Servo os se loše podešava kada motor ne osjeća opterećenje. Omjer inercije predviđa to prije nego što dodirnete dobit, a izračunava se iz četiri broja koja već imate.
Zašto omjer inercije odlučuje o uspjehu podešavanja
Servo os je kontrolna petlja koja pokušava pomjeriti masu. Petlja može dobro raditi samo kada motor može osjetiti šta opterećenje radi. Ako je opterećenje mnogo teže nego što motor očekuje, motor se pomiče prije opterećenja, petlja se previše ispravlja, a vi provodite dane prilagođavajući pojačanja koja nikada nisu bili problem.
Broj koji opisuje ovu neusklađenost je omjer inercije: ukupna reflektovana inercija opterećenja podijeljena inercijom rotora motora. Izračunajte ga prije nego naručite motor, a ne nakon što je mašina napravljena i neće se slegnuti.
Inercija opterećenja za rotirajući cilindar
Za čvrsti ili šuplji cilindar koji se okreće oko svoje ose, inercija je:
J = ½ · m · r²
gdje je m masa u kg, a r vanjski polumjer u metrima. Za šuplji cilindar sa unutrašnjim poluprečnikom rᵢ i spoljašnjim radijusom r₀, koristite ½ · m · (rᵢ² + r₀²). Kuglasti vijak se tretira kao čvrsti cilindar njegovog korijenskog promjera, koji malo precjenjuje inerciju i predstavlja siguran smjer za dimenzioniranje.
Izračunajte masu iz geometrije, a ne iz kataloške težine, jer kataloški broj uključuje obrađene krajeve i može se razlikovati od modelirane dužine za nekoliko postotaka. Za čelik, masa = π · r² · L · 7850.
Inercija opterećenja za pokretnu masu na kugličnom vijku
Sto, tobogan ili portal koji se kreće linearno na vijku ima ekvivalentnu rotirajuću inerciju na vijku:
J = m · (p / 2π)²
gdje je m pokretna masa u kg, a p olovka vijka po okretaju u metrima. Ovo je jedina najkorisnija formula za dizajnere strojeva, jer pokazuje da inercija pada s kvadratom olova. Prepolovljenje olova smanjuje reflektovanu inerciju pokretne mase na četvrtinu, po cenu udvostručavanja brzine potrebne za istu brzinu pomaka.
Ukupna inercija opterećenja na osovini motora je zbir inercije vijka i inercije pokretne mase, plus bilo koja inercija remenice ili spojnice.
Odražena inercija kroz menjač
Ako se reduktor nalazi između motora i opterećenja, inercija opterećenja se dijeli s kvadratom omjera:
J_reflected = J_load / i²
Zbog toga je mjenjač standardno rješenje za osovinu s previše inercije. Reduktor 10:1 smanjuje reflektovanu inerciju opterećenja za faktor od stotinu. Trošak je brzina i mala količina dodatnog zazora, što je važnije na osi pozicioniranja nego na osi uvlačenja.
Zapamtite da se vlastita inercija mjenjača odražava na motor u omjeru 1:1, tako da veliki mjenjač može poništiti dio prednosti pri niskim omjerima.
Koji omjer ciljati
| Omjer (opterećenje: motor) | Praktično značenje | Kada je to prihvatljivo |
|---|---|---|
| 1:1 do 3:1 | Lako se podešava, čvrsta reakcija, brzo se slaže. | Zadani cilj za pozicioniranje osi |
| 3:1 do 5:1 | Podesivo sa normalnim automatskim podešavanjem. Mali gubitak propusnog opsega. | Većina mašinskih sjekira |
| 5:1 do 10:1 | Zahtijeva ručno podešavanje. Vrijeme smirivanja raste, pojavljuje se prekoračenje. | Niskodinamične osovine, sporo pomicanje, bez brzog preokreta |
| Preko 10:1 | Teško za stabilizaciju. Rezonancija i zvučni šum pri brzini. | Samo sa mjenjačem ili mnogo većim motorom |
Ove trake pretpostavljaju kruti mehanički vlak. Dugačak remen, fleksibilna spojnica ili vijak sa zazorom ponašaju se kao opruga između motora i opterećenja, što čini da se niski omjer ponaša gore nego što broj sugerira. Popravite mehaniku prije jurnjave omjera.
Simptomi lošeg omjera
Previsok omjer se najavljuje na načine koji se lako mogu pogrešno dijagnosticirati:
- Čujno cviljenje ili režanje pri određenoj brzini, što predstavlja rezonanciju, a ne problem s ležajem.
- Prekoračenje pri zaustavljanju koje se ne može isključiti a da osovina ne postane troma.
- Greška položaja koja raste s ubrzanjem, ali je u redu pri konstantnom dodavanju.
- Automatsko podešavanje se završava, ali ostavlja neuobičajeno nisku dobit.
- Nazivna struja motora postignuta tokom ubrzanja gotovo bez opterećenja na mašini.
Ako se dva ili više njih pojavljuju zajedno, izmjerite omjer prije nego što bilo što zamijenite.
Popravljanje: mjenjač, veći motor ili lakše opterećenje
Tri opcije, u rastućem redoslijedu cijene i poremećaja:
Smanjite pokretnu masu.Često najjeftinije. Lakši nosač ili kraći šraf ponekad dovode omjer u raspon bez ikakve promjene hardvera.
Smanjite prednost.Budući da inercija pokretne mase pada s kvadratom elektrode, prelazak sa elektrode od 20 mm na elektrodu od 10 mm smanjuje tu komponentu na četvrtinu. Ovo je opcija koju većina dizajnera zanemaruje.
Dodajte mjenjač ili veći motor.Reduktor dijeli inerciju opterećenja s kvadratom svog omjera, što je daleko efikasnije od povećanja veličine motora. Veći motor također podiže vlastitu inerciju, što pomaže u odnosu, ali košta struju i prostor.
Radni primjer: Osa kugličnog vijka
Horizontalna osa, čelični vijak prečnika 20 mm, dužine 1000 mm, nosi nosač od 50 kg, olovo od 10 mm, direktno spojeno na 400 W servo sa inercijom rotora oko 0,5 × 10⁻⁴ kg·m².
- Masa vijka: π × 0,01² × 1,0 × 7850 ≈ 2,47 kg
- Inercija vijka: ½ × 2,47 × 0,01² ≈ 1,24 × 10⁻⁴ kg·m²
- Inercija nosača: 50 × (0,010 / 2π)² ≈ 1,27 × 10⁻⁴ kg·m²
- Ukupna inercija opterećenja: ≈ 2,51 × 10⁻⁴ kg·m²
- Omjer: 2,51 / 0,5 ≈5:1
Pet prema jedan je izvodljivo uz normalno podešavanje. Ako bi se kolica udvostručila na 100 kg, omjer bi se popeo na otprilike 7,5:1 i os bi počela pokazivati prekoračenje. Prebacivanje te iste ose na vod od 5 mm smanjilo bi komponentu nosača na četvrtinu njene vrijednosti i vratilo omjer blizu 3:1.
Često postavljana pitanja
Da li je niži omjer inercije uvijek bolji?
Ne. Vrlo niski omjeri znače veliki motor u odnosu na opterećenje, što košta novac i struju. Tri do pet prema jedan je uobičajena slatka tačka za mašinske sjekire.
Da li je inercija spojnice bitna?
Na malim sjekirama, da. Spojnica s metalnim mehom na osi od 100 W može biti primjetan dio ukupne inercije. Na osi od 400 W obično je zanemarivo.
Mogu li izmjeriti omjer umjesto da ga izračunavam?
Da. Mnogi pogoni mogu pokrenuti rutinu identifikacije inercije tokom puštanja u rad. Koristite izračunatu cifru kao unakrsnu provjeru, jer izmjerena vrijednost ovisi o mehaničkom stanju u vrijeme mjerenja.
Zašto se omjer čini lošijim nakon dodavanja mjenjača?
Ili je inercija mjenjača velika u odnosu na njegov omjer, ili mjenjač uvodi usklađenost koju petlja očitava kao meko opterećenje. Provjerite oba prije nego pretpostavite da je proračun pogrešan.
Pošaljite nam podatke o osovini
Dajte nam pokretnu masu, prečnik vijka, olovo, hod i potrebno ubrzanje, a mi ćemo izračunati omjer i preporučitiservo motorivozačkombinacija koja ostavlja marginu za podešavanje. Ako već imate fiksiran mehanički dizajn, pošaljite i to i mi ćemo raditi na osnovu vaših stvarnih brojeva.Pošaljite podatke svoje osovine.
