Seleção de interface mecânica Selsyn: diâmetro do eixo, flange e dimensões de montagem - a precisão pode entrar em colapso com o menor desvio

Quando os parâmetros elétricos de um Se o resolver for selecionado corretamente, o sistema ainda poderá apresentar flutuação de ângulo e desvio de posição zero. Muitas vezes o problema não está no circuito de decodificação, mas em um local mais oculto: a interface mecânica. Um resolver mede essencialmente o ângulo através do acoplamento eletromagnético entre o estator e o rotor. Qualquer excentricidade de montagem, desalinhamento axial ou ajuste frouxo distorcerá diretamente a simetria do campo magnético do entreferro e gravará erros no sinal de saída. O cerne da seleção da interface mecânica reside precisamente em três dimensões que parecem não ter 'nenhum conteúdo técnico':  como combinar o diâmetro do eixo, como definir o flange e quanta margem deixar para as dimensões de montagem.

Diâmetro do eixo: 'Ele se ajusta' não é suficiente

A conexão entre o rotor do resolver e o eixo do motor é o ponto de partida físico de toda a cadeia de sinal. O primeiro passo na seleção é determinar o diâmetro interno do rotor do resolver com base no diâmetro real do eixo do motor. A lógica de seleção dos fabricantes é geralmente a seguinte: determine o diâmetro interno do rotor do resolver de acordo com o diâmetro do eixo do rotor do motor, e a personalização de acordo com o diâmetro do eixo é possível. As especificações comuns de eixo oco passante abrangem tamanhos como 6 mm, 8 mm, 9,52 mm e 12,7 mm, enquanto os eixos cônicos incluem opções de 9 mm ou 12 mm com conicidade de 1:10.

Entretanto, “ajustar-se” é apenas o resultado final. O verdadeiro julgamento da seleção reside na  natureza do ajuste . Entre o rotor de um resolver sem moldura e o eixo,  ajuste com folga leve em vez de um ajuste interferente ou apertado.  recomenda-se um O guia de montagem da Dynapar fornece uma faixa de referência de 0,0002 a 0,001 pol. de folga (aproximadamente 0,005 mm a 0,025 mm) entre o eixo e o diâmetro interno do rotor, para evitar ajustes linha a linha ou ajustes com interferência. Um ajuste interferente pode parecer “seguro”, mas na realidade pode provocar flexão do eixo ou deformação do núcleo do rotor durante o ajuste por pressão, o que prejudica a uniformidade do entreferro. Embora ajustes estriados ou chavetados exijam menor força de pressão, suas folgas de usinagem e montagem podem introduzir componentes de excentricidade adicionais.

Há outro detalhe que passa facilmente despercebido:  os coeficientes de expansão térmica do eixo e dos materiais do rotor do resolver devem ser os mais próximos possíveis . Se o eixo do motor for de aço enquanto a luva do rotor do resolver for feita de um material com um comportamento de expansão térmica significativamente diferente, a folga de ajuste mudará após o aumento da temperatura e o entreferro que foi originalmente ajustado poderá mudar no estado quente.

Flange: A forma estrutural determina “Quem assume a responsabilidade pelo alinhamento”

A estrutura do flange de um resolver responde essencialmente a uma pergunta:  quem garante a precisão posicional do estator . Diferentes formas de flange correspondem a diferentes formas de atribuição de responsabilidade de alinhamento.

O tipo de montagem direta sem moldura  é a solução mais “básica”: o estator é fixado diretamente na carcaça do equipamento, o rotor é montado no eixo de transmissão e o próprio resolver não possui rolamento. A coaxialidade entre estator e rotor depende inteiramente da precisão de usinagem e montagem do equipamento. Este tipo é adequado para cenários com espaço limitado e altos requisitos de leveza, mas durante a instalação a coaxialidade entre o estator e o rotor deve ser controlada dentro de ≤0,05 mm. Ele impõe as mais altas exigências à experiência mecânica do projetista do equipamento e também oferece a maior liberdade.

O tipo de montagem em flange  possui uma ponta de montagem e furos para parafusos na carcaça do resolver, e utiliza o encaixe entre a ponta e a face final do equipamento para 'pré-posicionamento'. Após a integração do rolamento, a posição relativa do estator e do rotor já foi calibrada na fábrica. Durante a instalação, basta alinhar a ponta do flange com o recesso correspondente na face final do equipamento e apertar os parafusos. A precisão do alinhamento é garantida pela ponta do flange e pela perpendicularidade da face final, tornando este tipo adequado para equipamentos pesados ​​ou condições de trabalho com grande vibração. O custo é maior comprimento axial e custo mais alto, e a própria ponta do flange se torna um novo elo de erro - a folga de ajuste entre a ponta e o recesso do equipamento e a perpendicularidade da face final ao eixo ainda precisam ser incluídas na cadeia de tolerância.

O tipo com rolamento integrado  incorpora ainda o rolamento internamente, com o rotor integrado ao rolamento, para que possa ser montado diretamente no eixo de transmissão sem que o equipamento precise fornecer uma estrutura de suporte adicional. Ele absorve ao máximo o 'alinhamento' no próprio resolver, mas durante a seleção é necessário confirmar se as capacidades de carga axial e radial do rolamento correspondem às condições de trabalho e se a velocidade máxima do próprio resolver atende aos requisitos da aplicação.

A essência da seleção do flange é uma compensação entre  capacidade de precisão do equipamento, espaço axial, custo e facilidade de instalação . Se a face final do equipamento tiver alta precisão de usinagem e o espaço for apertado, a montagem direta sem moldura é uma escolha razoável; se as condições de montagem no local forem limitadas e for necessário um posicionamento rápido, o tipo de montagem em flange usa a torneira para 'terceirizar' o alinhamento ao alojamento do resolver e é mais confiável.

Montagem de corrente de tolerância dimensional: excentricidade e desalinhamento axial são assassinos diretos da precisão

A precisão da saída do resolvedor é extremamente sensível à  excentricidade radial  e  ao desalinhamento axial  entre o estator e o rotor. Um resolver de relutância variável modula o sinal através de mudanças periódicas no entreferro entre os dentes do estator e as saliências do rotor. A excentricidade altera a distribuição espacial da permeância do entreferro e introduz componentes de erro dependentes da posição na saída.

A estrutura geral de tolerância de montagem fornecida pela Dynapar pode servir como base de projeto:  o desalinhamento axial  (desvio axial ou variação dimensional entre as faces de montagem do rotor e do estator) não deve exceder 0,015 pol. (aproximadamente 0,38 mm);  a excentricidade radial  (excentricidade entre as faces de montagem do rotor e do estator) não deve exceder 0,003 pol. (aproximadamente 0,076 mm); e a  face do ressalto da ponta de montagem  deve ser perpendicular ao furo e ao eixo, com perpendicularidade controlada dentro de 0,0005 pol. (aproximadamente 0,013 mm). O significado de engenharia destes números é claro: a tolerância de excentricidade é cerca de cinco vezes mais estreita que a tolerância axial, indicando que  o alinhamento radial é o principal aspecto do conflito de precisão.

GB/T 10241—2020 também incorpora “coaxialidade das superfícies de montagem de montagem” e “perpendicularidade das faces finais de montagem de montagem” em requisitos técnicos e métodos de teste no nível padrão, o que significa que esses dois indicadores passaram de “recomendações do fabricante” para itens de especificação inspecionáveis.

Ao projetar a cadeia de tolerância, não se deve focar apenas na própria face de montagem do resolver.  A folga de ajuste entre o rotor e o eixo do motor, a folga de ajuste entre a ponta do flange do estator e a face final do equipamento e a perpendicularidade da face final em relação ao eixo - esses três segmentos de erro se acumulam em série na uniformidade do entreferro final. Um princípio prático é tratar a tolerância de montagem do resolver como o  elo final da cadeia de tolerância do sistema  e alocá-la adequadamente, deixando uma margem razoável para usinagem e montagem a montante, em vez de concentrar toda a margem na etapa de montagem do resolver.

Lista de verificação de seleção: do eixo ao flange e depois à verificação

Conectando a lógica acima, a seleção da interface mecânica do resolver pode ocorrer em três etapas.

Passo 1: Trave o diâmetro do eixo e defina o ajuste.  Meça ou confirme o diâmetro real e a tolerância do eixo do motor e selecione um rotor com a especificação de diâmetro interno correspondente. Prefira um ajuste com leve folga e evite interferências; confirme se o comportamento de expansão térmica dos materiais do eixo e do rotor corresponde aproximadamente. Se o diâmetro do eixo não for padronizado, personalizar o diâmetro interno do rotor é uma prática comum, mas o prazo de entrega e o custo da personalização precisam ser avaliados com antecedência.

Passo 2: Aloque o flange de acordo com a responsabilidade de precisão do equipamento.  A face final do equipamento pode fornecer uma ponta de alta precisão e uma face final perpendicular? Nesse caso, a montagem direta sem moldura pode fornecer uma estrutura mais compacta. Se as condições de montagem no local forem limitadas ou se for necessária uma substituição rápida, o posicionamento da torneira do tipo de montagem em flange é mais conveniente. Se o próprio equipamento não puder fornecer suporte de rolamento para o resolver, o tipo com rolamento integrado é a escolha natural. O círculo primitivo do furo do parafuso, o diâmetro da ponta e a profundidade de montagem axial do flange precisam ser combinados item por item com a face final do equipamento; não se pode simplesmente verificar se “o diâmetro externo está correto”.

Passo 3: A verificação da posição zero após a instalação não pode ser omitida.  Mesmo que a interface mecânica esteja alinhada, a posição zero elétrica ainda pode desviar-se da posição do pólo magnético do motor. Para resolvers usados ​​para comutação, a prática padrão é: primeiro fixar temporariamente o estator, depois usar energização CC para 'travar o eixo' ou retroceder o motor e observar o cruzamento de zero do EMF traseiro, girar o estator até que o sinal de posição zero do resolver se alinhe com os pólos magnéticos do motor e, finalmente, apertar. Não importa quão bem as tolerâncias mecânicas sejam controladas, se a posição zero se desviar em vários graus elétricos, o desempenho da comutação ainda se deteriorará significativamente.

A seleção da interface mecânica do resolvedor é essencialmente um  problema de alocação de erros : o ajuste do diâmetro do eixo determina quão 'firmemente' o rotor segue o eixo, a estrutura do flange determina quão 'definitivamente' o estator está ancorado à carcaça e a tolerância de montagem determina a 'fidelidade' da simetria do entreferro. Se algum desses três elos estiver solto, não importa quão altas sejam as especificações elétricas nominais, a leitura do ângulo na extremidade do eixo será comprometida. Esclareça primeiro o caminho mecânico do eixo e do flange e depois revise os parâmetros elétricos – isso geralmente leva a menos desvios do que fazer o contrário.