Výber mechanického rozhrania Selsyn: Priemer hriadeľa, príruby a montážne rozmery – presnosť sa môže zrútiť s najmenšou odchýlkou

Keď sú elektrické parametre a je správne zvolený resolver , systém môže stále vykazovať kolísanie uhla a drift nulovej polohy. Problém často nie je v dekódovacom obvode, ale na skrytejšom mieste: v mechanickom rozhraní. Rezolver v podstate meria uhol prostredníctvom elektromagnetickej väzby medzi statorom a rotorom. Akákoľvek montážna excentricita, axiálna nesúososť alebo voľné uloženie priamo naruší symetriu magnetického poľa vzduchovej medzery a zapíše chyby do výstupného signálu. Jadro výberu mechanického rozhrania spočíva presne v troch rozmeroch, ktoré zdanlivo nemajú 'žiadny technický obsah':  ako prispôsobiť priemer hriadeľa, ako definovať prírubu a akú rezervu ponechať pre montážne rozmery.

Priemer hriadeľa: 'To sa hodí' nestačí

Spojenie medzi rotorom resolvera a hriadeľom motora je fyzickým východiskovým bodom celého signálneho reťazca. Prvým krokom pri výbere je určiť vnútorný priemer rotora rezolvera na základe skutočného priemeru hriadeľa motora. Logika výberu výrobcov je zvyčajne nasledovná: určte vnútorný priemer rotora rezolvera podľa priemeru hriadeľa rotora motora a je možné prispôsobenie podľa priemeru hriadeľa. Bežné špecifikácie priechodných dutých hriadeľov pokrývajú veľkosti ako 6 mm, 8 mm, 9,52 mm a 12,7 mm, zatiaľ čo kužeľové hriadele zahŕňajú možnosti 9 mm alebo 12 mm s kužeľom 1:10.

'prepasovanie' je však len základ. Skutočný výberový úsudok spočíva v  povahe zhody . Medzi rotorom bezrámového rezolvera a hriadeľom sa odporúča  mierna vôľa ,  a nie presah alebo tesné uloženie. Montážna príručka Dynapar udáva referenčný rozsah 0,0002 až 0,001 palca vôle (približne 0,005 mm až 0,025 mm) medzi hriadeľom a vnútorným priemerom rotora, aby sa predišlo vzájomnému uloženiu alebo interferencii. Presahové uloženie sa môže javiť ako 'bezpečné', ale v skutočnosti môže spôsobiť ohyb hriadeľa alebo deformáciu jadra rotora počas lisovania, čo namiesto toho poškodí rovnomernosť vzduchovej medzery. Aj keď drážkové alebo klinové uloženia vyžadujú nižšiu lisovaciu silu, ich obrábacie a montážne vôle môžu spôsobiť ďalšie komponenty excentricity.

Existuje ďalší detail, ktorý sa dá ľahko prehliadnuť:  koeficienty tepelnej rozťažnosti materiálov hriadeľa a rotora resolvera by mali byť čo najbližšie . Ak je hriadeľ motora oceľový, zatiaľ čo puzdro rotora resolvera je vyrobené z materiálu s výrazne odlišným správaním sa pri tepelnej rozťažnosti, vôľa lícovania sa po zvýšení teploty zmení a vzduchová medzera, ktorá bola pôvodne nastavená, sa môže v horúcom stave posunúť.

Príruba: Štrukturálna forma určuje 'kto preberá zodpovednosť za zarovnanie'

Prírubová konštrukcia resolvera v podstate odpovedá na jednu otázku:  kto garantuje presnosť polohy statora . Rôzne tvary prírub zodpovedajú rôznym spôsobom prideľovania zodpovednosti za zarovnanie.

Bezrámový typ s priamou montážou  je najviac 'holé' riešenie: stator je upevnený priamo na skrini zariadenia, rotor je namontovaný na hnacom hriadeli a samotný rezolver je bez ložiska. Koaxiálnosť medzi statorom a rotorom úplne závisí od presnosti obrábania a montáže zariadenia. Tento typ je vhodný pre scenáre s obmedzeným priestorom a vysokými požiadavkami na hmotnosť, ale počas inštalácie musí byť koaxiálnosť medzi statorom a rotorom kontrolovaná v rozmedzí ≤0,05 mm. Kladie najvyššie nároky na mechanickú odbornosť konštruktéra zariadení a ponúka aj najväčšiu slobodu.

Typ s montážou na prírubu  má montážny čap a otvory pre skrutky na kryte rozkladača a používa lícovanie medzi čapom a čelnou plochou zariadenia na 'predpolohovanie'. Po integrácii ložiska je vzájomná poloha statora a rotora už kalibrovaná vo výrobe. Počas inštalácie je potrebné iba zarovnať čap príruby s príslušným vybraním na čelnej strane zariadenia a utiahnuť skrutky. Presnosť vyrovnania je zabezpečená hrdlom príruby a kolmosťou čela, vďaka čomu je tento typ vhodný pre ťažké zariadenia alebo pracovné podmienky s veľkými vibráciami. Cena je väčšia axiálna dĺžka a vyššie náklady a samotný čap príruby sa stáva novým chybovým článkom – do tolerančného reťazca je stále potrebné zahrnúť vôľu lícovania medzi čapom a vybraním zariadenia a kolmosť koncového čela na os.

Typ s integrovaným ložiskom  ďalej obsahuje ložisko vnútorne, pričom rotor je integrovaný s ložiskom, takže ho možno namontovať priamo na hnací hriadeľ bez toho, aby zariadenie potrebovalo dodatočnú nosnú konštrukciu. V najväčšej miere absorbuje 'zarovnanie' do samotného resolvera, ale pri výbere je potrebné potvrdiť, či axiálna a radiálna zaťažiteľnosť ložiska zodpovedá pracovným podmienkam a či vlastné maximálne otáčky rezolvera pokrývajú požiadavky aplikácie.

Podstatou výberu príruby je kompromis medzi  schopnosťou presnosti zariadenia, axiálnym priestorom, cenou a jednoduchosťou inštalácie . Ak má čelná plocha zariadenia vysokú presnosť obrábania a priestor je tesný, bezrámová priama montáž je rozumnou voľbou; ak sú podmienky montáže na mieste obmedzené a vyžaduje sa rýchle umiestnenie, typ s prírubovou montážou používa nástavec na 'outsourcing' zarovnanie s krytom resolvera a je spoľahlivejší.

Reťaz tolerancie montážneho rozmeru: Excentricita a axiálne vychýlenie sú priamymi zabijakmi presnosti

Presnosť výstupu rezolvera je mimoriadne citlivá na  radiálnu excentricitu  a  axiálnu nesúososť  medzi statorom a rotorom. Premenlivý reluktančný resolver moduluje signál prostredníctvom periodických zmien vo vzduchovej medzere medzi zubami statora a výbežkami rotora. Excentricita mení priestorové rozloženie priepustnosti vzduchovej medzery a vnáša do výstupu chybové zložky závislé od polohy.

Všeobecný rámec montážnej tolerancie daný Dynaparom môže slúžiť ako základ návrhu:  axiálna odchýlka  (axiálna odchýlka alebo rozmerová odchýlka medzi montážnymi plochami rotora a statora) by nemala presiahnuť 0,015 palca (približne 0,38 mm);  radiálna excentricita  (excentricita medzi montážnymi plochami rotora a statora) by nemala presiahnuť 0,003 palca (približne 0,076 mm); a  čelná plocha montážneho hrdla  by mala byť kolmá na otvor a hriadeľ, s kolmosťou riadenou v rozmedzí 0,0005 palca (približne 0,013 mm). Technický význam týchto čísel je jasný: tolerancia excentricity je asi päťkrát prísnejšia ako axiálna tolerancia, čo naznačuje, že  radiálne zarovnanie je hlavným aspektom konfliktu presnosti..

GB/T 10241—2020 do technických požiadaviek a testovacích metód na štandardnej úrovni zahŕňa aj 'súososť montážnych lícovacích plôch' a 'kolmosť montážnych lícnych plôch', čo znamená, že tieto dva indikátory povýšili z 'odporúčaní výrobcu' na kontrolovateľné položky špecifikácie.

Pri samotnom navrhovaní tolerančného reťazca by sme sa nemali sústrediť len na vlastnú montážnu plochu resolvera.  Lícovacia vôľa medzi rotorom a hriadeľom motora, lícovacia vôľa medzi čapom príruby statora a čelnou plochou zariadenia a kolmosť čelnej plochy vzhľadom na os – tieto tri chybové segmenty sa hromadia v sérii do konečnej rovnomernosti vzduchovej medzery. Praktickým princípom je zaobchádzať s toleranciou montáže resolvera ako s  koncovým článkom tolerančného reťazca systému  a podľa toho ju prideľovať, ponechať primeranú rezervu pre predchádzajúce obrábanie a montáž, a nie sústrediť celú rezervu na krok montáže resolvera.

Kontrolný zoznam výberu: Od hriadeľa po prírubu, potom po overenie

Po pripojení vyššie uvedenej logiky môže výber mechanického rozhrania resolvera prebiehať v troch krokoch.

Krok 1: Zaistite priemer hriadeľa a definujte lícovanie.  Zmerajte alebo potvrďte skutočný priemer a toleranciu hriadeľa motora a vyberte rotor s príslušnou špecifikáciou vnútorného priemeru. Uprednostňujte uloženie s miernou vôľou a vyhýbajte sa interferencii; potvrdzujú, že tepelná rozťažnosť materiálov hriadeľa a rotora sa približne zhoduje. Ak je priemer hriadeľa neštandardný, prispôsobenie vnútorného priemeru rotora je bežnou praxou, ale je potrebné vopred vyhodnotiť čas a náklady prispôsobenia.

Krok 2: Priraďte prírubu podľa zodpovednosti za presnosť zariadenia.  Môže čelná plocha zariadenia poskytnúť vysoko presný čap a kolmú čelnú plochu? Ak áno, bezrámová priama montáž môže poskytnúť kompaktnejšiu štruktúru. Ak sú podmienky montáže na mieste obmedzené alebo je potrebná rýchla výmena, je vhodnejšie umiestniť hrdlo typu s prírubou. Ak samotné zariadenie nedokáže poskytnúť podporu ložiska pre resolver, prirodzenou voľbou je typ s integrovaným ložiskom. Rozstupová kružnica otvorov pre skrutky príruby, priemer hrdla a axiálna montážna hĺbka sa musia zhodovať položku po položke s čelnou stranou zariadenia; nemožno jednoducho skontrolovať, či 'vonkajší priemer je približne správny.'

Krok 3: Overenie nulovej polohy po inštalácii nemožno vynechať.  Aj keď je mechanické rozhranie zarovnané, elektrická nulová poloha sa môže stále líšiť od polohy magnetického pólu motora. V prípade rezolverov používaných na komutáciu je štandardná prax: najprv dočasne upevnite stator, potom použite jednosmerné napájanie na 'uzamknutie hriadeľa' alebo spätný pohon motora a sledujte kríženie nuly spätného EMF, otáčajte statorom, kým sa signál nulovej polohy resolvera nezhoduje s magnetickými pólmi motora, a potom nakoniec dotiahnite. Bez ohľadu na to, ako dobre sú kontrolované mechanické tolerancie, ak sa nulová poloha odchýli o niekoľko elektrických stupňov, komutačný výkon sa stále výrazne zhorší.

Výber mechanického rozhrania rozkladača je v podstate  problém s alokáciou chýb : uloženie priemeru hriadeľa určuje, ako 'tesne' rotor sleduje hriadeľ, štruktúra príruby určuje, ako 'definitívne' je stator ukotvený ku krytu a tolerancia montáže určuje 'vernosť' symetrie vzduchovej medzery. Ak je ktorýkoľvek z týchto troch spojov uvoľnený, bez ohľadu na to, aké vysoké sú nominálne elektrické špecifikácie, hodnota uhla na konci hriadeľa bude ohrozená. Najprv objasnite mechanickú dráhu hriadeľa a príruby a potom skontrolujte elektrické parametre – to často vedie k menšiemu počtu obchádzok, ako keby ste to robili naopak.