Selección de interfaz mecánica Selsyn: diámetro del eje, brida y dimensiones de montaje: la precisión puede colapsar con la desviación más pequeña

Cuando los parámetros eléctricos de un Si el resolutor se selecciona correctamente, es posible que el sistema aún presente fluctuaciones de ángulo y deriva de la posición cero. El problema muchas veces no está en el circuito decodificador sino en un lugar más oculto: la interfaz mecánica. Un resolver esencialmente mide el ángulo a través del acoplamiento electromagnético entre el estator y el rotor. Cualquier excentricidad del montaje, desalineación axial o ajuste flojo distorsionará directamente la simetría del campo magnético del entrehierro y escribirá errores en la señal de salida. El núcleo de la selección de la interfaz mecánica reside precisamente en tres dimensiones que parecen 'no tener contenido técnico':  cómo hacer coincidir el diámetro del eje, cómo definir la brida y cuánto margen dejar para las dimensiones de montaje..

Diámetro del eje: 'Encaja' no es suficiente

La conexión entre el rotor del resolver y el eje del motor es el punto de partida físico de toda la cadena de señales. El primer paso en la selección es determinar el diámetro interior del rotor del resolver en función del diámetro real del eje del motor. La lógica de selección de los fabricantes suele ser la siguiente: determine el diámetro interior del rotor del resolutor de acuerdo con el diámetro del eje del rotor del motor, y es posible la personalización según el diámetro del eje. Las especificaciones comunes de eje hueco pasante cubren tamaños como 6 mm, 8 mm, 9,52 mm y 12,7 mm, mientras que los ejes cónicos incluyen opciones de 9 mm o 12 mm con una conicidad de 1:10.

Sin embargo, 'adaptarse' es sólo el resultado final. El verdadero juicio de selección reside en la  naturaleza del ajuste . Entre el rotor de un resolver sin marco y el eje, se recomienda un  ajuste con ligera holgura  en lugar de un ajuste de interferencia o apretado. La guía de montaje de Dynapar proporciona un rango de referencia de 0,0002 a 0,001 pulgadas de espacio libre (aproximadamente 0,005 mm a 0,025 mm) entre el eje y el diámetro interior del rotor, para evitar ajustes de línea a línea o ajustes de interferencia. Un ajuste de interferencia puede parecer 'seguro', pero en realidad puede introducir flexión del eje o deformación del núcleo del rotor durante el ajuste a presión, lo que en cambio daña la uniformidad del entrehierro. Aunque los ajustes estriados o enchavetados requieren una menor fuerza de presión, sus holguras de mecanizado y montaje pueden introducir componentes de excentricidad adicionales.

Hay otro detalle que fácilmente se pasa por alto:  los coeficientes de expansión térmica del eje y los materiales del rotor del resolutor deben ser lo más parecidos posible . Si el eje del motor es de acero mientras que el manguito del rotor del resolutor está hecho de un material con un comportamiento de expansión térmica significativamente diferente, la holgura de ajuste cambiará después del aumento de temperatura y el entrehierro que se ajustó originalmente puede cambiar en el estado caliente.

Brida: La forma estructural determina 'Quién asume la responsabilidad de la alineación'

La estructura de brida de un resolver responde esencialmente a una pregunta:  ¿quién garantiza la precisión posicional del estator ? Diferentes formas de brida corresponden a diferentes formas de asignar la responsabilidad de alineación.

El tipo de montaje directo sin marco  es la solución más 'básica': el estator se fija directamente a la carcasa del equipo, el rotor se monta en el eje impulsor y el resolutor en sí no tiene cojinete. La coaxialidad entre estator y rotor depende enteramente de la precisión del mecanizado y montaje del equipo. Este tipo es adecuado para escenarios con espacio limitado y requisitos de gran peso ligero, pero durante la instalación la coaxialidad entre el estator y el rotor debe controlarse dentro de ≤0,05 mm. Impone las más altas exigencias a la experiencia mecánica del diseñador del equipo y también ofrece la mayor libertad.

El tipo de montaje con brida  tiene una espiga de montaje y orificios para pernos en la carcasa del resolutor, y utiliza el ajuste entre la espiga y la cara del extremo del equipo para el 'posicionamiento previo'. Una vez integrado el rodamiento, la posición relativa del estator y el rotor ya ha sido calibrada en fábrica. Durante la instalación, sólo es necesario alinear la espiga de la brida con el hueco correspondiente en el extremo del equipo y apretar los pernos. La precisión de la alineación está garantizada por la espiga de la brida y la perpendicularidad de la cara del extremo, lo que hace que este tipo sea adecuado para equipos pesados ​​o condiciones de trabajo con mucha vibración. El costo es una mayor longitud axial y un mayor costo, y la propia espiga de la brida se convierte en un nuevo eslabón de error: la holgura de ajuste entre la espiga y el hueco del equipo, y la perpendicularidad de la cara del extremo con respecto al eje, aún deben incluirse en la cadena de tolerancia.

El tipo con rodamiento integrado  incorpora además el rodamiento internamente, con el rotor integrado con el rodamiento, por lo que se puede montar directamente en el eje de transmisión sin que el equipo necesite proporcionar una estructura de soporte adicional. Absorbe la 'alineación' en el propio resolver en la mayor medida, pero durante la selección es necesario confirmar si las capacidades de carga axial y radial del rodamiento coinciden con las condiciones de trabajo y si la velocidad máxima del propio resolver cubre los requisitos de la aplicación.

La esencia de la selección de bridas es un equilibrio entre  la capacidad de precisión del equipo, el espacio axial, el costo y la facilidad de instalación . Si la cara del extremo del equipo tiene una alta precisión de mecanizado y el espacio es reducido, el montaje directo sin marco es una opción razonable; Si las condiciones de montaje en el sitio son limitadas y se requiere un posicionamiento rápido, el tipo de montaje en brida utiliza la espiga para 'subcontratar' la alineación con la carcasa del resolutor y es más confiable.

Cadena de tolerancia de dimensiones de montaje: la excentricidad y la desalineación axial matan directamente la precisión

La precisión de salida del resolver es extremadamente sensible a  la excentricidad radial  y  la desalineación axial  entre el estator y el rotor. Un solucionador de reluctancia variable modula la señal mediante cambios periódicos en el entrehierro entre los dientes del estator y las protuberancias del rotor. La excentricidad cambia la distribución espacial de la permeabilidad del entrehierro e introduce componentes de error dependientes de la posición en la salida.

El marco de tolerancia de montaje general proporcionado por Dynapar puede servir como base de diseño:  la desalineación axial  (desviación axial o variación dimensional entre las caras de montaje del rotor y el estator) no debe exceder 0,015 pulgadas (aproximadamente 0,38 mm);  la excentricidad radial  (excentricidad entre las caras de montaje del rotor y del estator) no debe exceder 0,003 pulgadas (aproximadamente 0,076 mm); y la  cara del hombro de la espiga de montaje  debe ser perpendicular al orificio y al eje, con una perpendicularidad controlada dentro de 0,0005 pulgadas (aproximadamente 0,013 mm). El significado de ingeniería de estos números es claro: la tolerancia de excentricidad es aproximadamente cinco veces más estricta que la tolerancia axial, lo que indica que  la alineación radial es el aspecto principal del conflicto de precisión..

GB/T 10241—2020 también incorpora la 'coaxialidad de las superficies de montaje de los accesorios' y la 'perpendicularidad de las caras de los extremos de los accesorios de montaje' en los requisitos técnicos y métodos de prueba a nivel estándar, lo que significa que estos dos indicadores han pasado de 'recomendaciones del fabricante' a elementos de especificaciones inspeccionables.

Al diseñar realmente la cadena de tolerancia, no se debe centrarse únicamente en la propia cara de montaje del resolutor.  La holgura de ajuste entre el rotor y el eje del motor, la holgura de ajuste entre la espiga de la brida del estator y la cara del extremo del equipo y la perpendicularidad de la cara del extremo con respecto al eje : estos tres segmentos de error se acumulan en serie hasta la uniformidad final del entrehierro. Un principio práctico es tratar la tolerancia de montaje del resolutor como el  eslabón final de la cadena de tolerancia del sistema  y asignarla en consecuencia, dejando un margen razonable para el mecanizado y ensamblaje aguas arriba en lugar de concentrar todo el margen en el paso de montaje del resolutor.

Lista de verificación de selección: del eje a la brida y luego a la verificación

Al conectar la lógica anterior, la selección de la interfaz mecánica del resolver puede realizarse en tres pasos.

Paso 1: Bloquee el diámetro del eje y defina el ajuste.  Mida o confirme el diámetro real y la tolerancia del eje del motor y seleccione un rotor con la especificación de diámetro interior correspondiente. Prefiera un ajuste con ligera holgura y evite interferencias; confirmar que el comportamiento de expansión térmica de los materiales del eje y del rotor coincide aproximadamente. Si el diámetro del eje no es estándar, personalizar el diámetro interior del rotor es una práctica común, pero el tiempo de entrega y el costo de la personalización deben evaluarse con anticipación.

Paso 2: Asigne la brida según la responsabilidad de precisión del equipo.  ¿Puede el extremo del equipo proporcionar una espiga de alta precisión y un extremo perpendicular? De ser así, el montaje directo sin marco puede proporcionar una estructura más compacta. Si las condiciones de montaje en el sitio son limitadas o se necesita un reemplazo rápido, la posición de la espiga del tipo de montaje con brida es más conveniente. Si el equipo por sí solo no puede proporcionar soporte de rodamiento para el resolutor, la opción natural es el tipo con rodamiento integrado. El círculo primitivo del orificio del perno de la brida, el diámetro de la espiga y la profundidad de montaje axial deben coincidir elemento por elemento con la cara del extremo del equipo; No se puede simplemente comprobar que 'el diámetro exterior sea el correcto'.

Paso 3: No se puede omitir la verificación de la posición cero después de la instalación.  Incluso si la interfaz mecánica está alineada, la posición cero eléctrica aún puede desviarse de la posición del polo magnético del motor. Para los resolutores utilizados para la conmutación, la práctica estándar es: primero fijar temporalmente el estator, luego usar energía de CC para 'bloquear el eje' o hacer retroceder el motor y observar el cruce por cero de la contraEMF, girar el estator hasta que la señal de posición cero del resolutor se alinee con los polos magnéticos del motor y, finalmente, apretar. Por muy bien que se controlen las tolerancias mecánicas, si la posición cero se desvía varios grados eléctricos, el rendimiento de la conmutación seguirá deteriorándose significativamente.

La selección de la interfaz mecánica del resolver es esencialmente un  problema de asignación de errores : el ajuste del diámetro del eje determina qué tan 'firmemente' el rotor sigue al eje, la estructura de la brida determina cuán 'definitivamente' está anclado el estator a la carcasa y la tolerancia de montaje determina la 'fidelidad' de la simetría del entrehierro. Si alguno de estos tres eslabones está flojo, no importa cuán altas sean las especificaciones eléctricas nominales, la lectura del ángulo en el extremo del eje se verá comprometida. Primero aclare la trayectoria mecánica del eje y la brida y luego revise los parámetros eléctricos; esto a menudo genera menos desvíos que hacerlo al revés.