เซอร์โวมอเตอร์แบบมีเกียร์มีประโยชน์สำหรับเทคโนโลยีการเคลื่อนที่แบบโรตารี แต่มีความท้าทายและข้อจำกัดที่ผู้ใช้จำเป็นต้องทราบ
โดย: ดาโกต้า มิลเลอร์ และไบรอัน ไนท์
วัตถุประสงค์การเรียนรู้
- ระบบเซอร์โวโรตารีในโลกแห่งความเป็นจริงขาดประสิทธิภาพในอุดมคติเนื่องจากข้อจำกัดทางเทคนิค
- เซอร์โวมอเตอร์แบบหมุนหลายประเภทสามารถให้ประโยชน์แก่ผู้ใช้ได้ แต่แต่ละประเภทก็มีความท้าทายหรือข้อจำกัดเฉพาะ
- เซอร์โวมอเตอร์โรตารีแบบขับเคลื่อนโดยตรงให้ประสิทธิภาพที่ดีที่สุด แต่มีราคาแพงกว่ามอเตอร์เกียร์
เป็นเวลาหลายทศวรรษแล้วที่เซอร์โวมอเตอร์แบบมีเกียร์เป็นหนึ่งในเครื่องมือที่พบบ่อยที่สุดในกล่องเครื่องมือระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม เซอร์โวมอเตอร์แบบมีเกียร์นำเสนอการวางตำแหน่ง การจับคู่ความเร็ว การแคมมิงแบบอิเล็กทรอนิกส์ การม้วน การปรับความตึง การกระชับ และจับคู่กำลังของเซอร์โวมอเตอร์กับโหลดได้อย่างมีประสิทธิภาพ สิ่งนี้ทำให้เกิดคำถาม: เซอร์โวมอเตอร์แบบมีเกียร์เป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดสำหรับเทคโนโลยีการเคลื่อนที่แบบหมุน หรือมีวิธีแก้ปัญหาที่ดีกว่าหรือไม่
ในโลกที่สมบูรณ์แบบ ระบบเซอร์โวโรตารีจะมีพิกัดแรงบิดและความเร็วที่ตรงกับการใช้งาน ดังนั้นมอเตอร์จึงไม่ใหญ่เกินไปหรือเล็กเกินไป การรวมกันของมอเตอร์ องค์ประกอบระบบส่งกำลัง และโหลดควรมีความแข็งแบบบิดไม่สิ้นสุดและระยะฟันเฟืองเป็นศูนย์ น่าเสียดายที่ระบบเซอร์โวโรตารีในโลกแห่งความเป็นจริงขาดอุดมคตินี้ไปในระดับที่แตกต่างกัน
ในระบบเซอร์โวทั่วไป ระยะฟันเฟืองหมายถึงการสูญเสียการเคลื่อนที่ระหว่างมอเตอร์และโหลดที่เกิดจากความทนทานทางกลของส่วนประกอบระบบส่งกำลัง ซึ่งรวมถึงการสูญเสียการเคลื่อนไหวใดๆ ทั่วทั้งกระปุกเกียร์ สายพาน โซ่ และข้อต่อ เมื่อเปิดเครื่องครั้งแรก โหลดจะลอยอยู่ที่ไหนสักแห่งตรงกลางของพิกัดความเผื่อทางกล (รูปที่ 1A)
ก่อนที่มอเตอร์จะเคลื่อนย้ายโหลดเอง มอเตอร์จะต้องหมุนเพื่อลดหย่อนทั้งหมดที่มีอยู่ในองค์ประกอบเกียร์ (รูปที่ 1B) เมื่อมอเตอร์เริ่มลดความเร็วลงเมื่อสิ้นสุดการเคลื่อนที่ ตำแหน่งโหลดอาจแซงหน้าตำแหน่งมอเตอร์ เนื่องจากโมเมนตัมจะพาโหลดเกินตำแหน่งมอเตอร์
มอเตอร์จะต้องรับการหย่อนในทิศทางตรงกันข้ามอีกครั้งก่อนที่จะใช้แรงบิดกับโหลดเพื่อชะลอความเร็ว (รูปที่ 1C) การสูญเสียการเคลื่อนไหวนี้เรียกว่าฟันเฟือง และโดยทั่วไปจะวัดเป็นอาร์คนาที ซึ่งเท่ากับ 1/60 ของดีกรี กระปุกเกียร์ที่ออกแบบมาเพื่อใช้กับเซอร์โวในงานอุตสาหกรรมมักจะมีข้อกำหนดฟันเฟืองตั้งแต่ 3 ถึง 9 อาร์คนาที
ความแข็งแบบบิดคือความต้านทานต่อการบิดของเพลามอเตอร์ องค์ประกอบระบบส่งกำลัง และโหลดที่ตอบสนองต่อการใช้แรงบิด ระบบที่แข็งเป็นอนันต์จะส่งแรงบิดไปยังโหลดโดยไม่มีการโก่งเชิงมุมรอบแกนการหมุน อย่างไรก็ตามแม้แต่เพลาเหล็กตันก็ยังบิดเบี้ยวเล็กน้อยเมื่อรับน้ำหนักมาก ขนาดของการโก่งตัวจะแตกต่างกันไปตามแรงบิดที่ใช้ วัสดุของส่วนประกอบระบบส่งกำลัง และรูปร่าง โดยสัญชาตญาณแล้ว ชิ้นส่วนที่ยาวและบางจะบิดงอมากกว่าชิ้นส่วนที่สั้นและอ้วน ความต้านทานต่อการบิดตัวนี้คือสิ่งที่ทำให้คอยล์สปริงทำงานได้ เนื่องจากการบีบสปริงจะทำให้ขดลวดแต่ละรอบบิดเล็กน้อย ลวดที่หนาขึ้นจะทำให้สปริงแข็งขึ้น อะไรก็ตามที่น้อยกว่าความแข็งของแรงบิดอนันต์จะทำให้ระบบทำหน้าที่เป็นสปริง ซึ่งหมายความว่าพลังงานศักย์จะถูกเก็บไว้ในระบบในขณะที่โหลดต้านทานการหมุน
เมื่อรวมเข้าด้วยกัน ความแข็งเชิงบิดและระยะฟันเฟืองที่มีจำกัดสามารถลดประสิทธิภาพของระบบเซอร์โวได้อย่างมาก ระยะฟันเฟืองอาจทำให้เกิดความไม่แน่นอน เนื่องจากตัวเข้ารหัสมอเตอร์จะระบุตำแหน่งของเพลาของมอเตอร์ ไม่ใช่ตำแหน่งที่ระยะฟันเฟืองยอมให้โหลดสงบลง ฟันเฟืองยังทำให้เกิดปัญหาการปรับแต่งในขณะที่โหลดคู่และแยกออกจากมอเตอร์เป็นเวลาสั้นๆ เมื่อโหลดและมอเตอร์กลับทิศทางสัมพัทธ์ นอกจากฟันเฟืองฟันเฟืองแล้ว ความแข็งตึงแบบจำกัดแรงบิดยังเก็บพลังงานโดยการแปลงพลังงานจลน์บางส่วนของมอเตอร์และโหลดให้เป็นพลังงานศักย์ แล้วปล่อยออกมาในภายหลัง การปล่อยพลังงานที่ล่าช้านี้ทำให้เกิดการสั่นของโหลด ทำให้เกิดการสั่นพ้อง ลดการปรับแต่งที่ใช้งานได้สูงสุด และส่งผลเสียต่อการตอบสนองและเวลาตกตะกอนของระบบเซอร์โว ในทุกกรณี การลดฟันเฟืองและการเพิ่มความแกร่งของระบบจะเพิ่มประสิทธิภาพของเซอร์โวและทำให้การปรับแต่งง่ายขึ้น
การกำหนดค่าเซอร์โวมอเตอร์แกนหมุน
การกำหนดค่าแกนหมุนที่พบบ่อยที่สุดคือเซอร์โวมอเตอร์แบบหมุนที่มีตัวเข้ารหัสในตัวสำหรับการป้อนกลับตำแหน่งและกระปุกเกียร์เพื่อให้ตรงกับแรงบิดและความเร็วของมอเตอร์ที่มีให้ตรงกับแรงบิดและความเร็วของโหลดที่ต้องการ กระปุกเกียร์เป็นอุปกรณ์จ่ายไฟคงที่ซึ่งเป็นอะนาล็อกเชิงกลของหม้อแปลงสำหรับการจับคู่โหลด
การกำหนดค่าฮาร์ดแวร์ที่ได้รับการปรับปรุงใช้เซอร์โวมอเตอร์แบบหมุนขับเคลื่อนโดยตรง ซึ่งกำจัดองค์ประกอบการส่งกำลังโดยเชื่อมต่อโหลดเข้ากับมอเตอร์โดยตรง ในขณะที่การกำหนดค่ามอเตอร์เกียร์ใช้การมีเพศสัมพันธ์กับเพลาที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางค่อนข้างเล็ก ระบบขับเคลื่อนโดยตรงจะขันโหลดโดยตรงกับหน้าแปลนโรเตอร์ที่มีขนาดใหญ่กว่ามาก การกำหนดค่านี้ช่วยลดฟันเฟืองและเพิ่มความแข็งของแรงบิดอย่างมาก จำนวนขั้วที่สูงกว่าและขดลวดแรงบิดสูงของมอเตอร์ขับเคลื่อนโดยตรงตรงกับคุณลักษณะแรงบิดและความเร็วของมอเตอร์เกียร์ด้วยอัตราส่วน 10:1 หรือสูงกว่า
เวลาโพสต์: Nov-12-2021
