Sélection de l'interface mécanique Selsyn : diamètre de l'arbre, dimensions de la bride et du montage – la précision peut s'effondrer au moindre écart

Lorsque les paramètres électriques d'un résolveur sont sélectionnés correctement, le système peut toujours présenter une fluctuation d’angle et une dérive de la position zéro. Le problème ne réside souvent pas dans le circuit de décodage mais dans un endroit plus caché : l’interface mécanique. Un résolveur mesure essentiellement l’angle grâce au couplage électromagnétique entre le stator et le rotor. Toute excentricité de montage, désalignement axial ou ajustement lâche déformera directement la symétrie du champ magnétique de l'entrefer et écrira des erreurs dans le signal de sortie. Le cœur de la sélection de l'interface mécanique réside précisément dans trois dimensions qui semblent n'avoir « aucun contenu technique » :  comment faire correspondre le diamètre de l'arbre, comment définir la bride et quelle marge laisser pour les dimensions de montage..

Diamètre de l'arbre : « Il s'ajuste » n'est pas suffisant

La connexion entre le rotor du résolveur et l'arbre du moteur constitue le point de départ physique de toute la chaîne de signaux. La première étape de la sélection consiste à déterminer le diamètre intérieur du rotor du résolveur en fonction du diamètre réel de l'arbre du moteur. La logique de sélection des fabricants est généralement la suivante : déterminer le diamètre intérieur du rotor du résolveur en fonction du diamètre de l'arbre du rotor du moteur, et une personnalisation en fonction du diamètre de l'arbre est possible. Les spécifications courantes des arbres creux traversants couvrent des tailles telles que 6 mm, 8 mm, 9,52 mm et 12,7 mm, tandis que les arbres coniques incluent des options de 9 mm ou 12 mm avec un cône 1:10.

Cependant, « l'ajustement par-dessus » n'est que l'essentiel. Le véritable jugement de sélection réside dans la  nature de l'ajustement . Entre le rotor d'un résolveur sans cadre et l'arbre, un  léger ajustement avec jeu  est recommandé plutôt qu'un ajustement serré ou serré. Le guide de montage de Dynapar donne une plage de référence de 0,0002 à 0,001 po de jeu (environ 0,005 mm à 0,025 mm) entre l'arbre et le diamètre intérieur du rotor, pour éviter les ajustements ligne à ligne ou les ajustements serrés. Un ajustement serré peut sembler « sûr », mais en réalité, il peut introduire une flexion de l'arbre ou une déformation du noyau du rotor lors du montage à la presse, ce qui endommage l'uniformité de l'entrefer. Bien que les ajustements cannelés ou clavetés nécessitent une force de pression inférieure, leurs jeux d'usinage et d'assemblage peuvent introduire des composants d'excentricité supplémentaires.

Il existe un autre détail qui passe facilement inaperçu :  les coefficients de dilatation thermique des matériaux de l'arbre et du rotor du résolveur doivent être aussi proches que possible . Si l'arbre du moteur est en acier alors que le manchon du rotor du résolveur est constitué d'un matériau ayant un comportement de dilatation thermique significativement différent, le jeu d'ajustement changera après l'augmentation de la température et l'entrefer initialement ajusté peut se déplacer à chaud.

Bride : la forme structurelle détermine « qui assume la responsabilité de l'alignement »

La structure à bride d'un résolveur répond essentiellement à une question :  qui garantit la précision de position du stator ? Différentes formes de bride correspondent à différentes manières d'attribuer la responsabilité de l'alignement.

Le type à montage direct sans cadre  est la solution la plus « nue » : le stator est fixé directement sur le boîtier de l'équipement, le rotor est monté sur l'arbre d'entraînement et le résolveur lui-même n'a aucun roulement. La coaxialité entre stator et rotor dépend entièrement de la précision d’usinage et d’assemblage de l’équipement. Ce type convient aux scénarios avec un espace limité et des exigences élevées en matière de légèreté, mais lors de l'installation, la coaxialité entre le stator et le rotor doit être contrôlée dans une plage ≤0,05 mm. Il impose les plus hautes exigences à l'expertise mécanique du concepteur d'équipement et offre également la plus grande liberté.

Le type à montage sur bride  est doté d'un embout de montage et de trous de boulons sur le boîtier du résolveur, et utilise l'ajustement entre l'embout et la face d'extrémité de l'équipement pour le « prépositionnement ». Une fois le roulement intégré, la position relative du stator et du rotor a déjà été calibrée en usine. Lors de l'installation, il suffit d'aligner l'embout de la bride avec l'évidement correspondant sur la face d'extrémité de l'équipement et de serrer les boulons. La précision de l'alignement est assurée par le tourillon de la bride et la perpendiculaire de la face d'extrémité, ce qui rend ce type adapté aux équipements lourds ou aux conditions de travail avec de fortes vibrations. Le coût est une plus grande longueur axiale et un coût plus élevé, et le tourillon de bride lui-même devient un nouveau lien d'erreur : le jeu d'ajustement entre le tourillon et l'évidement de l'équipement, ainsi que la circularité de la face d'extrémité par rapport à l'axe, doivent toujours être inclus dans la chaîne de tolérances.

Le type à roulement intégré  intègre en outre le roulement en interne, le rotor étant intégré au roulement, de sorte qu'il peut être monté directement sur l'arbre d'entraînement sans que l'équipement ait besoin de fournir une structure de support supplémentaire. Il absorbe au maximum « l'alignement » dans le résolveur lui-même, mais lors de la sélection, il est nécessaire de confirmer si les capacités de charge axiale et radiale du roulement correspondent aux conditions de travail et si la vitesse maximale du résolveur couvre les exigences de l'application.

L'essence du choix des brides est un compromis entre  la capacité de précision de l'équipement, l'espace axial, le coût et la facilité d'installation . Si la face d'extrémité de l'équipement présente une précision d'usinage élevée et que l'espace est restreint, le montage direct sans cadre est un choix raisonnable ; si les conditions d'assemblage sur site sont limitées et qu'un positionnement rapide est requis, le type à montage sur bride utilise le robinet pour « externaliser » l'alignement sur le boîtier du résolveur et est plus fiable.

Chaîne de tolérance des dimensions de montage : l'excentricité et le désalignement axial sont des tueurs directs de précision

La précision de sortie du résolveur est extrêmement sensible à  l'excentricité radiale  et  au désalignement axial  entre le stator et le rotor. Un résolveur à réluctance variable module le signal grâce à des changements périodiques dans l'entrefer entre les dents du stator et les saillies du rotor. L'excentricité modifie la distribution spatiale de la perméance de l'entrefer et introduit des composantes d'erreur dépendant de la position dans la sortie.

Le cadre général de tolérance de montage donné par Dynapar peut servir de référence de conception :  le désalignement axial  (déviation axiale ou variation dimensionnelle entre les faces de montage du rotor et du stator) ne doit pas dépasser 0,015 po (environ 0,38 mm) ;  l'excentricité radiale  (excentricité entre les faces de montage du rotor et du stator) ne doit pas dépasser 0,003 po (environ 0,076 mm) ; et la  face épaulée du tourillon de montage  doit être perpendiculaire à l'alésage et à l'arbre, avec une circularité contrôlée à moins de 0,0005 po (environ 0,013 mm). La signification technique de ces chiffres est claire : la tolérance d'excentricité est environ cinq fois plus stricte que la tolérance axiale, ce qui indique que  l'alignement radial est l'aspect principal du conflit de précision..

GB/T 10241—2020 intègre également la « coaxialité des surfaces de montage des raccords » et la « perpendularité des faces d'extrémité des raccords de montage » dans les exigences techniques et les méthodes de test au niveau standard, ce qui signifie que ces deux indicateurs sont passés des « recommandations du fabricant » aux éléments de spécification inspectables.

Lors de la conception de la chaîne de tolérances, il ne faut pas se concentrer uniquement sur la face de montage du résolveur.  Le jeu d'ajustement entre le rotor et l'arbre du moteur, le jeu d'ajustement entre le tourillon de la bride du stator et la face d'extrémité de l'équipement, et la circularité de la face d'extrémité par rapport à l'axe - ces trois segments d'erreur s'accumulent en série sur l'uniformité finale de l'entrefer. Un principe pratique consiste à traiter la tolérance de montage du résolveur comme le  maillon final de la chaîne de tolérance du système  et à l'attribuer en conséquence, en laissant une marge raisonnable pour l'usinage et l'assemblage en amont plutôt que de concentrer toute la marge sur l'étape de montage du résolveur.

Liste de contrôle de sélection : de l'arbre à la bride, puis à la vérification

En connectant la logique ci-dessus, la sélection de l'interface mécanique du résolveur peut se dérouler en trois étapes.

Étape 1 : Verrouillez le diamètre de l'arbre et définissez l'ajustement.  Mesurez ou confirmez le diamètre et la tolérance réels de l'arbre du moteur, et sélectionnez un rotor avec la spécification de diamètre intérieur correspondante. Préférez un ajustement avec un léger jeu et évitez les interférences ; confirmer que le comportement de dilatation thermique des matériaux de l'arbre et du rotor correspond à peu près. Si le diamètre de l'arbre n'est pas standard, la personnalisation du diamètre intérieur du rotor est une pratique courante, mais le délai et le coût de la personnalisation doivent être évalués à l'avance.

Étape 2 : Attribuez la bride en fonction de la responsabilité de précision de l'équipement.  La face d'extrémité de l'équipement peut-elle fournir un embout de haute précision et une face d'extrémité perpendiculaire ? Si tel est le cas, un montage direct sans cadre peut fournir une structure plus compacte. Si les conditions d'assemblage sur site sont limitées ou si un remplacement rapide est nécessaire, le positionnement du robinet du type à montage sur bride est plus pratique. Si l'équipement lui-même ne peut pas fournir un support de roulement au résolveur, le type à roulement intégré est le choix naturel. Le cercle primitif du trou de boulon de la bride, le diamètre du tourillon et la profondeur de montage axial doivent correspondre élément par élément à la face d'extrémité de l'équipement ; on ne peut pas simplement vérifier que « le diamètre extérieur est à peu près correct. »

Étape 3 : La vérification de la position zéro après l'installation ne peut être omise.  Même si l'interface mécanique est alignée, la position zéro électrique peut toujours s'écarter de la position du pôle magnétique du moteur. Pour les résolveurs utilisés pour la commutation, la pratique standard est la suivante : fixez d'abord temporairement le stator, puis utilisez l'alimentation CC pour « verrouiller l'arbre » ou entraînez le moteur en arrière et observez le passage à zéro de la FEM arrière, faites tourner le stator jusqu'à ce que le signal de position zéro du résolveur s'aligne avec les pôles magnétiques du moteur, puis serrez enfin. Quelle que soit la qualité du contrôle des tolérances mécaniques, si la position zéro s'écarte de plusieurs degrés électriques, les performances de commutation se détérioreront toujours de manière significative.

La sélection de l'interface mécanique du résolveur est essentiellement un  problème d'allocation d'erreur : l'ajustement du diamètre de l'arbre détermine la façon dont 'étroitement' le rotor suit l'arbre, la structure de la bride détermine la façon dont le stator est ancré 'définitivement' au boîtier, et la tolérance de montage détermine la 'fidélité' de la symétrie de l'entrefer. Si l'un de ces trois maillons est desserré, quelle que soit la valeur des spécifications électriques nominales, la lecture de l'angle à l'extrémité de l'arbre sera compromise. Clarifiez d'abord le trajet mécanique de l'arbre et de la bride, puis examinez les paramètres électriques. Cela entraîne souvent moins de détours que l'inverse.