Вибір механічного інтерфейсу Selsyn: діаметр валу, фланець і монтажні розміри — точність може зруйнуватися з найменшим відхиленням

Коли електричні параметри a резольвер вибрано правильно, система все ще може демонструвати флуктуацію кута та дрейф нульового положення. Проблема часто полягає не в схемі декодування, а в більш прихованому місці: механічному інтерфейсі. Резолвер по суті вимірює кут через електромагнітний зв'язок між статором і ротором. Будь-який ексцентриситет монтажу, осьове зміщення або нещільне прилягання безпосередньо спотворять симетрію магнітного поля повітряного зазору та записують помилки у вихідний сигнал. Суть вибору механічного інтерфейсу полягає саме в трьох вимірах, які, здається, «не мають технічного змісту»:  як узгодити діаметр валу, як визначити фланець і скільки запасу залишити для монтажних розмірів.

Діаметр валу: «Він підходить» недостатньо

З’єднання між ротором резольвера та валом двигуна є фізичною початковою точкою всього сигнального ланцюга. Першим кроком у виборі є визначення внутрішнього діаметра ротора резольвера на основі фактичного діаметра вала двигуна. Логіка вибору виробників зазвичай така: визначте внутрішній діаметр ротора резольвера відповідно до діаметра вала ротора двигуна, можливе налаштування відповідно до діаметра вала. Загальні специфікації наскрізних порожнистих валів охоплюють такі розміри, як 6 мм, 8 мм, 9,52 мм і 12,7 мм, тоді як конічні вали включають варіанти 9 або 12 мм із конусністю 1:10.

Однак 'підгонка' - це лише суть. Справжнє судження щодо вибору залежить від  природи відповідності . Між ротором безкаркасного резольвера та валом  невеликий зазор , а не щільна посадка.  рекомендується У посібнику з монтажу Dynapar наведено орієнтовний діапазон від 0,0002 до 0,001 дюйма (приблизно від 0,005 мм до 0,025 мм) між валом і внутрішнім діаметром ротора, щоб уникнути посадки між лініями або посадки з перешкодами. Посадка з натягом може здаватися «безпечною», але насправді вона може спричинити вигин валу або деформацію серцевини ротора під час запресовування, що натомість порушує однорідність повітряного зазору. Хоча шліцьові або шпонкові посадки вимагають меншої сили запресовування, їх механічна обробка та монтажні зазори можуть викликати додаткові компоненти ексцентриситету.

Є ще одна деталь, яку легко не помітити:  коефіцієнти теплового розширення матеріалу валу і ротора резольвера повинні бути максимально близькими . Якщо вал двигуна є сталевим, а гільза ротора резольвера виготовлена ​​з матеріалу зі значно відмінною характеристикою теплового розширення, зазор підгонки зміниться після підвищення температури, а повітряний зазор, який був спочатку відрегульований, може зміститися в гарячому стані.

Фланець: структурна форма визначає, «хто несе відповідальність за вирівнювання»

Фланцева конструкція резольвера по суті відповідає на одне питання:  хто гарантує позиційну точність статора . Різні форми фланців відповідають різним способам розподілу відповідальності за центрування.

Безкаркасний тип прямого монтажу  є найбільш «голим» рішенням: статор кріпиться безпосередньо до корпусу обладнання, ротор насаджується на приводний вал, а сам резольвер не має підшипника. Співвісність між статором і ротором повністю залежить від точності обробки і складання обладнання. Цей тип підходить для сценаріїв з обмеженим простором і високими вимогами до легкої ваги, але під час встановлення співвісність між статором і ротором повинна контролюватися в межах ≤0,05 мм. Він висуває найвищі вимоги до механічного досвіду розробника обладнання, а також пропонує найбільшу свободу.

Тип із фланцевим кріпленням  має монтажну втулку та отвори для болтів на корпусі резольвера та використовує посадку між втулкою та торцевою поверхнею обладнання для «попереднього позиціонування». Після інтеграції підшипника відносне положення статора й ротора вже було відкалібровано на заводі. Під час монтажу необхідно лише вирівняти патрубок фланця з відповідним виїмкою на торці обладнання та затягнути болти. Точність вирівнювання забезпечується патрубком фланця та перпендикулярністю торця, що робить цей тип придатним для важкого обладнання або умов роботи з великою вібрацією. Вартість полягає в більшій осьовій довжині та вищій вартості, а сама втулка фланця стає новою ланкою помилки — зазор підгонки між втулкою та виїмкою для обладнання та перпендикулярність торця до осі все ще потрібно включити в ланцюжок допусків.

Тип із інтегрованим підшипником  також містить внутрішній підшипник, причому ротор інтегрований у підшипник, тому його можна монтувати безпосередньо на приводний вал без додаткової опорної конструкції обладнання. Найбільшою мірою він поглинає 'вирівнювання' в самому резольвері, але під час вибору необхідно підтвердити, чи відповідають осьові та радіальні навантаження підшипника робочим умовам і чи відповідає максимальна швидкість самого резольвера вимогам застосування.

Суть вибору фланця полягає в компромісі між  можливостями точності обладнання, осьовим простором, вартістю та простотою встановлення . Якщо торець обладнання має високу точність обробки і обмежений простір, безрамний прямий монтаж є розумним вибором; якщо умови монтажу на місці обмежені та потрібне швидке позиціонування, тип з фланцевим кріпленням використовує втулку для 'зовнішнього' вирівнювання корпусу резольвера та є більш надійним.

Ланцюг допусків монтажних розмірів: ексцентриситет і осьове зміщення є прямими вбивцями точності

Вихідна точність резольвера надзвичайно чутлива до  радіального ексцентриситету  та  осьового зсуву  між статором і ротором. Резолвер зі змінною реактивністю модулює сигнал за допомогою періодичних змін у повітряному зазорі між зубцями статора та вигинами ротора. Ексцентриситет змінює просторовий розподіл проникності повітряного зазору та вводить у вихідний сигнал залежні від положення компоненти помилки.

Загальні рамки допуску монтажу, надані Dynapar, можуть служити базовою лінією для проектування:  осьове зміщення  (осьове відхилення або зміна розмірів між монтажними поверхнями ротора та статора) не повинно перевищувати 0,015 дюйма (приблизно 0,38 мм);  радіальний ексцентриситет  (ексцентриситет між монтажними поверхнями ротора та статора) не повинен перевищувати 0,003 дюйма (приблизно 0,076 мм); і  плечова поверхня монтажної втулки  має бути перпендикулярною отвору та валу, з контрольованою перпендикулярністю в межах 0,0005 дюйма (приблизно 0,013 мм). Технічне значення цих чисел зрозуміле: допуск на ексцентриситет приблизно в п’ять разів більший, ніж осьовий допуск, що вказує на те, що  радіальне центрування є головним аспектом конфлікту точності.

GB/T 10241—2020 також включає 'співвісність монтажних поверхонь' і 'перпендикулярність монтажних торцевих поверхонь' до технічних вимог і методів випробувань на стандартному рівні, що означає, що ці два показники піднялися від 'рекомендацій виробника' до предметів специфікації, які підлягають перевірці.

При фактичному проектуванні ланцюга допусків не слід зосереджуватися лише на власній монтажній поверхні резольвера.  Зазор підгонки між ротором і валом двигуна, зазор підгонки між патрубком фланця статора та торцевою поверхнею обладнання, а також перпендикулярність торцевої поверхні відносно осі — ці три сегменти похибок послідовно накопичуються в кінцевій рівномірності повітряного зазору. Практичний принцип полягає в тому, щоб розглядати допуск монтажу резольвера як  кінцеву ланку системного ланцюга допусків  і розподіляти його відповідно, залишаючи розумний запас для попередньої обробки та складання, а не зосереджувати весь запас на етапі монтажу резольвера.

Контрольний список вибору: від вала до фланця, потім до перевірки

Підключаючи наведену вище логіку, вибір механічного інтерфейсу резольвера може відбуватися в три етапи.

Крок 1: Зафіксуйте діаметр валу та визначте посадку.  Виміряйте або підтвердьте фактичний діаметр і допуск вала двигуна та виберіть ротор із відповідним внутрішнім діаметром. Віддавайте перевагу невеликому зазору та уникайте перешкод; підтвердити, що характеристики теплового розширення матеріалів валу та ротора приблизно збігаються. Якщо діаметр валу нестандартний, налаштування внутрішнього діаметра ротора є звичайною практикою, але час і вартість налаштування необхідно оцінити заздалегідь.

Крок 2: Призначте фланець відповідно до відповідальності обладнання за точність.  Чи може торець обладнання забезпечити високоточний патрубок і перпендикулярний торець? Якщо так, безкаркасний прямий монтаж може забезпечити більш компактну структуру. Якщо умови монтажу на місці обмежені або потрібна швидка заміна, зручніше розташовувати патрубок фланцевого типу. Якщо саме обладнання не може забезпечити підтримку підшипника для резольвера, природним вибором є інтегрований підшипник. Діаметр отвору для болта фланця, діаметр патрубка та глибина осьового кріплення повинні узгоджуватися з торцевою поверхнею обладнання; неможливо просто перевірити, що 'зовнішній діаметр приблизно правильний'

Крок 3: Перевірку нульового положення після встановлення не можна пропускати.  Навіть якщо механічний інтерфейс вирівняний, електричне нульове положення все одно може відхилятися від положення магнітного полюса двигуна. Для резольверів, які використовуються для комутації, стандартна практика така: спочатку тимчасово зафіксуйте статор, потім використовуйте живлення постійного струму, щоб 'блокувати вал' або повернути двигун назад і спостерігати за перетином зворотної ЕРС через нуль, обертайте статор, поки сигнал нульового положення резольвера не вирівняється з магнітними полюсами двигуна, а потім остаточно затягніть. Незалежно від того, наскільки добре контролюються механічні допуски, якщо нульове положення відхиляється на кілька електричних градусів, ефективність комутації все одно значно погіршується.

Вибір механічного інтерфейсу резольвера, по суті, є  проблемою розподілу помилок : підгонка діаметра валу визначає, наскільки 'щільно' ротор слідує за валом, конструкція фланця визначає, наскільки 'надійно' статор прикріплений до корпусу, а допуск на монтаж визначає 'точність' симетрії повітряного зазору. Якщо будь-яка з цих трьох ланок ослаблена, незалежно від того, наскільки високі номінальні електричні характеристики, зчитування кута на кінці вала буде порушено. Спочатку уточніть механічний шлях вала та фланця, а потім перегляньте електричні параметри — це часто призводить до меншої кількості обхідних шляхів, ніж якщо робити це навпаки.