SERVOMOTOIR ROTARY ROTARY Vs. A Quantification de l'avantage de conception: Partie 1

Objectifs d'apprentissage

• Les systèmes de servomotes rotatifs du monde réel ne sont pas en deçà des performances idéales dues aux limitations techniques.
• Plusieurs types de servomoteurs rotatifs peuvent offrir des avantages aux utilisateurs, mais chacun a un défi ou une limitation spécifique.
• Les servomoteurs rotatifs à conduite directe offrent les meilleures performances, mais ils sont plus chers que les modules de vitesse.

Pendant des décennies, les servomoteurs à engrenages ont été l'un des outils les plus courants de la boîte à outils d'automatisation industrielle. Les sévromotors à engrenages offrent un positionnement, une correspondance de vitesse, des applications électroniques, l'enroulement, la tension, le resserrement des applications et correspondent efficacement à la puissance d'un servomoteur à la charge. Cela soulève la question: un servomoteur à engrenages est-il la meilleure option pour la technologie du mouvement rotatif, ou y a-t-il une meilleure solution?

Dans un monde parfait, un système de servo-rotatif aurait des cotes de couple et de vitesse qui correspondent à l'application afin que le moteur ne soit ni surdimensionné ni sous-taille. La combinaison du moteur, des éléments de transmission et de la charge doit avoir une rigidité de torsion infinie et un contrecoup nul. Malheureusement, les systèmes de servomotes rotatifs du monde réel ne sont pas de cet idéal à des degrés divers.

Dans un système de servo typique, le contrecoup est défini comme la perte de mouvement entre le moteur et la charge causée par les tolérances mécaniques des éléments de transmission; Cela comprend toute perte de mouvement dans les boîtes de vitesses, les ceintures, les chaînes et les couplages. Lorsqu'une machine est initialement alimentée, la charge flottera quelque part au milieu des tolérances mécaniques (figure 1A).

Avant que la charge elle-même ne puisse être déplacée par le moteur, le moteur doit tourner pour occuper tout le mou dans les éléments de transmission (figure 1b). Lorsque le moteur commence à décélérer à la fin d'un mouvement, la position de charge peut en fait dépasser la position du moteur car la quantité de mouvement transporte la charge au-delà de la position du moteur.

Le moteur doit à nouveau prendre le relais dans la direction opposée avant d'appliquer un couple sur la charge pour le décélérer (figure 1C). Cette perte de mouvement est appelée contrecoup et est généralement mesurée en minuscules d'arc, égale à 1 / 60e de degré. Les boîtes de vitesses conçues pour une utilisation avec des servos dans des applications industrielles ont souvent des spécifications de contrecoup allant de 3 à 9 minustes d'arc.

La rigidité en torsion est la résistance à la torsion de l'arbre du moteur, des éléments de transmission et la charge en réponse à l'application de couple. Un système infiniment rigide transmettrait un couple à la charge sans déviation angulaire autour de l'axe de rotation; Cependant, même un arbre en acier massif se tourne légèrement sous une charge lourde. L'ampleur de la déviation varie avec le couple appliqué, le matériau des éléments de transmission et leur forme; Intuitivement, les parties longues et minces se tordre plus que celles courtes et grasses. Cette résistance à la torsion est ce qui fait fonctionner les ressorts de bobine, car comprimer les tordages à ressort à chaque tour du fil légèrement; Un fil plus gros fait un ressort plus rigide. Rien de moins que la rigidité en torsion infinie fait agir le système comme un ressort, ce qui signifie que l'énergie potentielle sera stockée dans le système car la charge résiste à la rotation.

Lorsqu'ils sont combinés ensemble, la rigidité et le contrecoup de torsion finis peuvent dégrader considérablement les performances d'un système de servo. Le contrecoup peut introduire l'incertitude, car le codeur du moteur indique la position de l'arbre du moteur, et non où le contrecoup a permis à la charge de se régler. Le contrecoup introduit également les problèmes de réglage au fur et à mesure que la charge couple et se découple du moteur brièvement lorsque la charge et la direction relative inverse de la charge et du moteur. En plus du contrecoup, la rigidité en torsion finie stocke l'énergie en convertissant une partie de l'énergie cinétique du moteur et en charge en énergie potentielle, en la libérant plus tard. Cette libération d'énergie retardée provoque une oscillation de charge, induit une résonance, réduit les gains de réglage maximaux utilisables et a un impact négatif sur la réactivité et le temps de règlement du système de servomoteur. Dans tous les cas, la réduction du contrecoup et l'augmentation de la rigidité d'un système augmenteront les performances du servo et simplifieront le réglage.

Configurations servomotes de l'axe du rotatif

La configuration de l'axe rotatif la plus courante est un servomoteur rotatif avec un encodeur intégré pour la rétroaction de position et une boîte de vitesses pour correspondre au couple et à la vitesse disponibles du moteur au couple et à la vitesse requis de la charge. La boîte de vitesses est un dispositif de puissance constant qui est l'analogue mécanique d'un transformateur pour la correspondance de charge.

Une configuration matérielle améliorée utilise un servomoteur rotatif de lecteur direct, qui élimine les éléments de transmission en couplant directement la charge au moteur. Alors que la configuration de Gearmotor utilise un couplage sur un arbre de diamètre relativement petit, le système d'entraînement direct boucle directement la charge vers une bride de rotor beaucoup plus grande. Cette configuration élimine le contrecoup et augmente considérablement la rigidité de torsion. Le nombre de pôles supérieurs et les enroulements de couple élevé des moteurs à entraînement direct correspondent au couple et aux caractéristiques de vitesse d'un moteur de vitesse avec un rapport de 10: 1 ou plus.