기어드 서보 모터는 로타리 모션 기술에 유용 할 수 있지만 사용자가 알아야 할 도전과 제한 사항이 있습니다.
작성자 : Dakota Miller와 Bryan Knight
학습 목표
- 실제 로터리 서보 시스템은 기술적 인 제한으로 인해 이상적인 성능에 미치지 못합니다.
- 여러 유형의 로터리 서보 모터는 사용자에게 이점을 제공 할 수 있지만 각각의 특정 도전이나 제한 사항이 있습니다.
- 직접 드라이브 로터리 서보 모터는 최고의 성능을 제공하지만 기어 모터보다 비쌉니다.
수십 년 동안 Geared Servomotors는 산업 자동화 도구 상자에서 가장 일반적인 도구 중 하나였습니다. 기어드 SEVROMOTORS는 위치, 속도 매칭, 전자 캠밍, 와인딩, 장력, 응용 프로그램 강화 및 하중과의 전력을 효율적으로 일치시킵니다. 이것은 의문을 제기합니다. 기어로드 서보 모터는 로타리 모션 기술을위한 최상의 옵션입니까, 아니면 더 나은 솔루션이 있습니까?
완벽한 세계에서 로타리 서보 시스템에는 애플리케이션과 일치하는 토크와 속도 등급이있어 모터의 크기 나 크기가 크지 않습니다. 모터, 변속기 요소 및 하중의 조합은 무한 비틀림 강성과 백래시가 없어야합니다. 불행히도, 실제 로타리 서보 시스템은 다양한 정도에 이상적이지 않습니다.
일반적인 서보 시스템에서, 백래시는 전송 요소의 기계적 공차로 인한 모터와 하중 사이의 운동 손실로 정의된다; 여기에는 기어 박스, 벨트, 체인 및 커플 링 전체의 모션 손실이 포함됩니다. 기계가 처음에 전원을 켜면 부하가 기계적 공차의 중간 어딘가에 떠 다니게됩니다 (그림 1A).
하중 자체가 모터에 의해 움직이기 전에 모터는 전송 요소에 존재하는 모든 여유를 차단하기 위해 회전해야합니다 (그림 1B). 이동이 끝날 때 모터가 감속되기 시작하면, 모멘텀이 모터 위치를 넘어 짐을 전달함에 따라 하중 위치는 실제로 모터 위치를 추월 할 수 있습니다.
모터는 하중에 토크를 적용하기 전에 반대 방향으로 슬랙을 다시 가져와야합니다 (그림 1c). 이 운동 손실을 백래시라고하며 일반적으로 아크 분자로 측정됩니다. 산업 응용 분야에서 서보와 함께 사용하도록 설계된 기어 박스에는 종종 3 ~ 9 분 범위의 백래시 사양이 있습니다.
비틀림 강성은 모터 샤프트의 비틀림, 변속기 요소 및 토크의 적용에 대한 하중에 대한 저항입니다. 무한한 뻣뻣한 시스템은 회전 축에 대한 각도 변형이없는 하중에 토크를 전달합니다. 그러나 단단한 강철 샤프트조차도 무거운 하중에서 약간 비틀어집니다. 편향의 크기는 적용된 토크, 전송 요소의 재료 및 그 모양에 따라 다릅니다. 직관적으로 길고 얇은 부분은 짧고 뚱뚱한 부분보다 더 비틀어집니다. 이 트위스트에 대한 저항은 코일 스프링이 작동하는 이유입니다. 스프링을 압축하면 와이어의 매 턴마다 약간 비틀어집니다. 더 뚱뚱한 와이어는 더 단단한 스프링을 만듭니다. 무한 비틀림 강성보다 적은 것은 시스템이 스프링 역할을하게합니다. 이는 하중이 회전에 저항함에 따라 잠재적 에너지가 시스템에 저장 될 것임을 의미합니다.
함께 결합되면 유한 비틀림 강성과 백래시는 서보 시스템의 성능을 크게 저하시킬 수 있습니다. 모터 인코더가 모터 샤프트의 위치를 나타내므로 반발이 불확실성을 불러 일으킬 수 있습니다. Backlash는 또한 부하 및 모터가 상대 방향을 역전시킬 때 부하 커플 및 모터에서 잠시 튀어 나오는 튜닝 문제를 도입합니다. 백래시 외에도 유한 비틀림 강성은 모터의 운동 에너지를 변환하여 잠재적 에너지로로드하여 나중에 방출하여 에너지를 저장합니다. 이 지연된 에너지 방출은 하중 진동을 일으키고, 공명을 유도하며, 최대의 튜닝 이익을 줄이며, 서보 시스템의 응답 성 및 침전 시간에 부정적인 영향을 미칩니다. 모든 경우에 백래시를 줄이고 시스템의 강성을 증가 시키면 서보 성능이 향상되고 튜닝을 단순화합니다.
로타리 축 서비스 모터 구성
가장 일반적인 회전식 축 구성은 위치 피드백을위한 내장 인코더가있는 로터리 서보 모터와 모터의 사용 가능한 토크와 속도와 일치하는 기어 박스를 부하의 필요한 토크 및 속도에 맞게 일치합니다. 기어 박스는 부하 매칭을위한 변압기의 기계적 아날로그 인 일정한 전원 장치입니다.
개선 된 하드웨어 구성은 직접 드라이브 로터리 서보 모터를 사용하여 하중을 모터에 직접 연결하여 전송 요소를 제거합니다. Gearmotor 구성은 비교적 작은 직경 샤프트에 대한 커플 링을 사용하는 반면, 직접 구동 시스템은 하중을 훨씬 더 큰 로터 플랜지로 직접 볼트합니다. 이 구성은 백래시를 제거하고 비틀림 강성을 크게 증가시킵니다. 직접 드라이브 모터의 더 높은 극 수와 높은 토크 권선은 기어 모터의 토크 및 속도 특성과 10 : 1 이상의 비율로 일치합니다.
후 시간 : 11 월 12 일
