Επιλογή μηχανικής διεπαφής Selsyn: Διάμετρος άξονα, φλάντζα και διαστάσεις τοποθέτησης—Η ακρίβεια μπορεί να καταρρεύσει με τη μικρότερη απόκλιση

Όταν οι ηλεκτρικές παράμετροι του α ο αναλυτής έχουν επιλεγεί σωστά, το σύστημα μπορεί να εξακολουθεί να παρουσιάζει διακυμάνσεις γωνίας και μετατόπιση μηδενικής θέσης. Το πρόβλημα συχνά δεν βρίσκεται στο κύκλωμα αποκωδικοποίησης αλλά σε ένα πιο κρυφό μέρος: τη μηχανική διεπαφή. Ένας αναλυτής μετρά ουσιαστικά τη γωνία μέσω της ηλεκτρομαγνητικής σύζευξης μεταξύ του στάτορα και του ρότορα. Οποιαδήποτε εκκεντρότητα τοποθέτησης, αξονική κακή ευθυγράμμιση ή χαλαρή εφαρμογή θα παραμορφώσει άμεσα τη συμμετρία του μαγνητικού πεδίου του διακένου αέρα και θα εγγράψει σφάλματα στο σήμα εξόδου. Ο πυρήνας της επιλογής μηχανικής διεπαφής βρίσκεται ακριβώς στις τρεις διαστάσεις που φαίνεται να έχουν 'χωρίς τεχνικό περιεχόμενο':  πώς να ταιριάζει με τη διάμετρο του άξονα, πώς να ορίσετε τη φλάντζα και πόσο περιθώριο να αφήσετε για τις διαστάσεις τοποθέτησης.

Διάμετρος άξονα: 'Ταιριάζει' δεν είναι αρκετή

Η σύνδεση μεταξύ του ρότορα του αναλυτή και του άξονα του κινητήρα είναι το φυσικό σημείο εκκίνησης ολόκληρης της αλυσίδας σήματος. Το πρώτο βήμα στην επιλογή είναι να προσδιοριστεί η εσωτερική διάμετρος του ρότορα του αναλυτή με βάση την πραγματική διάμετρο του άξονα του κινητήρα. Η λογική επιλογής των κατασκευαστών είναι συνήθως η εξής: προσδιορίστε την εσωτερική διάμετρο του ρότορα του αναλυτή σύμφωνα με τη διάμετρο του άξονα του ρότορα κινητήρα και είναι δυνατή η προσαρμογή ανάλογα με τη διάμετρο του άξονα. Οι κοινές προδιαγραφές διαμπερούς κοίλου άξονα καλύπτουν μεγέθη όπως 6 mm, 8 mm, 9,52 mm και 12,7 mm, ενώ οι κωνικοί άξονες περιλαμβάνουν επιλογές 9 mm ή 12 mm με κωνικότητα 1:10.

Ωστόσο, το 'fitting over' είναι μόνο η ουσία. Η πραγματική κρίση επιλογής έγκειται στη  φύση της προσαρμογής . Μεταξύ του ρότορα ενός αναλυτή χωρίς πλαίσιο και του άξονα,  ελαφριά προσαρμογή διάκενου αντί για παρεμβολή ή σφιχτή εφαρμογή.  συνιστάται μια Ο οδηγός στερέωσης της Dynapar παρέχει ένα εύρος αναφοράς από 0,0002 έως 0,001 ίντσες (περίπου 0,005 mm έως 0,025 mm) μεταξύ του άξονα και της εσωτερικής διαμέτρου του ρότορα, για να αποφευχθούν προσαρμογές γραμμής σε γραμμή ή παρεμβολές. Μια προσαρμογή παρεμβολής μπορεί να φαίνεται 'ασφαλής', αλλά στην πραγματικότητα μπορεί να προκαλέσει κάμψη άξονα ή παραμόρφωση του πυρήνα του ρότορα κατά τη συναρμολόγηση με πίεση, η οποία αντ' αυτού βλάπτει την ομοιομορφία του διακένου αέρα. Αν και οι προσαρμογές με νάρθηκα ή με κλειδί απαιτούν χαμηλότερη δύναμη πίεσης, τα διάκενα μηχανικής κατεργασίας και συναρμολόγησης ενδέχεται να εισάγουν πρόσθετα εξαρτήματα εκκεντρικότητας.

Υπάρχει μια άλλη λεπτομέρεια που εύκολα παραβλέπεται:  οι συντελεστές θερμικής διαστολής του άξονα και των υλικών του ρότορα αναλυτή πρέπει να είναι όσο το δυνατόν πιο κοντά . Εάν ο άξονας του κινητήρα είναι χάλυβας ενώ το χιτώνιο του ρότορα του αναλυτή είναι κατασκευασμένο από υλικό με σημαντικά διαφορετική συμπεριφορά θερμικής διαστολής, το διάκενο προσαρμογής θα αλλάξει μετά την άνοδο της θερμοκρασίας και το διάκενο αέρα που ρυθμίστηκε αρχικά μπορεί να μετατοπιστεί στη θερμή κατάσταση.

Φλάντζα: Η δομική μορφή καθορίζει 'Ποιος αναλαμβάνει την ευθύνη για την ευθυγράμμιση'

Η δομή της φλάντζας ενός αναλυτή απαντά ουσιαστικά σε ένα ερώτημα:  ποιος εγγυάται την ακρίβεια θέσης του στάτορα . Διαφορετικές μορφές φλάντζας αντιστοιχούν σε διαφορετικούς τρόπους κατανομής της ευθύνης ευθυγράμμισης.

Ο τύπος άμεσης τοποθέτησης χωρίς πλαίσιο  είναι η πιο «γυμνή» λύση: ο στάτορας είναι στερεωμένος απευθείας στο περίβλημα του εξοπλισμού, ο ρότορας είναι τοποθετημένος στον κινητήριο άξονα και ο ίδιος ο αναλυτής δεν έχει έδρα. Η ομοαξονικότητα μεταξύ στάτορα και ρότορα εξαρτάται εξ ολοκλήρου από την ακρίβεια μηχανικής κατεργασίας και συναρμολόγησης του εξοπλισμού. Αυτός ο τύπος είναι κατάλληλος για σενάρια με περιορισμένο χώρο και υψηλές απαιτήσεις ελαφρού βάρους, αλλά κατά την εγκατάσταση η ομοαξονικότητα μεταξύ στάτορα και ρότορα πρέπει να ελέγχεται εντός ≤0,05 mm. Θέτει τις υψηλότερες απαιτήσεις στη μηχανική τεχνογνωσία του σχεδιαστή εξοπλισμού και προσφέρει επίσης τη μεγαλύτερη ελευθερία.

Ο τύπος βάσης με φλάντζα  έχει άκρο στήριξης και οπές μπουλονιού στο περίβλημα του αναλυτή και χρησιμοποιεί την εφαρμογή μεταξύ του πείρου και της ακραίας όψης του εξοπλισμού για 'προτοποθέτηση'. Αφού ενσωματωθεί το ρουλεμάν, η σχετική θέση του στάτορα και του ρότορα έχει ήδη βαθμονομηθεί στο εργοστάσιο. Κατά την εγκατάσταση, είναι απαραίτητο μόνο να ευθυγραμμίσετε το πείρο της φλάντζας με την αντίστοιχη εσοχή στην ακραία όψη του εξοπλισμού και να σφίξετε τα μπουλόνια. Η ακρίβεια ευθυγράμμισης εξασφαλίζεται από την καθετότητα του πείρου της φλάντζας και της τελικής όψης, καθιστώντας αυτόν τον τύπο κατάλληλο για βαρύ εξοπλισμό ή συνθήκες εργασίας με μεγάλους κραδασμούς. Το κόστος είναι μεγαλύτερο αξονικό μήκος και υψηλότερο κόστος, και το ίδιο το στόμιο φλάντζας γίνεται ένας νέος σύνδεσμος σφάλματος - το διάκενο προσαρμογής μεταξύ του πείρου και της εσοχής του εξοπλισμού και η καθετότητα της ακραίας όψης προς τον άξονα, πρέπει ακόμα να συμπεριληφθούν στην αλυσίδα ανοχής.

Ο τύπος ενσωματωμένου σε ρουλεμάν  ενσωματώνει περαιτέρω το ρουλεμάν εσωτερικά, με τον ρότορα ενσωματωμένο στο ρουλεμάν, ώστε να μπορεί να τοποθετηθεί απευθείας στον άξονα μετάδοσης κίνησης χωρίς ο εξοπλισμός να χρειάζεται να παρέχει πρόσθετη δομή στήριξης. Απορροφά την 'ευθυγράμμιση' στον ίδιο τον αναλυτή στο μέγιστο βαθμό, αλλά κατά την επιλογή είναι απαραίτητο να επιβεβαιωθεί εάν η χωρητικότητα αξονικού και ακτινικού φορτίου του ρουλεμάν ταιριάζουν με τις συνθήκες εργασίας και εάν η μέγιστη ταχύτητα του αναλυτή καλύπτει τις απαιτήσεις εφαρμογής.

Η ουσία της επιλογής φλάντζας είναι μια αντιστάθμιση μεταξύ  της ικανότητας ακρίβειας του εξοπλισμού, του αξονικού χώρου, του κόστους και της ευκολίας εγκατάστασης . Εάν η ακραία όψη του εξοπλισμού έχει υψηλή ακρίβεια κατεργασίας και ο χώρος είναι στενός, η άμεση τοποθέτηση χωρίς πλαίσιο είναι μια λογική επιλογή. Εάν οι συνθήκες συναρμολόγησης επί τόπου είναι περιορισμένες και απαιτείται γρήγορη τοποθέτηση, ο τύπος βάσης με φλάντζα χρησιμοποιεί το spigot για να 'εξωτερική ανάθεση' στο περίβλημα του αναλυτή και είναι πιο αξιόπιστο.

Αλυσίδα ανοχής διαστάσεων τοποθέτησης: Η εκκεντρότητα και η αξονική κακή ευθυγράμμιση είναι άμεσοι δολοφόνοι της ακρίβειας

Η ακρίβεια εξόδου του αναλυτή είναι εξαιρετικά ευαίσθητη στην  ακτινική εκκεντρότητα  και  την αξονική κακή ευθυγράμμιση  μεταξύ του στάτορα και του ρότορα. Ένας αναλυτής μεταβλητής απροθυμίας διαμορφώνει το σήμα μέσω περιοδικών αλλαγών στο διάκενο αέρα μεταξύ των δοντιών του στάτη και των προεξοχών του δρομέα. Η εκκεντρότητα αλλάζει τη χωρική κατανομή της διαπερατότητας του διακένου αέρα και εισάγει στοιχεία σφάλματος που εξαρτώνται από τη θέση στην έξοδο.

Το γενικό πλαίσιο ανοχής τοποθέτησης που δίνεται από τη Dynapar μπορεί να χρησιμεύσει ως βασική γραμμή σχεδίασης:  η αξονική κακή ευθυγράμμιση  (αξονική απόκλιση ή μεταβολή διαστάσεων μεταξύ των επιφανειών στερέωσης του ρότορα και του στάτη) δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 0,015 in. (περίπου 0,38 mm).  Η ακτινική εκκεντρότητα  (εκκεντρότητα μεταξύ των επιφανειών στερέωσης του ρότορα και του στάτη) δεν πρέπει να υπερβαίνει τα 0,003 ίντσες (περίπου 0,076 mm). και η  όψη ώμου του πείρου στήριξης  πρέπει να είναι κάθετη προς την οπή και τον άξονα, με την καθετότητα να ελέγχεται εντός 0,0005 in. (περίπου 0,013 mm). Η μηχανική έννοια αυτών των αριθμών είναι σαφής: η ανοχή εκκεντρότητας είναι περίπου πέντε φορές πιο αυστηρή από την αξονική ανοχή, υποδεικνύοντας ότι  η ακτινική ευθυγράμμιση είναι η κύρια πτυχή της σύγκρουσης ακρίβειας.

Το GB/T 10241—2020 ενσωματώνει επίσης την «ομοαξονικότητα των επιφανειών τοποθέτησης» και την «καθετότητα των ακραίων όψεων στερέωσης» σε τεχνικές απαιτήσεις και μεθόδους δοκιμής σε τυπικό επίπεδο, πράγμα που σημαίνει ότι αυτοί οι δύο δείκτες έχουν αυξηθεί από τις «προτάσεις κατασκευαστή» σε στοιχεία προδιαγραφών που μπορούν να επιθεωρηθούν.

Όταν σχεδιάζετε πραγματικά την αλυσίδα ανοχής, δεν πρέπει να εστιάσετε μόνο στην όψη στερέωσης του ίδιου του αναλυτή.  Το διάκενο προσαρμογής μεταξύ του ρότορα και του άξονα του κινητήρα, το διάκενο προσαρμογής μεταξύ του πείρου της φλάντζας του στάτη και της ακραίας όψης του εξοπλισμού και η καθετότητα της ακραίας όψης σε σχέση με τον άξονα — αυτά τα τρία τμήματα σφάλματος συσσωρεύονται σε σειρά στην τελική ομοιομορφία του διακένου αέρα. Μια πρακτική αρχή είναι να αντιμετωπίζεται η ανοχή τοποθέτησης του αναλυτή ως ο  τελικός κρίκος της αλυσίδας ανοχής του συστήματος  και να κατανέμεται ανάλογα, αφήνοντας εύλογο περιθώριο για την ανάντη μηχανική κατεργασία και συναρμολόγηση αντί να συγκεντρώνεται όλο το περιθώριο στο βήμα στερέωσης του αναλυτή.

Λίστα ελέγχου επιλογής: Από τον άξονα στη φλάντζα, μετά στην επαλήθευση

Συνδέοντας την παραπάνω λογική, η επιλογή μηχανικής διεπαφής του αναλυτή μπορεί να προχωρήσει σε τρία βήματα.

Βήμα 1: Κλειδώστε τη διάμετρο του άξονα και καθορίστε την εφαρμογή.  Μετρήστε ή επιβεβαιώστε την πραγματική διάμετρο και την ανοχή του άξονα του κινητήρα και επιλέξτε έναν ρότορα με την αντίστοιχη προδιαγραφή εσωτερικής διαμέτρου. Προτιμήστε μια ελαφριά εφαρμογή και αποφύγετε παρεμβολές. επιβεβαιώστε ότι η συμπεριφορά θερμικής διαστολής των υλικών του άξονα και του ρότορα ταιριάζει κατά προσέγγιση. Εάν η διάμετρος του άξονα δεν είναι τυπική, η προσαρμογή της εσωτερικής διαμέτρου του ρότορα είναι μια κοινή πρακτική, αλλά ο χρόνος και το κόστος προσαρμογής πρέπει να αξιολογηθούν εκ των προτέρων.

Βήμα 2: Κατανομή της φλάντζας σύμφωνα με την ευθύνη ακρίβειας του εξοπλισμού.  Μπορεί η ακραία όψη του εξοπλισμού να παρέχει μια ακίδα υψηλής ακρίβειας και κάθετη ακραία όψη; Εάν ναι, η απευθείας τοποθέτηση χωρίς πλαίσιο μπορεί να προσφέρει μια πιο συμπαγή δομή. Εάν οι συνθήκες επιτόπιας συναρμολόγησης είναι περιορισμένες ή απαιτείται γρήγορη αντικατάσταση, η τοποθέτηση του πείρου του τύπου με φλάντζα είναι πιο βολική. Εάν ο ίδιος ο εξοπλισμός δεν μπορεί να παρέχει υποστήριξη ρουλεμάν για τον αναλυτή, ο ενσωματωμένος σε ρουλεμάν τύπος είναι η φυσική επιλογή. Ο κύκλος βήματος της οπής μπουλονιού της φλάντζας, η διάμετρος του πείρου και το αξονικό βάθος τοποθέτησης πρέπει να αντιστοιχίζονται ανά στοιχείο με την ακραία όψη του εξοπλισμού. Δεν μπορεί κανείς απλώς να ελέγξει ότι 'η εξωτερική διάμετρος είναι περίπου σωστή.'

Βήμα 3: Η επαλήθευση μηδενικής θέσης μετά την εγκατάσταση δεν μπορεί να παραλειφθεί.  Ακόμα κι αν η μηχανική διεπαφή είναι ευθυγραμμισμένη, η ηλεκτρική θέση μηδέν μπορεί να εξακολουθεί να αποκλίνει από τη θέση του μαγνητικού πόλου του κινητήρα. Για τους αναλυτές που χρησιμοποιούνται για εναλλαγή, η τυπική πρακτική είναι: πρώτα στερεώστε προσωρινά τον στάτορα, στη συνέχεια χρησιμοποιήστε την ενεργοποίηση συνεχούς ρεύματος για να 'κλειδώσετε τον άξονα' ή να επαναφέρετε τον κινητήρα και να παρατηρήσετε τη διασταύρωση μηδέν πίσω-EMF, περιστρέψτε τον στάτορα μέχρι το σήμα μηδενικής θέσης του αναλυτή να ευθυγραμμιστεί με τους μαγνητικούς πόλους του κινητήρα και, στη συνέχεια, σφίξτε τελικά. Ανεξάρτητα από το πόσο καλά ελέγχονται οι μηχανικές ανοχές, εάν η μηδενική θέση αποκλίνει κατά αρκετούς ηλεκτρικούς βαθμούς, η απόδοση της εναλλαγής θα εξακολουθεί να επιδεινώνεται σημαντικά.

Η επιλογή μηχανικής διεπαφής επίλυσης είναι ουσιαστικά ένα  πρόβλημα κατανομής σφάλματος : η προσαρμογή διαμέτρου άξονα καθορίζει πόσο 'σφιχτά' ακολουθεί ο ρότορας τον άξονα, η δομή της φλάντζας καθορίζει πώς 'οριστικά' ο στάτορας είναι αγκυρωμένος στο περίβλημα και η ανοχή τοποθέτησης καθορίζει την 'πιστότητα' του air-gap sym. Εάν κάποιος από αυτούς τους τρεις συνδέσμους είναι χαλαρός, ανεξάρτητα από το πόσο υψηλές είναι οι ονομαστικές ηλεκτρικές προδιαγραφές, η ένδειξη γωνίας στο άκρο του άξονα θα διακυβευτεί. Ξεκαθαρίστε πρώτα τη μηχανική διαδρομή του άξονα και της φλάντζας και, στη συνέχεια, ελέγξτε τις ηλεκτρικές παραμέτρους—αυτό συχνά οδηγεί σε λιγότερες παρακάμψεις από το να το κάνετε αντίστροφα.