הנעה ישירה לעומת מנוע סרוו סיבובי עם הילוך: כימות של יתרון עיצובי: חלק 1

מטרות למידה

• מערכות סרוו סיבוביות בעולם האמיתי אינן בביצועים האידיאליים בגלל מגבלות טכניות.
• מספר סוגים של מנועי סרוו סיבוביים יכולים לספק יתרונות למשתמשים, אך לכל אחד מהם יש אתגר או מגבלה ספציפיים.
• מנועי סרוו סיבוביים עם הנעה ישירה מציעים את הביצועים הטובים ביותר, אך הם יקרים יותר ממנועי הילוכים.

במשך עשרות שנים, מנועי סרוו עם הילוכים הם אחד הכלים הנפוצים ביותר בארגז הכלים האוטומציה התעשייתית.מנועי סרוו עם הילוכים מציעים יישומי מיצוב, התאמת מהירות, זימה אלקטרונית, סלילה, מתיחה, הידוק ומתאימים ביעילות את כוחו של מנוע סרוו לעומס.זה מעלה את השאלה: האם מנוע סרוו מכוון הוא האפשרות הטובה ביותר עבור טכנולוגיית תנועה סיבובית, או שיש פתרון טוב יותר?

בעולם מושלם, למערכת סרוו סיבובית יהיו דירוגי מומנט ומהירות התואמים את היישום כך שהמנוע אינו גדול מדי או נמוך.השילוב של המנוע, רכיבי ההילוכים והעומס צריך להיות בעל קשיחות פיתול אינסופית ואפס גב.לרוע המזל, מערכות סרוו סיבוביות בעולם האמיתי נופלות מהאידיאל הזה בדרגות שונות.

במערכת סרוו טיפוסית, התנגדות מוגדרת כאובדן תנועה בין המנוע לעומס הנגרם מהסובלנות המכנית של רכיבי ההילוכים;זה כולל כל אובדן תנועה לאורך תיבות הילוכים, רצועות, שרשראות וצימודים.כאשר מכונה מופעלת בתחילה, העומס יצוף איפשהו באמצע הטלרנסים המכניים (איור 1A).

לפני שניתן להזיז את העומס עצמו על ידי המנוע, המנוע חייב להסתובב כדי לסבול את כל הרפיון הקיים ברכיבי ההילוכים (איור 1B).כאשר המנוע מתחיל להאט בתום מהלך, תנוחת העומס עשויה למעשה לעקוף את תנוחת המנוע שכן המומנטום נושא את העומס מעבר למצב המנוע.

המנוע חייב שוב לסבול את הרפיון בכיוון ההפוך לפני הפעלת מומנט על העומס כדי להאט אותו (איור 1C).אובדן תנועה זה נקרא גב, והוא נמדד בדרך כלל בדקות קשת, השווה ל-1/60 מעלות.לתיבות הילוכים המיועדות לשימוש עם סרוו ביישומים תעשייתיים יש לרוב מפרטי נגיעה בטווח של 3 עד 9 דקות קשת.

קשיחות פיתול היא ההתנגדות לפיתול של גל המנוע, רכיבי ההילוכים והעומס בתגובה להפעלת מומנט.מערכת קשיחה עד אין קץ תעביר מומנט לעומס ללא סטיה זוויתית סביב ציר הסיבוב;עם זאת, אפילו פיר פלדה מוצק יתפתל מעט תחת עומס כבד.גודל הסטייה משתנה עם המומנט המופעל, החומר של אלמנטי ההולכה וצורתם;באופן אינטואיטיבי, חלקים ארוכים ודקים יתפתלו יותר מאשר קצרים ושמנים.התנגדות זו בפני פיתול היא מה שגורם לקפיצי סליל לעבוד, שכן דחיסה של הקפיץ מתפתלת מעט כל סיבוב של החוט;חוט שמן יותר יוצר קפיץ קשיח יותר.כל דבר פחות מקשיחות פיתול אינסופית גורם למערכת לפעול כקפיץ, כלומר אנרגיה פוטנציאלית תישמר במערכת כשהעומס מתנגד לסיבוב.

בשילוב יחד, קשיחות פיתול סופית ותגובת נגד יכולים לפגוע משמעותית בביצועים של מערכת סרוו.רעש גב יכול להכניס אי ודאות, מכיוון שמקודד המנוע מציין את מיקום מוט המנוע, ולא היכן שהגבהה אפשרה לעומס להתיישב.Backlash גם מציג בעיות כוונון כאשר העומס מתלכד ומתנתק מהמנוע לזמן קצר כאשר העומס והמנוע הופכים כיוון יחסי.בנוסף להשפעה נגדית, קשיחות פיתול סופית אוגרת אנרגיה על ידי המרת חלק מהאנרגיה הקינטית של המנוע והעומס לאנרגיה פוטנציאלית, ומשחררת אותה מאוחר יותר.שחרור אנרגיה מושהה זה גורם לתנודת עומס, משרה תהודה, מפחית רווחי כוונון מקסימליים שמישים ומשפיע לרעה על ההיענות וזמן ההתמקמות של מערכת הסרוו.בכל המקרים, הפחתת ה-backlash והגברת הקשיחות של מערכת יגדילו את ביצועי הסרוו ויפשטו את הכוונון.

תצורות סרוו-מנועי ציר סיבובי

תצורת הציר הסיבובי הנפוצה ביותר היא מנוע סרוו סיבובי עם מקודד מובנה למשוב מיקום ותיבת הילוכים כדי להתאים את המומנט והמהירות הזמינים של המנוע למומנט ולמהירות העומס הנדרשים.תיבת ההילוכים היא התקן כוח קבוע שהוא האנלוגי המכני של שנאי להתאמת עומסים.

תצורת חומרה משופרת משתמשת במנוע סרוו סיבובי עם הנעה ישירה, אשר מבטל את רכיבי ההילוכים על ידי צימוד ישיר של העומס למנוע.בעוד שתצורת מנוע ההילוכים משתמשת בצימוד לציר בקוטר קטן יחסית, מערכת ההנעה הישירה מברגת את העומס ישירות לאוגן רוטור גדול בהרבה.תצורה זו מבטלת את ההשפעה האחורית ומגבירה מאוד את קשיחות הפיתול.ספירת הקטבים הגבוהה יותר ופיתולי המומנט הגבוהים של מנועי הנעה ישירה תואמים את מאפייני המומנט והמהירות של מנוע הילוכים ביחס של 10:1 ומעלה.