डायरेक्ट ड्राइव्ह विरुद्ध गियर रोटरी सर्व्होमोटर: डिझाइन फायद्याचे परिमाण: भाग १

शिकण्याची उद्दिष्टे

• तांत्रिक मर्यादांमुळे वास्तविक जगातील रोटरी सर्वो सिस्टीम आदर्श कामगिरीपासून कमी पडतात.
• अनेक प्रकारचे रोटरी सर्व्होमोटर्स वापरकर्त्यांना फायदे देऊ शकतात, परंतु प्रत्येकाचे एक विशिष्ट आव्हान किंवा मर्यादा असते.
• डायरेक्ट ड्राइव्ह रोटरी सर्व्होमोटर्स सर्वोत्तम कामगिरी देतात, परंतु ते गियरमोटर्सपेक्षा महाग असतात.

गेल्या काही दशकांपासून, गियर केलेले सर्वोमोटर्स हे औद्योगिक ऑटोमेशन टूलबॉक्समधील सर्वात सामान्य साधनांपैकी एक आहेत. गियर केलेले सर्वोमोटर्स पोझिशनिंग, वेग जुळवणे, इलेक्ट्रॉनिक कॅमिंग, वाइंडिंग, टेंशनिंग, टाइटनिंग अॅप्लिकेशन्स देतात आणि सर्वोमोटरची शक्ती लोडशी कार्यक्षमतेने जुळवतात. यामुळे प्रश्न निर्माण होतो: रोटरी मोशन तंत्रज्ञानासाठी गियर केलेले सर्वोमोटर हा सर्वोत्तम पर्याय आहे का, की त्याहून चांगला उपाय आहे?

परिपूर्ण जगात, रोटरी सर्वो सिस्टीममध्ये टॉर्क आणि स्पीड रेटिंग्ज अनुप्रयोगाशी जुळतील जेणेकरून मोटर जास्त आकाराची किंवा कमी आकाराची होणार नाही. मोटर, ट्रान्समिशन घटक आणि लोड यांच्या संयोजनात असीम टॉर्शनल कडकपणा आणि शून्य बॅकलॅश असावा. दुर्दैवाने, वास्तविक जगातील रोटरी सर्वो सिस्टीम वेगवेगळ्या प्रमाणात या आदर्शापासून कमी पडतात.

सामान्य सर्वो सिस्टीममध्ये, बॅकलॅश म्हणजे ट्रान्समिशन एलिमेंट्सच्या यांत्रिक सहनशीलतेमुळे मोटर आणि लोडमधील गती कमी होणे; यामध्ये गिअरबॉक्सेस, बेल्ट्स, चेन आणि कपलिंग्जमध्ये कोणत्याही गती कमी होणे समाविष्ट आहे. जेव्हा मशीन सुरुवातीला चालू केली जाते, तेव्हा लोड यांत्रिक सहनशीलतेच्या मध्यभागी कुठेतरी तरंगतो (आकृती 1A).

मोटारने भार हलवण्यापूर्वी, ट्रान्समिशन घटकांमध्ये असलेल्या सर्व स्लॅकचा वापर करण्यासाठी मोटरला फिरवावे लागते (आकृती 1B). जेव्हा मोटार हालचालीच्या शेवटी मंदावण्यास सुरुवात करते, तेव्हा गती मोटर स्थितीच्या पलीकडे भार वाहून नेत असताना लोड स्थिती प्रत्यक्षात मोटर स्थितीला मागे टाकू शकते.

लोड कमी करण्यासाठी टॉर्क लावण्यापूर्वी मोटरने पुन्हा उलट दिशेने स्लॅक घेतला पाहिजे (आकृती 1C). गती कमी होण्याला बॅकलॅश म्हणतात, आणि सामान्यतः आर्क-मिनिटांमध्ये मोजले जाते, जे डिग्रीच्या 1/60 व्या भागाइतके असते. औद्योगिक अनुप्रयोगांमध्ये सर्व्होसह वापरण्यासाठी डिझाइन केलेल्या गिअरबॉक्समध्ये बहुतेकदा 3 ते 9 आर्क-मिनिटांपर्यंत बॅकलॅश स्पेसिफिकेशन असतात.

टॉर्शनल कडकपणा म्हणजे मोटर शाफ्ट, ट्रान्समिशन एलिमेंट्स आणि टॉर्कच्या वापराच्या प्रतिसादात भार वळवण्यास होणारा प्रतिकार. एक अमर्याद कडक प्रणाली रोटेशनच्या अक्षाभोवती कोनीय विक्षेपण न करता लोडवर टॉर्क प्रसारित करेल; तथापि, एक घन स्टील शाफ्ट देखील जड भाराखाली किंचित वळेल. विक्षेपणाची तीव्रता लागू केलेल्या टॉर्क, ट्रान्समिशन एलिमेंट्सच्या मटेरियल आणि त्यांच्या आकारानुसार बदलते; अंतर्ज्ञानाने, लांब, पातळ भाग लहान, जाड भागांपेक्षा जास्त वळतील. वळवण्यास होणारा हा प्रतिकार कॉइल स्प्रिंग्सना कार्य करण्यास मदत करतो, कारण स्प्रिंग संकुचित केल्याने वायरच्या प्रत्येक वळणाला थोडेसे वळण मिळते; जाड वायर अधिक कडक स्प्रिंग बनवते. अनंत टॉर्शनल कडकपणापेक्षा कमी असलेली कोणतीही गोष्ट सिस्टमला स्प्रिंग म्हणून काम करण्यास प्रवृत्त करते, म्हणजे लोड रोटेशनला प्रतिकार करत असताना सिस्टममध्ये संभाव्य ऊर्जा साठवली जाईल.

जेव्हा एकत्रित केले जाते तेव्हा, मर्यादित टॉर्शनल कडकपणा आणि बॅकलॅश सर्वो सिस्टमची कार्यक्षमता लक्षणीयरीत्या खराब करू शकतात. बॅकलॅश अनिश्चितता आणू शकते, कारण मोटर एन्कोडर मोटरच्या शाफ्टची स्थिती दर्शवितो, बॅकलॅशमुळे लोड स्थिर होऊ दिला आहे तिथे नाही. बॅकलॅशमुळे ट्यूनिंग समस्या देखील उद्भवतात कारण लोड आणि मोटर सापेक्ष दिशा उलट करतात तेव्हा लोड मोटरपासून थोड्या काळासाठी जोडला जातो आणि अनकपल होतो. बॅकलॅश व्यतिरिक्त, मर्यादित टॉर्शनल कडकपणा मोटर आणि लोडच्या काही गतिज उर्जेचे संभाव्य उर्जेमध्ये रूपांतर करून ऊर्जा साठवतो, ती नंतर सोडतो. या विलंबित ऊर्जा प्रकाशनामुळे लोड ऑसिलेशन होते, अनुनाद निर्माण होतो, जास्तीत जास्त वापरण्यायोग्य ट्यूनिंग नफा कमी होतो आणि सर्वो सिस्टमच्या प्रतिसाद आणि स्थिरीकरण वेळेवर नकारात्मक परिणाम होतो. सर्व प्रकरणांमध्ये, बॅकलॅश कमी करणे आणि सिस्टमची कडकपणा वाढवणे सर्वो कार्यक्षमता वाढवेल आणि ट्यूनिंग सुलभ करेल.

रोटरी अक्ष सर्व्होमोटर कॉन्फिगरेशन

सर्वात सामान्य रोटरी अक्ष कॉन्फिगरेशन म्हणजे रोटरी सर्वोमोटर ज्यामध्ये पोझिशन फीडबॅकसाठी बिल्ट-इन एन्कोडर असतो आणि मोटरच्या उपलब्ध टॉर्क आणि गतीला आवश्यक टॉर्क आणि लोडच्या गतीशी जुळवण्यासाठी एक गिअरबॉक्स असतो. गिअरबॉक्स हे एक स्थिर पॉवर डिव्हाइस आहे जे लोड जुळवण्यासाठी ट्रान्सफॉर्मरचे यांत्रिक अॅनालॉग आहे.

सुधारित हार्डवेअर कॉन्फिगरेशनमध्ये डायरेक्ट ड्राइव्ह रोटरी सर्व्होमोटर वापरला जातो, जो थेट मोटरशी भार जोडून ट्रान्समिशन घटक काढून टाकतो. गियरमोटर कॉन्फिगरेशनमध्ये तुलनेने लहान व्यासाच्या शाफ्टशी कपलिंगचा वापर केला जातो, तर डायरेक्ट ड्राइव्ह सिस्टम लोडला थेट मोठ्या रोटर फ्लॅंजशी जोडते. हे कॉन्फिगरेशन बॅकलॅश दूर करते आणि टॉर्शनल कडकपणा मोठ्या प्रमाणात वाढवते. डायरेक्ट ड्राइव्ह मोटर्सचे उच्च पोल काउंट आणि उच्च टॉर्क विंडिंग्ज 10:1 किंवा त्याहून अधिक गुणोत्तर असलेल्या गियरमोटरच्या टॉर्क आणि गती वैशिष्ट्यांशी जुळतात.