Selezione dell'interfaccia meccanica Selsyn: diametro dell'albero, flangia e dimensioni di montaggio: la precisione può crollare con la più piccola deviazione

Quando i parametri elettrici di a sono selezionati correttamente, il sistema potrebbe ancora presentare fluttuazioni dell'angolo e deriva della posizione zero. Spesso il problema non è nel circuito di decodifica ma in un posto più nascosto: l'interfaccia meccanica. Un risolutore misura essenzialmente l'angolo attraverso l'accoppiamento elettromagnetico tra lo statore e il rotore. Qualsiasi eccentricità di montaggio, disallineamento assiale o accoppiamento allentato distorcerà direttamente la simmetria del campo magnetico del traferro e scriverà errori nel segnale di uscita. Il fulcro della scelta dell'interfaccia meccanica risiede proprio in tre dimensioni che sembrano non avere 'nessun contenuto tecnico':  come abbinare il diametro dell'albero, come definire la flangia e quanto margine lasciare per le dimensioni di montaggio.

Diametro dell'albero: 'Si adatta' non è sufficiente

La connessione tra il rotore del risolutore e l'albero motore è il punto di partenza fisico dell'intera catena del segnale. Il primo passo nella selezione consiste nel determinare il diametro interno del rotore del risolutore in base al diametro effettivo dell'albero motore. La logica di selezione dei produttori è solitamente la seguente: determinare il diametro interno del rotore del risolutore in base al diametro dell'albero del rotore del motore ed è possibile la personalizzazione in base al diametro dell'albero. Le specifiche comuni dell'albero cavo passante coprono dimensioni quali 6 mm, 8 mm, 9,52 mm e 12,7 mm, mentre gli alberi conici includono opzioni da 9 mm o 12 mm con una conicità 1:10.

Tuttavia, l''adattamento' è solo la conclusione. Il vero giudizio selettivo risiede nella  natura dell'adattamento . Tra il rotore di un risolutore senza telaio e l'albero, si consiglia un  leggero gioco  piuttosto che un'interferenza o un accoppiamento stretto. La guida di montaggio Dynapar fornisce un intervallo di riferimento compreso tra 0,0002 e 0,001 pollici di gioco (circa tra 0,005 mm e 0,025 mm) tra l'albero e il diametro interno del rotore, per evitare accoppiamenti da linea a linea o accoppiamenti con interferenza. Un accoppiamento con interferenza può sembrare 'sicuro', ma in realtà può introdurre la flessione dell'albero o la deformazione del nucleo del rotore durante il montaggio a pressione, che invece danneggia l'uniformità del traferro. Sebbene gli accoppiamenti scanalati o con chiavetta richiedano una forza di piantaggio inferiore, i giochi di lavorazione e di assemblaggio possono introdurre ulteriori componenti di eccentricità.

C'è un altro dettaglio che viene facilmente trascurato:  i coefficienti di dilatazione termica dell'albero e dei materiali del rotore del risolutore dovrebbero essere il più vicini possibile . Se l'albero del motore è in acciaio mentre il manicotto del rotore del risolutore è costituito da un materiale con un comportamento di espansione termica significativamente diverso, il gioco di accoppiamento cambierà dopo l'aumento della temperatura e il traferro originariamente regolato potrebbe spostarsi allo stato caldo.

Flangia: la forma strutturale determina 'chi si assume la responsabilità dell'allineamento'

La struttura della flangia di un risolutore risponde essenzialmente a una domanda:  chi garantisce la precisione di posizionamento dello statore . Diverse forme di flangia corrispondono a diversi modi di assegnare la responsabilità dell'allineamento.

Il tipo a montaggio diretto senza telaio  è la soluzione più 'nuda': lo statore è fissato direttamente all'alloggiamento dell'apparecchiatura, il rotore è montato sull'albero motore e il risolutore stesso non ha cuscinetti. La coassialità tra statore e rotore dipende interamente dalla precisione di lavorazione e assemblaggio dell'attrezzatura. Questo tipo è adatto a scenari con spazio limitato ed elevati requisiti di leggerezza, ma durante l'installazione la coassialità tra statore e rotore deve essere controllata entro ≤0,05 mm. Pone le massime esigenze in termini di competenza meccanica del progettista dell'attrezzatura e offre anche la massima libertà.

Il tipo con montaggio a flangia  è dotato di un perno di montaggio e fori per bulloni sull'alloggiamento del risolutore e sfrutta l'accoppiamento tra il perno e la superficie terminale dell'apparecchiatura per il 'preposizionamento'. Dopo aver integrato il cuscinetto, la posizione relativa dello statore e del rotore è già stata calibrata in fabbrica. Durante l'installazione è sufficiente allineare il raccordo della flangia con la rientranza corrispondente sulla parte terminale dell'apparecchiatura e serrare i bulloni. La precisione dell'allineamento è garantita dal raccordo della flangia e dalla perpendicolarità della faccia finale, rendendo questo tipo adatto per attrezzature pesanti o condizioni di lavoro con grandi vibrazioni. Il costo è una maggiore lunghezza assiale e un costo più elevato, e lo stesso raccordo della flangia diventa un nuovo collegamento di errore: il gioco di adattamento tra il raccordo e la rientranza dell'attrezzatura e la perpendicolarità della faccia terminale rispetto all'asse devono ancora essere inclusi nella catena di tolleranza.

Il tipo con cuscinetto integrato  incorpora ulteriormente il cuscinetto internamente, con il rotore integrato nel cuscinetto, in modo che possa essere montato direttamente sull'albero motore senza che l'attrezzatura debba fornire una struttura di supporto aggiuntiva. Assorbe maggiormente l''allineamento' nel risolutore stesso, ma durante la selezione è necessario confermare se le capacità di carico assiale e radiale del cuscinetto corrispondono alle condizioni di lavoro e se la velocità massima del risolutore copre i requisiti dell'applicazione.

L'essenza della scelta della flangia è un compromesso tra  capacità di precisione dell'apparecchiatura, spazio assiale, costo e facilità di installazione . Se la superficie terminale dell'apparecchiatura ha un'elevata precisione di lavorazione e lo spazio è limitato, il montaggio diretto senza telaio è una scelta ragionevole; se le condizioni di assemblaggio in loco sono limitate ed è richiesto un posizionamento rapido, il tipo con montaggio a flangia utilizza il raccordo per 'esternalizzare' l'allineamento all'alloggiamento del risolutore ed è più affidabile.

Catena di tolleranza delle dimensioni di montaggio: eccentricità e disallineamento assiale sono direttamente dannosi per la precisione

La precisione dell'uscita delresolver è estremamente sensibile  all'eccentricità radiale  e  al disallineamento assiale  tra lo statore e il rotore. Un risolutore a riluttanza variabile modula il segnale attraverso cambiamenti periodici nel traferro tra i denti dello statore e le salienze del rotore. L'eccentricità modifica la distribuzione spaziale della permeanza del traferro e introduce nell'output componenti di errore dipendenti dalla posizione.

Il quadro generale delle tolleranze di montaggio fornito da Dynapar può servire come riferimento di progettazione:  il disallineamento assiale  (deviazione assiale o variazione dimensionale tra le superfici di montaggio del rotore e dello statore) non deve superare 0,015 pollici (circa 0,38 mm);  l'eccentricità radiale  (l'eccentricità tra le superfici di montaggio del rotore e dello statore) non deve superare 0,003 pollici (circa 0,076 mm); e la  superficie della spalla del perno di montaggio  deve essere perpendicolare al foro e all'albero, con una perpendicolarità controllata entro 0,0005 pollici (circa 0,013 mm). Il significato ingegneristico di questi numeri è chiaro: la tolleranza di eccentricità è circa cinque volte più stretta della tolleranza assiale, indicando che  l'allineamento radiale è l'aspetto principale del conflitto di precisione.

GB/T 10241—2020 incorpora anche la 'coassialità delle superfici dei raccordi di montaggio' e la 'perpendicolarità delle superfici terminali dei raccordi di montaggio' nei requisiti tecnici e nei metodi di prova a livello standard, il che significa che questi due indicatori sono passati da 'raccomandazioni del produttore' a elementi di specifica ispezionabili.

Quando si progetta effettivamente la catena di tolleranza, non ci si dovrebbe concentrare solo sulla superficie di montaggio del risolutore.  Il gioco di adattamento tra il rotore e l'albero motore, il gioco di adattamento tra il perno della flangia dello statore e la faccia terminale dell'apparecchiatura e la perpendicolarità della faccia finale rispetto all'asse: questi tre segmenti di errore si accumulano in serie sull'uniformità finale del traferro. Un principio pratico è quello di considerare la tolleranza di montaggio del risolutore come l’  anello finale della catena di tolleranza del sistema  e assegnarla di conseguenza, lasciando un margine ragionevole per la lavorazione e l’assemblaggio a monte piuttosto che concentrare tutto il margine sulla fase di montaggio del risolutore.

Lista di controllo della selezione: dall'albero alla flangia, quindi alla verifica

Collegando la logica di cui sopra, la selezione dell'interfaccia meccanica del risolutore può procedere in tre fasi.

Passaggio 1: bloccare il diametro dell'albero e definire l'adattamento.  Misurare o confermare il diametro effettivo e la tolleranza dell'albero motore e selezionare un rotore con la specifica del diametro interno corrispondente. Preferire un adattamento con leggero gioco ed evitare interferenze; confermare che il comportamento di dilatazione termica dei materiali dell'albero e del rotore corrisponde approssimativamente. Se il diametro dell'albero non è standard, la personalizzazione del diametro interno del rotore è una pratica comune, ma i tempi e i costi di personalizzazione devono essere valutati in anticipo.

Passo 2: Assegnare la flangia in base alla responsabilità di precisione dell'apparecchiatura.  La superficie terminale dell'apparecchiatura può fornire un raccordo ad alta precisione e una superficie terminale perpendicolare? In tal caso, il montaggio diretto senza cornice può fornire una struttura più compatta. Se le condizioni di assemblaggio in loco sono limitate o è necessaria una sostituzione rapida, il posizionamento del rubinetto del tipo con montaggio a flangia è più conveniente. Se l'apparecchiatura stessa non è in grado di fornire il supporto del cuscinetto per il risolutore, il tipo con cuscinetto integrato è la scelta naturale. Il diametro primitivo del foro della flangia, il diametro del raccordo e la profondità di montaggio assiale devono corrispondere, elemento per elemento, alla faccia terminale dell'apparecchiatura; non è possibile verificare semplicemente che 'il diametro esterno sia più o meno corretto'.

Passaggio 3: la verifica della posizione zero dopo l'installazione non può essere omessa.  Anche se l'interfaccia meccanica è allineata, la posizione dello zero elettrico potrebbe comunque discostarsi dalla posizione del polo magnetico del motore. Per i risolutori utilizzati per la commutazione, la pratica standard è: prima fissare temporaneamente lo statore, quindi utilizzare l'energizzazione CC per 'bloccare l'albero' o azionare all'indietro il motore e osservare il passaggio per lo zero della forza elettromotrice posteriore, ruotare lo statore fino a quando il segnale di posizione zero del risolutore si allinea con i poli magnetici del motore, quindi infine serrare. Non importa quanto bene siano controllate le tolleranze meccaniche, se la posizione zero devia di diversi gradi elettrici, le prestazioni di commutazione continueranno a peggiorare in modo significativo.

La selezione dell'interfaccia meccanica del risolutore è essenzialmente un  problema di allocazione degli errori : l'adattamento del diametro dell'albero determina quanto 'strettamente' il rotore segue l'albero, la struttura della flangia determina quanto 'definitivamente' lo statore è ancorato all'alloggiamento e la tolleranza di montaggio determina la 'fedeltà' della simmetria del traferro. Se uno qualsiasi di questi tre collegamenti è allentato, non importa quanto siano elevate le specifiche elettriche nominali, la lettura dell'angolo all'estremità dell'albero sarà compromessa. Chiarire prima il percorso meccanico dell'albero e della flangia, quindi rivedere i parametri elettrici: questo spesso porta a meno deviazioni rispetto al contrario.