Выбор механического интерфейса Selsyn: диаметр вала, фланец и монтажные размеры — точность может снизиться при малейшем отклонении

Когда электрические параметры резольвер выбран правильно, в системе все еще могут наблюдаться колебания угла и дрейф нулевого положения. Проблема зачастую не в схеме декодирования, а в более скрытом месте: механическом интерфейсе. Резольвер по существу измеряет угол посредством электромагнитной связи между статором и ротором. Любое монтажное эксцентриситет, осевое смещение или неплотная посадка напрямую исказят симметрию магнитного поля воздушного зазора и запишут ошибки в выходной сигнал. Суть выбора механического интерфейса лежит именно в трех измерениях, которые, кажется, не имеют «никакого технического содержания»:  как подобрать диаметр вала, как определить фланец и какой запас оставить для монтажных размеров..

Диаметр вала: «он подходит» недостаточно

Соединение между ротором резольвера и валом двигателя является физической отправной точкой всей сигнальной цепи. Первым шагом при выборе является определение внутреннего диаметра ротора резольвера на основе фактического диаметра вала двигателя. Логика выбора производителей обычно следующая: внутренний диаметр ротора резольвера определяется в зависимости от диаметра вала ротора двигателя, возможна индивидуальная настройка в соответствии с диаметром вала. Общие характеристики сквозного полого вала охватывают такие размеры, как 6 мм, 8 мм, 9,52 мм и 12,7 мм, тогда как конические валы включают варианты 9 мм или 12 мм с конусом 1:10.

Однако «подгонка» — это только итог. Реальное суждение о выборе зависит от  природы соответствия . Между ротором бескорпусного резольвера и валом  посадка с небольшим зазором , а не с натягом или плотной посадкой.  рекомендуется В инструкции по монтажу Dynapar указан рекомендуемый диапазон зазора от 0,0002 до 0,001 дюйма (приблизительно от 0,005 до 0,025 мм) между валом и внутренним диаметром ротора, чтобы избежать посадки по прямой или с натягом. Посадка с натягом может показаться «надежной», но на самом деле она может вызвать изгиб вала или деформацию сердечника ротора во время запрессовки, что вместо этого нарушает однородность воздушного зазора. Хотя шлицевая или шпоночная посадка требует меньшего усилия запрессовки, зазоры при их обработке и сборке могут привести к появлению дополнительных компонентов эксцентриситета.

Есть еще одна деталь, которую легко упустить из виду:  коэффициенты теплового расширения вала и материалов ротора резольвера должны быть как можно ближе . Если вал двигателя стальной, а втулка ротора резольвера изготовлена ​​из материала со значительно отличающимся поведением при тепловом расширении, посадочный зазор изменится после повышения температуры, и изначально отрегулированный воздушный зазор может сместиться в горячем состоянии.

Фланец: структурная форма определяет, «кто несет ответственность за выравнивание»

Фланцевая конструкция резольвера по существу отвечает на один вопрос:  кто гарантирует точность позиционирования статора . Различные формы фланцев соответствуют разным способам распределения ответственности за соосность.

Бескаркасный прямомонтируемый тип  - самое «голое» решение: статор закреплен непосредственно на корпусе оборудования, ротор установлен на приводном валу, а сам резольвер не имеет подшипника. Соосность статора и ротора полностью зависит от точности обработки и сборки оборудования. Этот тип подходит для сценариев с ограниченным пространством и высокими требованиями к легкости, но во время установки соосность между статором и ротором должна контролироваться в пределах ≤0,05 мм. Он предъявляет самые высокие требования к механическому опыту проектировщика оборудования, а также предлагает максимальную свободу.

Фланцевый тип  имеет монтажную втулку и отверстия под болты на корпусе резольвера и использует посадку между втулкой и торцевой поверхностью оборудования для «предварительного позиционирования». После установки подшипника относительное положение статора и ротора уже откалибровано на заводе. При монтаже необходимо лишь совместить патрубок фланца с соответствующей выемкой на торце оборудования и затянуть болты. Точность выравнивания обеспечивается за счет фланцевого соединения и перпендикулярности торцевой поверхности, что делает этот тип подходящим для тяжелого оборудования или условий работы с сильной вибрацией. Затраты — это большая осевая длина и более высокая стоимость, а сам фланцевый патрубок становится новым ошибочным звеном — посадочный зазор между патрубком и выемкой для оборудования, а также перпендикулярность торцевой поверхности оси по-прежнему необходимо включать в цепочку допусков.

Тип со встроенным подшипником  дополнительно включает в себя подшипник внутри, а ротор интегрирован с подшипником, поэтому его можно устанавливать непосредственно на приводной вал без необходимости использования оборудования, обеспечивающего дополнительную опорную конструкцию. Он в наибольшей степени поглощает «соосность» самого резольвера, но во время выбора необходимо подтвердить, соответствуют ли осевые и радиальные нагрузки подшипника условиям работы, и соответствует ли собственная максимальная скорость резольвера требованиям применения.

Суть выбора фланцев заключается в поиске компромисса между  точностью оборудования, осевым пространством, стоимостью и простотой установки . Если торцевая поверхность оборудования имеет высокую точность обработки и пространство ограничено, разумным выбором является бескаркасный прямой монтаж; Если условия сборки на месте ограничены и требуется быстрое позиционирование, в типе с фланцевым креплением используется втулка для «аутсорсинга» выравнивания по корпусу резольвера, и он более надежен.

Цепь допусков монтажных размеров: эксцентриситет и осевое смещение прямо снижают точность

Точность выходного сигнала резольвера чрезвычайно чувствительна к  радиальному эксцентриситету  и  осевому смещению  между статором и ротором. Резольвер с переменным сопротивлением модулирует сигнал посредством периодических изменений воздушного зазора между зубцами статора и выступаемости ротора. Эксцентриситет изменяет пространственное распределение проницаемости воздушного зазора и вносит в выходные компоненты ошибки, зависящие от положения.

Общие допуски при монтаже, предоставленные Dynapar, могут служить основой для проектирования:  осевое смещение  (осевое отклонение или изменение размеров между монтажными поверхностями ротора и статора) не должно превышать 0,015 дюйма (приблизительно 0,38 мм);  радиальный эксцентриситет  (эксцентриситет между установочными поверхностями ротора и статора) не должен превышать 0,003 дюйма (приблизительно 0,076 мм); а  плечевая поверхность монтажной втулки  должна быть перпендикулярна отверстию и валу с точностью до 0,0005 дюйма (приблизительно 0,013 мм). Инженерный смысл этих цифр ясен: допуск на эксцентриситет примерно в пять раз меньше, чем допуск по осям, что указывает на то, что  радиальная центровка является основным аспектом конфликта точности..

GB/T 10241—2020 также включает «соосность монтажных поверхностей фитинга» и «перпендикулярность торцевых поверхностей монтажного фитинга» в технические требования и методы испытаний на стандартном уровне, а это означает, что эти два показателя поднялись от «рекомендаций производителя» до проверяемых элементов спецификации.

При проектировании цепочки допусков не следует сосредотачиваться только на монтажной поверхности резольвера.  Посадочный зазор между ротором и валом двигателя, посадочный зазор между цапфой фланца статора и торцевой поверхностью оборудования, а также перпендикулярность торцевой поверхности относительно оси — эти три сегмента ошибки последовательно накапливаются, образуя окончательную однородность воздушного зазора. Практический принцип состоит в том, чтобы рассматривать допуск на монтаж резольвера как  конечное звено цепочки допусков системы  и распределять его соответствующим образом, оставляя разумный запас для последующей обработки и сборки, а не концентрируя весь запас на этапе монтажа резольвера.

Контрольный список выбора: от вала до фланца, затем к проверке

Подключив приведенную выше логику, выбор механического интерфейса резольвера можно выполнить в три этапа.

Шаг 1: Зафиксируйте диаметр вала и определите посадку.  Измерьте или подтвердите фактический диаметр и допуск вала двигателя и выберите ротор с соответствующим внутренним диаметром. Предпочитайте посадку с небольшим зазором и избегайте помех; убедитесь, что характеристики теплового расширения материалов вала и ротора примерно совпадают. Если диаметр вала нестандартный, индивидуальная настройка внутреннего диаметра ротора является обычной практикой, но время и стоимость адаптации необходимо оценить заранее.

Шаг 2: Распределите фланец в соответствии с ответственностью за точность оборудования.  Может ли торцевая поверхность оборудования обеспечить высокоточную втулку и перпендикулярную торцевую поверхность? В этом случае прямой монтаж без рамы может обеспечить более компактную конструкцию. Если условия сборки на месте ограничены или необходима быстрая замена, расположение патрубков фланцевого типа более удобно. Если само оборудование не может обеспечить опору для резольвера, естественным выбором будет тип со встроенным подшипником. Делительная окружность болтового отверстия фланца, диаметр втулки и осевая глубина установки должны быть согласованы по отдельности с торцевой поверхностью оборудования; невозможно просто проверить, что «внешний диаметр примерно правильный».

Шаг 3: Проверка нулевого положения после установки не может быть пропущена.  Даже если механический интерфейс выровнен, электрическое нулевое положение все равно может отклоняться от положения магнитного полюса двигателя. Для резольверов, используемых для коммутации, стандартная практика такова: сначала временно зафиксируйте статор, затем используйте подачу постоянного тока для «заблокировки вала» или дайте двигателю обратный ход и наблюдайте за пересечением нуля противо-ЭДС, вращайте статор до тех пор, пока сигнал нулевого положения резольвера не совместится с магнитными полюсами двигателя, а затем окончательно затяните. Независимо от того, насколько хорошо контролируются механические допуски, если нулевое положение отклоняется на несколько электрических градусов, эффективность коммутации все равно значительно ухудшится.

Выбор механического интерфейса резольвера, по сути, является  проблемой распределения ошибок : соответствие диаметра вала определяет, насколько «плотно» ротор следует за валом, конструкция фланца определяет, насколько «надежно» статор закреплен на корпусе, а монтажный допуск определяет «точность» симметрии воздушного зазора. Если какое-либо из этих трех звеньев ослаблено, независимо от того, насколько высоки номинальные электрические характеристики, показания угла на конце вала будут нарушены. Сначала уточните механическую траекторию вала и фланца, а затем просмотрите электрические параметры — это часто приводит к меньшему количеству обходных путей, чем наоборот.