Výběr mechanického rozhraní Selsyn: Průměr hřídele, příruby a montážní rozměry – přesnost se může zhroutit s nejmenší odchylkou

Když elektrické parametry a Pokud je resolver vybrán správně, systém může stále vykazovat kolísání úhlu a drift nulové polohy. Problém často není v dekódovacím obvodu, ale ve skrytějším místě: mechanickém rozhraní. Rezolver v podstatě měří úhel prostřednictvím elektromagnetické vazby mezi statorem a rotorem. Jakákoli montážní excentricita, axiální nesouosost nebo volné uložení přímo naruší symetrii magnetického pole vzduchové mezery a zapíše chyby do výstupního signálu. Jádro výběru mechanického rozhraní spočívá přesně ve třech rozměrech, které se zdají mít 'žádný technický obsah':  jak přizpůsobit průměr hřídele, jak definovat přírubu a jak velký prostor ponechat pro montážní rozměry.

Průměr hřídele: 'To se hodí' nestačí

Spojení mezi rotorem resolveru a hřídelí motoru je fyzickým výchozím bodem celého signálního řetězce. Prvním krokem při výběru je určení vnitřního průměru rotoru resolveru na základě skutečného průměru hřídele motoru. Logika výběru výrobců je obvykle následující: určete vnitřní průměr rotoru resolveru podle průměru hřídele rotoru motoru a je možné přizpůsobení podle průměru hřídele. Běžné specifikace pro průchozí duté hřídele pokrývají velikosti jako 6 mm, 8 mm, 9,52 mm a 12,7 mm, zatímco kuželové hřídele zahrnují možnosti 9 mm nebo 12 mm s kuželem 1:10.

Nicméně 'vybavit se' je pouze konečný výsledek. Skutečný výběrový úsudek spočívá v povaze  shody . Mezi rotorem bezrámového rezolveru a hřídelí se doporučuje spíše  mírné uložení  než přesah nebo těsné uložení. Montážní příručka Dynapar udává referenční rozsah 0,0002 až 0,001 palce (přibližně 0,005 mm až 0,025 mm) mezi hřídelí a vnitřním průměrem rotoru, aby se zabránilo vzájemnému lícování nebo vzájemnému uložení. Přesahující uložení se může jevit jako 'bezpečné', ale ve skutečnosti může způsobit ohnutí hřídele nebo deformaci jádra rotoru během lisování, což místo toho poškodí rovnoměrnost vzduchové mezery. Ačkoli drážková nebo perová uložení vyžadují nižší lisovací sílu, jejich obráběcí a montážní vůle mohou způsobit další součásti excentricity.

Existuje další detail, který lze snadno přehlédnout:  koeficienty tepelné roztažnosti hřídele a materiálů rotoru resolveru by se měly co nejvíce blížit . Pokud je hřídel motoru ocelová, zatímco pouzdro rotoru resolveru je vyrobeno z materiálu s výrazně odlišným chováním při tepelné roztažnosti, vůle se po zvýšení teploty změní a vzduchová mezera, která byla původně nastavena, se může v horkém stavu posunout.

Příruba: Strukturální forma určuje 'Kdo přebírá odpovědnost za zarovnání'

Struktura příruby resolveru v podstatě odpovídá na jednu otázku:  kdo garantuje polohovou přesnost statoru . Různé tvary přírub odpovídají různým způsobům přiřazení odpovědnosti za vyrovnání.

Bezrámový typ s přímou montáží  je nejvíce 'holé' řešení: stator je připevněn přímo ke skříni zařízení, rotor je namontován na hnací hřídeli a samotný resolver nemá žádné ložisko. Souosost mezi statorem a rotorem zcela závisí na přesnosti obrábění a montáže zařízení. Tento typ je vhodný pro scénáře s omezeným prostorem a vysokými požadavky na lehkost, ale během instalace musí být souosost mezi statorem a rotorem řízena v rozmezí ≤0,05 mm. Klade nejvyšší nároky na mechanickou odbornost konstruktéra zařízení a také nabízí největší svobodu.

Typ s montáží na přírubu  má montážní čep a otvory pro šrouby na skříni resolveru a používá lícování mezi čepem a čelní plochou zařízení pro 'předběžné umístění'. Po integraci ložiska byla relativní poloha statoru a rotoru již zkalibrována ve výrobě. Při instalaci je nutné pouze vyrovnat čep příruby s odpovídajícím vybráním na čelní straně zařízení a utáhnout šrouby. Přesnost vyrovnání je zajištěna čepem příruby a kolmostí čela, díky čemuž je tento typ vhodný pro těžká zařízení nebo pracovní podmínky s velkými vibracemi. Náklady jsou větší axiální délka a vyšší cena a samotný čep příruby se stává novým chybovým článkem – do tolerančního řetězce je stále třeba zahrnout lícovací vůli mezi čepem a vybráním zařízení a kolmost koncové plochy k ose.

Typ s integrovaným ložiskem  dále obsahuje ložisko uvnitř, s rotorem integrovaným s ložiskem, takže jej lze namontovat přímo na hnací hřídel, aniž by zařízení potřebovalo poskytnout další nosnou konstrukci. V největší míře absorbuje 'souosost' do samotného resolveru, ale při výběru je nutné ověřit, zda axiální a radiální únosnost ložiska odpovídá pracovním podmínkám a zda vlastní maximální otáčky rezolveru pokrývají požadavky aplikace.

Podstatou výběru příruby je kompromis mezi  přesností zařízení, axiálním prostorem, cenou a snadností instalace . Pokud má čelní plocha zařízení vysokou přesnost obrábění a je málo místa, je bezrámová přímá montáž rozumnou volbou; pokud jsou podmínky montáže na místě omezené a je vyžadováno rychlé umístění, typ s přírubovou montáží používá čep k 'externímu' zarovnání s pouzdrem resolveru a je spolehlivější.

Toleranční řetěz montážních rozměrů: Excentricita a axiální nesouosost jsou přímými zabijáky přesnosti

Přesnost výstupu resolveru je extrémně citlivá na  radiální excentricitu  a  axiální nesouosost  mezi statorem a rotorem. Reluktance resolver moduluje signál prostřednictvím periodických změn ve vzduchové mezeře mezi zuby statoru a výběžky rotoru. Excentricita mění prostorové rozložení propustnosti vzduchové mezery a zavádí na výstup závislé chybové složky.

Obecný rámec montážních tolerancí daný Dynaparem může sloužit jako základ návrhu:  axiální nesouosost  (axiální odchylka nebo rozměrová odchylka mezi montážními plochami rotoru a statoru) by neměla překročit 0,015 palce (přibližně 0,38 mm);  radiální excentricita  (excentricita mezi montážními plochami rotoru a statoru) by neměla překročit 0,003 palce (přibližně 0,076 mm); a  lícní plocha montážního čepu  by měla být kolmá k otvoru a hřídeli, s kolmostí regulovanou v rozmezí 0,0005 palce (přibližně 0,013 mm). Technický význam těchto čísel je jasný: tolerance excentricity je asi pětkrát těsnější než axiální tolerance, což naznačuje, že  radiální vyrovnání je hlavním aspektem konfliktu přesnosti..

GB/T 10241—2020 také začleňuje 'souosost montážních lícovacích ploch' a 'kolmost montážních lícovacích ploch' do technických požadavků a zkušebních metod na standardní úrovni, což znamená, že tyto dva indikátory povýšily z 'doporučení výrobce' na kontrolované položky specifikací.

Při samotném návrhu tolerančního řetězce bychom se neměli soustředit pouze na vlastní montážní plochu resolveru.  Lícovací vůle mezi rotorem a hřídelí motoru, lícovací vůle mezi hrdlem příruby statoru a čelní plochou zařízení a kolmost čelní strany vzhledem k ose – tyto tři chybové segmenty se kumulují v sérii do konečné rovnoměrnosti vzduchové mezery. Praktickým principem je zacházet s tolerancí montáže resolveru jako s  koncovým článkem řetězce tolerancí systému  a podle toho ji přidělovat, ponechat přiměřenou rezervu pro předřazené obrábění a montáž spíše než soustředit veškerou rezervu na krok montáže resolveru.

Kontrolní seznam pro výběr: Od hřídele k přírubě a poté k ověření

Po připojení výše uvedené logiky může výběr mechanického rozhraní resolveru probíhat ve třech krocích.

Krok 1: Zajistěte průměr hřídele a definujte lícování.  Změřte nebo potvrďte skutečný průměr a toleranci hřídele motoru a vyberte rotor s odpovídající specifikací vnitřního průměru. Preferujte uložení s mírnou vůlí a vyhněte se rušení; potvrdit, že chování materiálů hřídele a rotoru při tepelné roztažnosti zhruba odpovídá. Pokud je průměr hřídele nestandardní, je přizpůsobení vnitřního průměru rotoru běžnou praxí, ale je třeba předem vyhodnotit dobu a náklady přizpůsobení.

Krok 2: Přidělte přírubu podle odpovědnosti za přesnost zařízení.  Může čelní plocha zařízení poskytovat vysoce přesný čep a kolmou čelní plochu? Pokud ano, bezrámová přímá montáž může poskytnout kompaktnější konstrukci. Pokud jsou podmínky montáže na místě omezené nebo je potřeba rychlá výměna, je vhodnější umístění čepu typu s přírubovou montáží. Pokud samotné zařízení nemůže poskytnout podporu ložiska pro resolver, je přirozenou volbou typ s integrovaným ložiskem. Roztečnou kružnici děr pro šrouby, průměr hrdla a axiální montážní hloubku příruby je třeba sladit položku po položce s čelní plochou zařízení; nelze jednoduše zkontrolovat, zda 'vnější průměr je přibližně správný.'

Krok 3: Nelze vynechat ověření nulové polohy po instalaci.  I když je mechanické rozhraní vyrovnáno, elektrická nulová poloha se může stále lišit od polohy magnetického pólu motoru. U rezolverů používaných pro komutaci je standardní praxe: nejprve dočasně zafixujte stator, poté použijte stejnosměrné napájení k 'zablokování hřídele' nebo zpětnému pohonu motoru a pozorujte křížení nuly zpětného EMF, otáčejte statorem, dokud se signál nulové polohy resolveru nezarovná s magnetickými póly motoru, a nakonec utáhněte. Bez ohledu na to, jak dobře jsou řízeny mechanické tolerance, pokud se nulová poloha odchyluje o několik elektrických stupňů, komutační výkon se stále výrazně zhorší.

Výběr mechanického rozhraní resolveru je v podstatě  problém s alokací chyb : uložení průměru hřídele určuje, jak 'těsně' rotor sleduje hřídel, struktura příruby určuje, jak 'definitivně' je stator ukotven ke skříni, a tolerance montáže určuje 'věrnost' symetrie vzduchové mezery. Pokud je kterýkoli z těchto tří článků uvolněný, bez ohledu na to, jak vysoké jsou jmenovité elektrické specifikace, bude odečet úhlu na konci hřídele narušen. Nejprve vyjasněte mechanickou dráhu hřídele a příruby a poté zkontrolujte elektrické parametry – to často vede k menšímu počtu oklik, než kdybyste to dělali obráceně.