Lựa chọn giao diện cơ học Selsyn: Đường kính trục, mặt bích và kích thước lắp đặt—Độ chính xác có thể thu gọn với độ lệch nhỏ nhất

Khi các thông số điện của bộ phân giải được chọn chính xác, hệ thống vẫn có thể biểu hiện dao động góc và lệch vị trí bằng 0. Vấn đề thường không nằm ở mạch giải mã mà ở một nơi ẩn giấu hơn: giao diện cơ học. Về cơ bản, bộ phân giải sẽ đo góc thông qua khớp nối điện từ giữa stato và rôto. Bất kỳ độ lệch tâm nào của lắp đặt, độ lệch trục hoặc khớp lỏng lẻo sẽ trực tiếp làm biến dạng tính đối xứng của từ trường khe hở không khí và ghi lỗi vào tín hiệu đầu ra. Cốt lõi của việc lựa chọn giao diện cơ học nằm chính xác ở ba chiều dường như 'không có nội dung kỹ thuật':  cách khớp đường kính trục, cách xác định mặt bích và khoảng cách để lại cho các kích thước lắp đặt.

Đường kính trục: 'Nó vừa quá' là không đủ

Kết nối giữa rôto bộ phân giải và trục động cơ là điểm khởi đầu vật lý của toàn bộ chuỗi tín hiệu. Bước đầu tiên trong việc lựa chọn là xác định đường kính trong của rôto bộ phân giải dựa trên đường kính thực tế của trục động cơ. Logic lựa chọn của nhà sản xuất thường như sau: xác định đường kính trong rôto của bộ phân giải theo đường kính trục rôto động cơ và có thể tùy chỉnh theo đường kính trục. Các thông số kỹ thuật trục xuyên rỗng phổ biến bao gồm các kích thước như 6 mm, 8 mm, 9,52 mm và 12,7 mm, trong khi trục côn bao gồm các tùy chọn 9 mm hoặc 12 mm với độ côn 1:10.

Tuy nhiên, 'vừa vặn' chỉ là điểm mấu chốt. Sự phán xét lựa chọn thực sự nằm ở bản  chất của sự phù hợp . Giữa rôto của bộ phân giải không khung và trục,  lắp một khe hở nhỏ thay vì lắp chặt hoặc vừa khít.  nên Hướng dẫn lắp đặt của Dynapar đưa ra phạm vi tham chiếu từ 0,0002 đến 0,001 inch khoảng hở (khoảng 0,005 mm đến 0,025 mm) giữa trục và đường kính trong rôto, để tránh khớp nối các đường dây hoặc khớp gây nhiễu. Mối ghép gây nhiễu có thể trông có vẻ 'an toàn', nhưng trên thực tế, nó có thể gây ra sự uốn cong trục hoặc biến dạng lõi rôto trong quá trình lắp ép, thay vào đó làm hỏng tính đồng nhất của khe hở không khí. Mặc dù các khớp nối có chốt hoặc có chốt yêu cầu lực ép vào thấp hơn, nhưng khoảng hở gia công và lắp ráp của chúng có thể tạo ra các thành phần lệch tâm bổ sung.

Có một chi tiết khác dễ bị bỏ qua:  hệ số giãn nở nhiệt của trục và vật liệu rôto của bộ phân giải phải càng gần nhau càng tốt . Nếu trục động cơ là thép trong khi ống bọc rôto của bộ phân giải được làm bằng vật liệu có đặc tính giãn nở nhiệt khác biệt đáng kể thì khe hở lắp sẽ thay đổi sau khi nhiệt độ tăng và khe hở không khí được điều chỉnh ban đầu có thể dịch chuyển ở trạng thái nóng.

Mặt bích: Hình thức kết cấu quyết định 'Ai chịu trách nhiệm căn chỉnh'

Cấu trúc mặt bích của bộ phân giải về cơ bản trả lời một câu hỏi:  ai đảm bảo độ chính xác về vị trí của stato . Các dạng mặt bích khác nhau tương ứng với các cách phân bổ trách nhiệm căn chỉnh khác nhau.

Loại gắn trực tiếp không khung  là giải pháp 'trần' nhất: stato được cố định trực tiếp vào vỏ thiết bị, rôto được gắn trên trục truyền động và bản thân bộ phân giải không có ổ trục. Độ đồng trục giữa stato và rôto phụ thuộc hoàn toàn vào độ chính xác gia công và lắp ráp của thiết bị. Loại này phù hợp với các tình huống có không gian hạn chế và yêu cầu trọng lượng nhẹ cao, nhưng trong quá trình lắp đặt, độ đồng trục giữa stato và rôto phải được kiểm soát trong phạm vi 0,05 mm. Nó đặt ra yêu cầu cao nhất về chuyên môn cơ khí của người thiết kế thiết bị và cũng mang lại sự tự do lớn nhất.

Loại gắn mặt bích  có một chốt định vị và các lỗ bu lông trên vỏ bộ phân giải, đồng thời sử dụng khớp nối giữa chốt định vị và mặt cuối của thiết bị để 'định vị trước.' Sau khi ổ trục được tích hợp, vị trí tương đối của stato và rôto đã được hiệu chỉnh tại nhà máy. Trong quá trình lắp đặt, chỉ cần căn chỉnh chốt định vị mặt bích với chỗ lõm tương ứng trên mặt cuối của thiết bị và siết chặt các bu lông. Độ chính xác căn chỉnh được đảm bảo bởi chốt định vị mặt bích và độ vuông góc của mặt cuối, giúp loại này phù hợp với các thiết bị nặng hoặc điều kiện làm việc có độ rung lớn. Chi phí là chiều dài trục lớn hơn và chi phí cao hơn, và bản thân chốt định vị mặt bích trở thành một liên kết lỗi mới—khe hở khít giữa chốt định vị và hốc thiết bị cũng như độ vuông góc của mặt cuối với trục vẫn cần được đưa vào chuỗi dung sai.

Loại tích hợp ổ trục  còn kết hợp ổ trục bên trong với rôto được tích hợp với ổ trục, do đó nó có thể được gắn trực tiếp trên trục truyền động mà không cần thiết bị cung cấp cấu trúc hỗ trợ bổ sung. Nó hấp thụ 'sự căn chỉnh' vào chính bộ phân giải ở mức độ lớn nhất, nhưng trong quá trình lựa chọn, cần phải xác nhận xem khả năng chịu tải hướng trục và hướng tâm của ổ trục có phù hợp với điều kiện làm việc hay không và liệu tốc độ tối đa của chính bộ phân giải có đáp ứng được các yêu cầu ứng dụng hay không.

Bản chất của việc lựa chọn mặt bích là sự cân bằng giữa  khả năng chính xác của thiết bị, không gian trục, chi phí và tính dễ lắp đặt . Nếu mặt cuối của thiết bị có độ chính xác gia công cao và không gian chật hẹp thì việc lắp trực tiếp không khung là lựa chọn hợp lý; nếu điều kiện lắp ráp tại chỗ bị hạn chế và cần phải định vị nhanh thì loại gắn trên mặt bích sẽ sử dụng chốt định vị để căn chỉnh 'thuê ngoài' với vỏ bộ phân giải và đáng tin cậy hơn.

Chuỗi dung sai kích thước lắp đặt: Độ lệch tâm và độ lệch trục là những yếu tố trực tiếp làm mất đi độ chính xác

Độ chính xác đầu ra của bộ giải cực kỳ nhạy cảm với  độ lệch tâm hướng tâm  và  độ lệch trục  giữa stato và rôto. Bộ phân giải từ trở thay đổi điều chỉnh tín hiệu thông qua những thay đổi định kỳ trong khe hở không khí giữa các răng stato và độ lồi của rôto. Độ lệch tâm làm thay đổi sự phân bố không gian của độ thẩm thấu khe hở không khí và đưa các thành phần lỗi phụ thuộc vào vị trí vào đầu ra.

Khung dung sai lắp đặt chung do Dynapar đưa ra có thể dùng làm cơ sở thiết kế:  độ lệch trục  (độ lệch trục hoặc biến đổi kích thước giữa các mặt lắp rôto và stato) không được vượt quá 0,015 in. (khoảng 0,38 mm);  độ lệch tâm hướng tâm  (độ lệch tâm giữa mặt lắp rôto và stato) không được vượt quá 0,003 inch (khoảng 0,076 mm); và  mặt vai của trục định vị  phải vuông góc với lỗ khoan và trục, với độ vuông góc được kiểm soát trong phạm vi 0,0005 inch (khoảng 0,013 mm). Ý nghĩa kỹ thuật của những con số này rất rõ ràng: dung sai độ lệch tâm chặt hơn khoảng năm lần so với dung sai dọc trục, cho thấy rằng  căn chỉnh hướng tâm là khía cạnh chính của xung đột về độ chính xác..

GB/T 10241—2020 cũng kết hợp 'độ đồng trục của các bề mặt lắp ráp' và 'độ vuông góc của các mặt đầu lắp' vào các yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử nghiệm ở cấp độ tiêu chuẩn, nghĩa là hai chỉ số này đã tăng từ 'khuyến nghị của nhà sản xuất' lên các mục thông số kỹ thuật có thể kiểm tra được.

Khi thực sự thiết kế chuỗi dung sai, người ta không nên chỉ tập trung vào bề mặt lắp đặt của chính bộ phân giải.  Khe hở vừa vặn giữa rôto và trục động cơ, khe hở vừa khít giữa đầu định vị của mặt bích stato và mặt cuối của thiết bị và độ vuông góc của mặt cuối so với trục — ba phân đoạn lỗi này tích lũy nối tiếp trên tính đồng nhất của khe hở không khí cuối cùng. Một nguyên tắc thực tế là coi dung sai lắp bộ phân giải là  liên kết cuối cùng của chuỗi dung sai hệ thống  và phân bổ nó phù hợp, để lại biên độ hợp lý cho gia công và lắp ráp ngược dòng thay vì tập trung toàn bộ biên độ vào bước lắp bộ phân giải.

Danh sách kiểm tra lựa chọn: Từ trục đến mặt bích, sau đó đến xác minh

Kết nối logic trên, việc lựa chọn giao diện cơ học của trình phân giải có thể tiến hành theo ba bước.

Bước 1: Khóa đường kính trục và xác định độ khít.  Đo hoặc xác nhận đường kính thực tế và dung sai của trục động cơ, đồng thời chọn rôto có thông số đường kính trong tương ứng. Thích khe hở vừa vặn một chút và tránh nhiễu; xác nhận rằng đặc tính giãn nở nhiệt của vật liệu trục và rôto gần như khớp nhau. Nếu đường kính trục không đạt tiêu chuẩn thì việc tùy chỉnh đường kính trong của rôto là một cách làm phổ biến, nhưng cần phải đánh giá trước thời gian và chi phí tùy chỉnh.

Bước 2: Phân bổ mặt bích theo trách nhiệm chính xác của thiết bị.  Mặt cuối của thiết bị có thể cung cấp mặt đầu vuông góc và đầu định vị có độ chính xác cao không? Nếu vậy, việc lắp trực tiếp không khung có thể mang lại cấu trúc nhỏ gọn hơn. Nếu điều kiện lắp ráp tại chỗ bị hạn chế hoặc cần thay thế nhanh chóng thì việc định vị đầu định vị của loại gắn mặt bích sẽ thuận tiện hơn. Nếu bản thân thiết bị không thể cung cấp ổ trục hỗ trợ cho bộ phân giải thì loại tích hợp ổ trục là lựa chọn đương nhiên. Vòng tròn bước lỗ bu lông, đường kính chốt và độ sâu lắp trục của mặt bích cần phải khớp từng hạng mục với mặt cuối của thiết bị; người ta không thể đơn giản kiểm tra xem 'đường kính ngoài có đúng không.'

Bước 3: Không thể bỏ qua xác minh vị trí 0 sau khi cài đặt.  Ngay cả khi giao diện cơ học được căn chỉnh, vị trí điểm 0 về điện vẫn có thể lệch khỏi vị trí cực từ của động cơ. Đối với các bộ phân giải được sử dụng để chuyển mạch, phương pháp tiêu chuẩn là: trước tiên, cố định tạm thời stato, sau đó sử dụng nguồn DC để 'khóa trục' hoặc dẫn động lùi động cơ và quan sát giao điểm 0 của EMF phía sau, xoay stato cho đến khi tín hiệu vị trí 0 của bộ phân giải thẳng hàng với các cực từ của động cơ, rồi cuối cùng siết chặt. Cho dù dung sai cơ học được kiểm soát tốt đến đâu, nếu vị trí 0 lệch vài độ điện, hiệu suất chuyển mạch vẫn sẽ giảm đi đáng kể.

Lựa chọn giao diện cơ học của bộ giải quyết về cơ bản là một  vấn đề phân bổ lỗi : sự phù hợp với đường kính trục xác định mức độ 'chặt' của rôto đi theo trục, cấu trúc mặt bích xác định cách 'chắc chắn' stato được neo vào vỏ và dung sai lắp đặt xác định 'độ trung thực' của tính đối xứng khe hở không khí. Nếu bất kỳ liên kết nào trong ba liên kết này bị lỏng, cho dù thông số kỹ thuật điện danh nghĩa có cao đến đâu thì việc đọc góc ở đầu trục sẽ bị ảnh hưởng. Trước tiên, hãy làm rõ đường dẫn cơ học của trục và mặt bích, sau đó xem xét các thông số điện—điều này thường dẫn đến ít đường vòng hơn so với thực hiện theo cách ngược lại.