डायरेक्ट ड्राइव बनाम गियर वाली रोटरी सर्वोमोटर: डिज़ाइन लाभ की मात्रा का निर्धारण: भाग 1

सीखने के मकसद

• तकनीकी सीमाओं के कारण वास्तविक दुनिया की रोटरी सर्वो प्रणालियाँ आदर्श प्रदर्शन से पीछे रह जाती हैं।
• कई प्रकार के रोटरी सर्वोमोटर्स उपयोगकर्ताओं के लिए लाभ प्रदान कर सकते हैं, लेकिन प्रत्येक की एक विशिष्ट चुनौती या सीमा होती है।
• डायरेक्ट ड्राइव रोटरी सर्वोमोटर्स सर्वश्रेष्ठ प्रदर्शन प्रदान करते हैं, लेकिन वे गियरमोटर्स की तुलना में अधिक महंगे हैं।

दशकों से, गियर वाले सर्वोमोटर्स औद्योगिक स्वचालन टूलबॉक्स में सबसे आम उपकरणों में से एक रहे हैं। गियर वाले सेवरोमोटर पोजिशनिंग, वेग मिलान, इलेक्ट्रॉनिक कैमिंग, वाइंडिंग, टेंशनिंग, कसने वाले अनुप्रयोगों की पेशकश करते हैं और लोड के साथ सर्वोमोटर की शक्ति का कुशलतापूर्वक मिलान करते हैं। इससे सवाल उठता है: क्या गियर वाली सर्वोमोटर रोटरी मोशन तकनीक के लिए सबसे अच्छा विकल्प है, या क्या कोई बेहतर समाधान है?

एक आदर्श दुनिया में, एक रोटरी सर्वो सिस्टम में टॉर्क और स्पीड रेटिंग होती है जो एप्लिकेशन से मेल खाती है ताकि मोटर न तो अधिक आकार का हो और न ही कम आकार का हो। मोटर, ट्रांसमिशन तत्वों और लोड के संयोजन में अनंत मरोड़ वाली कठोरता और शून्य बैकलैश होना चाहिए। दुर्भाग्य से, वास्तविक विश्व रोटरी सर्वो सिस्टम अलग-अलग डिग्री तक इस आदर्श से कम हैं।

एक विशिष्ट सर्वो प्रणाली में, बैकलैश को ट्रांसमिशन तत्वों की यांत्रिक सहनशीलता के कारण मोटर और लोड के बीच गति के नुकसान के रूप में परिभाषित किया गया है; इसमें गियरबॉक्स, बेल्ट, चेन और कपलिंग में कोई भी गति हानि शामिल है। जब किसी मशीन को प्रारंभ में चालू किया जाता है, तो भार यांत्रिक सहनशीलता के बीच में कहीं तैरता रहेगा (चित्र 1ए)।

इससे पहले कि लोड को मोटर द्वारा स्थानांतरित किया जा सके, ट्रांसमिशन तत्वों में मौजूद सभी स्लैक को लेने के लिए मोटर को घूमना चाहिए (चित्रा 1 बी)। जब किसी चाल के अंत में मोटर की गति धीमी होने लगती है, तो भार की स्थिति वास्तव में मोटर की स्थिति से आगे निकल सकती है क्योंकि संवेग भार को मोटर की स्थिति से आगे ले जाता है।

लोड को धीमा करने के लिए उस पर टॉर्क लगाने से पहले मोटर को फिर से विपरीत दिशा में स्लैक उठाना होगा (चित्र 1सी)। गति के इस नुकसान को बैकलैश कहा जाता है, और आमतौर पर इसे आर्क-मिनट में मापा जाता है, जो एक डिग्री के 1/60वें हिस्से के बराबर होता है। औद्योगिक अनुप्रयोगों में सर्वो के साथ उपयोग के लिए डिज़ाइन किए गए गियरबॉक्स में अक्सर 3 से 9 आर्क-मिनट तक के बैकलैश विनिर्देश होते हैं।

टॉर्सनल कठोरता मोटर शाफ्ट, ट्रांसमिशन तत्वों और टॉर्क के अनुप्रयोग के जवाब में लोड के मुड़ने का प्रतिरोध है। एक असीम रूप से कठोर प्रणाली घूर्णन की धुरी के बारे में कोई कोणीय विक्षेपण के बिना टोक़ को भार तक पहुंचाती है; हालाँकि, भारी भार के तहत एक ठोस स्टील शाफ्ट भी थोड़ा मुड़ जाएगा। विक्षेपण का परिमाण लगाए गए बलाघूर्ण, संचरण तत्वों की सामग्री और उनके आकार के आधार पर भिन्न होता है; सहज ज्ञान से, लंबे, पतले हिस्से छोटे, मोटे हिस्सों की तुलना में अधिक मुड़ेंगे। घुमाव के प्रति यह प्रतिरोध ही कुंडल स्प्रिंग्स को काम करने योग्य बनाता है, क्योंकि स्प्रिंग को दबाने से तार का प्रत्येक मोड़ थोड़ा-थोड़ा मुड़ जाता है; मोटा तार सख्त स्प्रिंग बनाता है। अनंत मरोड़ वाली कठोरता से कम कुछ भी सिस्टम को स्प्रिंग के रूप में कार्य करने का कारण बनता है, जिसका अर्थ है कि सिस्टम में संभावित ऊर्जा संग्रहीत की जाएगी क्योंकि लोड रोटेशन का विरोध करता है।

जब एक साथ जोड़ा जाता है, तो सीमित मरोड़ वाली कठोरता और बैकलैश सर्वो प्रणाली के प्रदर्शन को काफी हद तक खराब कर सकते हैं। बैकलैश अनिश्चितता ला सकता है, क्योंकि मोटर एनकोडर मोटर के शाफ्ट की स्थिति को इंगित करता है, न कि उस स्थान को जहां बैकलैश ने लोड को व्यवस्थित होने की अनुमति दी है। जब लोड और मोटर सापेक्ष दिशा में विपरीत हो जाते हैं, तो बैकलैश लोड जोड़ों और मोटर से कुछ समय के लिए अनकपल के रूप में ट्यूनिंग समस्याओं का भी परिचय देता है। बैकलैश के अलावा, परिमित मरोड़ वाली कठोरता मोटर और लोड की कुछ गतिज ऊर्जा को संभावित ऊर्जा में परिवर्तित करके ऊर्जा को संग्रहीत करती है, जिसे बाद में जारी किया जाता है। यह विलंबित ऊर्जा रिलीज लोड दोलन का कारण बनता है, प्रतिध्वनि उत्पन्न करता है, अधिकतम उपयोग योग्य ट्यूनिंग लाभ को कम करता है और सर्वो प्रणाली की प्रतिक्रिया और निपटान समय पर नकारात्मक प्रभाव डालता है। सभी मामलों में, बैकलैश को कम करने और सिस्टम की कठोरता को बढ़ाने से सर्वो प्रदर्शन में वृद्धि होगी और ट्यूनिंग सरल हो जाएगी।

रोटरी अक्ष सर्वोमोटर विन्यास

सबसे आम रोटरी अक्ष विन्यास एक रोटरी सर्वोमोटर है जिसमें स्थिति प्रतिक्रिया के लिए एक अंतर्निर्मित एनकोडर और मोटर के उपलब्ध टॉर्क और गति को आवश्यक टॉर्क और लोड की गति से मिलाने के लिए गियरबॉक्स होता है। गियरबॉक्स एक स्थिर शक्ति उपकरण है जो लोड मिलान के लिए ट्रांसफार्मर का यांत्रिक एनालॉग है।

एक बेहतर हार्डवेयर कॉन्फ़िगरेशन एक डायरेक्ट ड्राइव रोटरी सर्वोमोटर का उपयोग करता है, जो लोड को सीधे मोटर से जोड़कर ट्रांसमिशन तत्वों को समाप्त करता है। जबकि गियरमोटर कॉन्फ़िगरेशन अपेक्षाकृत छोटे व्यास वाले शाफ्ट के लिए युग्मन का उपयोग करता है, डायरेक्ट ड्राइव सिस्टम लोड को सीधे बहुत बड़े रोटर फ्लैंज पर बोल्ट करता है। यह कॉन्फ़िगरेशन बैकलैश को समाप्त करता है और मरोड़ वाली कठोरता को काफी बढ़ाता है। डायरेक्ट ड्राइव मोटर्स की उच्च पोल संख्या और उच्च टॉर्क वाइंडिंग 10:1 या उससे अधिक के अनुपात के साथ गियरमोटर की टॉर्क और गति विशेषताओं से मेल खाती है।