраецца ў кутніх хвілінах, роўных 1/60 градуса. Скрынкі перадач, прызначаныя для выкарыстання з сервоприводами ў прамысловых прымяненнях, часта маюць характарыстыкі люфта ў дыяпазоне ад 3 да 9 кутніх хвілін.

Жорсткасць на скручванне - супраціў скручванню вала рухавіка, элементаў трансмісіі і нагрузкі ў адказ на прыкладанне крутоўнага моманту. Бясконца жорсткая сістэма перадавала б крутоўны момант грузу без вуглавога адхілення вакол восі кручэння; аднак нават цвёрды сталёвы вал будзе злёгку скручвацца пры вялікай нагрузцы. Велічыня прагіну змяняецца ў залежнасці ад прыкладзенага крутоўнага моманту, матэрыялу элементаў перадачы і іх формы; інтуітыўна зразумела, што доўгія тонкія часткі будуць скручвацца больш, чым кароткія тоўстыя. Гэтая ўстойлівасць да скручвання - гэта тое, што прымушае спіральныя спружыны працаваць, бо сцісканне спружыны злёгку скручвае кожны абарот дроту; больш тоўсты дрот робіць спружыну больш жорсткай. Усё, што менш, чым бясконцая калянасць на кручэнне, прымушае сістэму дзейнічаць як спружына, што азначае, што патэнцыяльная энергія будзе захоўвацца ў сістэме, калі груз супраціўляецца кручэнню.

У спалучэнні канечная калянасць на скручванне і люфт могуць істотна пагоршыць прадукцыйнасць сервосистемы. Люфт можа ўнесці нявызначанасць, паколькі кадавальнік рухавіка паказвае становішча вала рухавіка, а не месца, дзе люфт дазволіў асесці нагрузцы. Люфт таксама выклікае праблемы з наладай, паколькі нагрузка на кароткі час злучаецца і адлучаецца ад рухавіка, калі нагрузка і рухавік мяняюць адносны кірунак. У дадатак да люфта, канчатковая калянасць на кручэнне назапашвае энергію, пераўтвараючы частку кінэтычнай энергіі рухавіка і нагрузкі ў патэнцыйную энергію, вызваляючы яе пазней. Гэта запаволенае вылучэнне энергіі выклікае ваганні нагрузкі, выклікае рэзананс, памяншае максімальныя карысныя каэфіцыенты наладкі і негатыўна ўплывае на хуткасць рэагавання і час усталёўкі сервасістэмы. Ва ўсіх выпадках памяншэнне люфта і павышэнне калянасці сістэмы павялічыць прадукцыйнасць сервопривода і спросціць настройку.

Канфігурацыі серварухавіка паваротнай восі

Самая распаўсюджаная канфігурацыя восі павароту - гэта паваротны серварухавік з убудаваным кадавальнікам для зваротнай сувязі па становішчы і каробкай перадач, каб узгадніць даступны крутоўны момант і хуткасць рухавіка з неабходным крутоўным момантам і хуткасцю нагрузкі. Рэдуктар - прылада пастаяннай магутнасці, якое з'яўляецца механічным аналагам трансфарматара для ўзгаднення нагрузкі.

У палепшанай канфігурацыі апаратнага забеспячэння выкарыстоўваецца паваротны серварухавік з прамым прывадам, які ліквідуе элементы трансмісіі шляхам непасрэднага злучэння нагрузкі з рухавіком. У той час як у канфігурацыі рухавіка-рэдуктара выкарыстоўваецца злучэнне з валам адносна невялікага дыяметра, сістэма прамога прывада прымацоўвае груз непасрэдна да значна большага фланца ротара. Такая канфігурацыя ліквідуе люфт і значна павялічвае калянасць на кручэнне. Большая колькасць палюсаў і высокі крутоўны момант абмотак рухавікоў з прамым прывадам адпавядаюць характарыстыкам крутоўнага моманту і хуткасці рухавіка-рэдуктара ў суадносінах 10:1 або вышэй.