Сервопривод: понятие
Сервопривод представляет собой механизм, обеспечивающий точное управление рабочими органами за счет датчиков обратной связи. Первые модели выполняли исключительно вспомогательные функции, однако, их современные аналоги, укомплектованные электроникой, помогают в решении гораздо большего спектра задач.
Классификация
Конструкция сервопривода в значительной степени зависит от его типа. Представлены следующие исполнения:
- Синхронные. Они помогают с максимальной точностью скорректировать частоту вращения вала, задать необходимый угол поворота, интенсивность набора скорости. Данные устройства быстро выходят на номинальные рабочие характеристики.
- Асинхронные. Активно используются в установках, работающих на малых оборотах, так как исключают даже минимальные отклонения скорости в подобных режимах.
Отдельно можно выделить электрогидромеханические сервоприводы, предполагающие наличие не только электрических компонентов, но и вспомогательного модуля, гидравлического цилиндра, увеличивающего быстродействие.
Конструктивные особенности
Если сравнить сервопривод со стандартным электромотором, то первый отличается возможностью точно скорректировать позицию вала. В категорию данного оборудования попадают все моторы, укомплектованные датчиками, отслеживающими определенные показатели, и блоками управления, обеспечивающими как неизменность этих показателей, так и их изменение в соответствии с внешними условиями.
Классический набор компонентов выглядит следующим образом:
- редукторные шестерни;
- выходной вал;
- подшипники и втулки;
- потенциометр;
- управляющая электроника;
- прочный корпус на винтовых крепежах;
- электромотор, работающий на постоянном токе;
- шестерни мотора.
Компоненты сервопривода и их задачи
Каждый элемент выполняет свою функцию. В случае с корпусом она вполне понятна – защита всех внутренних компонентов от внешних воздействий, как механических, так и атмосферных, обеспечение общей жесткости конструкции, прочности. С другими модулями все гораздо сложнее, они требуют более подробного изучения:
- Редуктор. Его задача – снижение скорости мотора, что исключает перегрузку, позволяет выполнять задачи, требующие особой точности, щадящего воздействия на обрабатываемую заготовку, деталь. Редуктор сформирован прочным корпусом, внутри которого находятся валы и шестерни, отвечающие за изменение и эффективную передачу крутящего момента.
- Выходной вал. Он вращается за счет шестеренок электромотора и передает усилие на оборудование, находящееся под управлением. Точность позиционирования вала достигается за счет датчиков обратной связи, передающих электрические сигналы на модуль управления. Функцию датчиков, в основном, выполняют энкодеры-потенциометра. Настройка потенциометра основана на изменении сопротивления, за счет чего меняется и угол поворота.
- Управляющая электроника. На нее поступает вся информация с датчиков, на основе чего принимается решение о запуске, остановке или корректировке производительности мотора. Именно электроника позволяет в полной мере автоматизировать оборудование. Чем сложнее электронная схема, тем более технологичным и функциональным является электропривод. Достигается не просто идеальная точность позиционирования рабочих органов, но и возможность задействования особых рабочих режимов, плавной остановки, разгона мотора.
- Проводники для подключения. Традиционная схема предполагает применение трех проводов, по двум идет питание, третий же провод остается сигнальным, используется для передачи управляющих команд.
Редукторные шестерни: материалы
Указанные компоненты могут быть выполнены из различных материалов, что сказывается на характеристиках сервопривода, его стоимости, надежности, приспособленности к жестким эксплуатационным нагрузкам. Используется следующее:
- Полимер, пластик, нейлон. Недорогие компоненты, выдерживающие продолжительное трение. Ограничение – слабая приспособленность к ударным нагрузкам, резким остановкам, способным привести к серьезным деформациям и даже полному разрушению. Такие детали лучше использовать в компактных сервоприводах бытового назначения.
- Металл. Массивные, тяжелые, но очень прочные компоненты, ориентированные на промышленные сервоприводы, подверженные ударным воздействиям. Наиболее распространены стальные шестерни, однако, в наиболее ответственных установках применяются титановые аналоги, дорогие, но более надежные. Минус – меньшая стойкость к постоянному трению, даже в сравнении с пластиком. Из-за твердости металла зубцы шестерни не сжимаются под нагрузкой, а стачиваются, так что спустя год может потребоваться замена.
- Карбон. “Золотая середина” между нейлоном и металлом. Легкие, но устойчивые как к трению, статичной нагрузке, так и к ударной. Стоимость довольно высокая.
Вал: особенности
Конструкция этого компонента различна, что обязательно нужно учитывать при подборе сервопривода:
- Монолитный, с сердечником. Ротор изготовлен из металла, предполагает наличие обмотки на основе проволоки и магнитов. Секционная конструкция приводит к тому, что ротор продуцирует посторонние вибрации, ограничивающие применение, исключающие возможность использования для выполнения наиболее точных работ. Плюс – доступная цена, более низкая, в сравнении с аналогами.
- Коллекторный, с полым ротором. Такой сердечник представляет собой цельную конструкцию, характеризуется минимальной массой, более отзывчив, вал вращается без лишних вибраций. Цена выше, однако, она вполне оправдана точностью контроля, стабильностью крутящего момента.
Наиболее технологичным решением для самого требовательного оборудования является бесколлекторный привод. Он обеспечивает максимум скорости и крутящего момента без вибраций, что важно для выполнения операций, предполагающих высокую точность.
