یک سرووموتور گیربکس‌دار می‌تواند برای فناوری حرکت چرخشی مفید باشد، اما چالش‌ها و محدودیت‌هایی وجود دارد که کاربران باید از آنها آگاه باشند.
نویسنده: داکوتا میلر و برایان نایت
اهداف یادگیری
- سیستم‌های سروو چرخشی در دنیای واقعی به دلیل محدودیت‌های فنی، از عملکرد ایده‌آل فاصله دارند.
- انواع مختلفی از سرووموتورهای دوار می‌توانند مزایایی را برای کاربران فراهم کنند، اما هر کدام چالش یا محدودیت خاصی دارند.
- سرووموتورهای چرخشی با درایو مستقیم بهترین عملکرد را ارائه می‌دهند، اما گران‌تر از موتورهای دنده‌ای هستند.
برای دهه‌ها، سرووموتورهای گیربکس‌دار یکی از رایج‌ترین ابزارها در جعبه ابزار اتوماسیون صنعتی بوده‌اند. سرووموتورهای گیربکس‌دار کاربردهای موقعیت‌یابی، تطبیق سرعت، بادامک‌زنی الکترونیکی، سیم‌پیچ، کشش، سفت کردن و تطبیق کارآمد قدرت یک سرووموتور با بار را ارائه می‌دهند. این موضوع این سوال را مطرح می‌کند: آیا سرووموتور گیربکس‌دار بهترین گزینه برای فناوری حرکت چرخشی است یا راه‌حل بهتری وجود دارد؟
در یک دنیای ایده‌آل، یک سیستم سروو دوار باید گشتاور و سرعت نامی متناسب با کاربرد داشته باشد، به طوری که موتور نه بزرگ باشد و نه کوچک. ترکیب موتور، عناصر انتقال قدرت و بار باید سختی پیچشی بی‌نهایت و لقی صفر داشته باشد. متأسفانه، سیستم‌های سروو دوار در دنیای واقعی به درجات مختلف از این ایده‌آل فاصله دارند.
در یک سیستم سروو معمولی، لقی به عنوان از دست دادن حرکت بین موتور و بار ناشی از تلرانس‌های مکانیکی عناصر انتقال تعریف می‌شود؛ این شامل هرگونه از دست دادن حرکت در سراسر گیربکس‌ها، تسمه‌ها، زنجیرها و کوپلینگ‌ها می‌شود. هنگامی که یک دستگاه در ابتدا روشن می‌شود، بار در جایی در وسط تلرانس‌های مکانیکی شناور خواهد بود (شکل 1A).
قبل از اینکه خود بار توسط موتور جابجا شود، موتور باید بچرخد تا تمام لقی موجود در عناصر انتقال نیرو را جبران کند (شکل 1B). هنگامی که موتور در پایان حرکت شروع به کاهش سرعت می‌کند، موقعیت بار ممکن است در واقع از موقعیت موتور پیشی بگیرد زیرا تکانه، بار را فراتر از موقعیت موتور حمل می‌کند.
موتور قبل از اعمال گشتاور به بار برای کاهش سرعت آن، باید دوباره این لقی را در جهت مخالف بگیرد (شکل 1C). این افت حرکت، لقی نامیده می‌شود و معمولاً بر حسب دقیقه قوسی، برابر با 1/60 درجه، اندازه‌گیری می‌شود. گیربکس‌هایی که برای استفاده با سروو موتورها در کاربردهای صنعتی طراحی شده‌اند، اغلب دارای مشخصات لقی از 3 تا 9 دقیقه قوسی هستند.
سختی پیچشی، مقاومت در برابر پیچش شفت موتور، عناصر انتقال قدرت و بار در پاسخ به اعمال گشتاور است. یک سیستم بی‌نهایت سفت، گشتاور را بدون هیچ انحراف زاویه‌ای حول محور چرخش به بار منتقل می‌کند. با این حال، حتی یک شفت فولادی محکم نیز تحت بار سنگین کمی می‌چرخد. میزان انحراف با گشتاور اعمال شده، جنس عناصر انتقال قدرت و شکل آنها متفاوت است. به طور شهودی، قطعات بلند و نازک بیشتر از قطعات کوتاه و ضخیم می‌چرخند. این مقاومت در برابر پیچش همان چیزی است که باعث می‌شود فنرهای مارپیچی کار کنند، زیرا فشرده‌سازی فنر، هر دور سیم را کمی می‌چرخاند. سیم ضخیم‌تر، فنر را سفت‌تر می‌کند. هر چیزی کمتر از سختی پیچشی بی‌نهایت باعث می‌شود سیستم مانند یک فنر عمل کند، به این معنی که انرژی پتانسیل در سیستم ذخیره می‌شود زیرا بار در برابر چرخش مقاومت می‌کند.
وقتی سختی پیچشی محدود و لقی با هم ترکیب می‌شوند، می‌توانند عملکرد یک سیستم سروو را به طور قابل توجهی کاهش دهند. لقی می‌تواند عدم قطعیت ایجاد کند، زیرا رمزگذار موتور موقعیت شفت موتور را نشان می‌دهد، نه جایی که لقی به بار اجازه داده است تا مستقر شود. لقی همچنین مشکلات تنظیم را ایجاد می‌کند زیرا بار به طور خلاصه از موتور جدا و متصل می‌شود، زمانی که بار و موتور جهت نسبی خود را معکوس می‌کنند. علاوه بر لقی، سختی پیچشی محدود با تبدیل مقداری از انرژی جنبشی موتور و بار به انرژی پتانسیل و آزادسازی بعدی آن، انرژی را ذخیره می‌کند. این آزادسازی انرژی با تأخیر باعث نوسان بار، ایجاد رزونانس، کاهش حداکثر بهره تنظیم قابل استفاده و تأثیر منفی بر پاسخگویی و زمان استقرار سیستم سروو می‌شود. در همه موارد، کاهش لقی و افزایش سختی یک سیستم، عملکرد سروو را افزایش داده و تنظیم را ساده می‌کند.
پیکربندی‌های سروو موتور محور چرخشی
رایج‌ترین پیکربندی محور چرخشی، یک سروو موتور چرخشی با یک انکودر داخلی برای بازخورد موقعیت و یک گیربکس برای تطبیق گشتاور و سرعت موجود موتور با گشتاور و سرعت مورد نیاز بار است. گیربکس یک دستگاه با توان ثابت است که آنالوگ مکانیکی یک ترانسفورماتور برای تطبیق بار است.
یک پیکربندی سخت‌افزاری بهبود یافته از یک سروو موتور چرخشی با درایو مستقیم استفاده می‌کند که با اتصال مستقیم بار به موتور، عناصر انتقال قدرت را حذف می‌کند. در حالی که پیکربندی موتور دنده‌ای از یک کوپلینگ به یک شفت با قطر نسبتاً کوچک استفاده می‌کند، سیستم درایو مستقیم بار را مستقیماً به یک فلنج روتور بسیار بزرگتر پیچ می‌کند. این پیکربندی لقی را از بین می‌برد و سختی پیچشی را تا حد زیادی افزایش می‌دهد. تعداد قطب‌های بالاتر و سیم‌پیچ‌های گشتاور بالای موتورهای درایو مستقیم با ویژگی‌های گشتاور و سرعت یک موتور دنده‌ای با نسبت 10:1 یا بالاتر مطابقت دارد.
زمان ارسال: ۱۲ نوامبر ۲۰۲۱
