Муфты для сервоприводов обычно соединяют прецизионные приводы с чувствительными нагрузками, поэтому они не могут вызвать никаких ошибок. Вот почему сервопары должны иметь нулевой люфт — чтобы предотвратить проблемы с синхронизацией и предсказуемостью (не говоря уже о сбоях из-за ударов по осям заднего хода). Муфты для сервоприводов также должны обладать высокой жесткостью на кручение, обеспечивая при этом незначительное смещение (в пределах спецификаций) вращающихся валов даже при поддержании передаваемых оборотов на уровне оборотов на выходе двигателя.

Но это всего лишь пара соображений по сервосвязи. Рассмотрим типичное применение сервопар — для подключения серводвигателя к шариковому винту. Здесь муфты с низкой инерцией позволяют оси обеспечивать более быстрое ускорение и замедление без излишнего снижения общей эффективности системы.

Фактически, муфты для сервоприводов часто должны компенсировать незначительные проблемы с передачей мощности, чтобы свести к минимуму ошибки до 1 угловой минуты или ниже. Это особенно верно там, где сервосистемы принимают форму точных осей позиционирования.

Вот более полный список параметров, которые следует учитывать для правильной работы муфты в таких конструкциях:

Муфты не должны быть последним указанным компонентом движения, поскольку правильная работа сервомашины зависит от наличия подходящей муфты на месте. Варианты с жесткостью на кручение (идеально подходящие для конструкций с движением) включают специальные сильфонные муфты, резино-кулачковые муфты и дисковые муфты.

Муфты с изогнутыми кулачками обладают хорошими демпфирующими характеристиками для оптимизации работы осей при быстром ускорении и замедлении. В других местах как дисковые муфты, так и некоторые сильфонные муфты превосходны на высокоскоростных осях. Других предложений предостаточно, чтобы служить другим целям дизайна. Однако есть одно предостережение относительно типа муфты: никогда не используйте жесткие муфты для замены гибких сервопар на осях, где последние, по-видимому, часто выходят из строя. Здесь эта проблема, скорее всего, заключается в недостаточной центровке между выходным валом двигателя и следующим компонентом силовой установки. Иногда существует ошибочное мнение, что жесткие муфты исключительно прочны, поэтому могут решать проблемы в таких ситуациях. Дело в том, что жесткие муфты работают только тогда, когда валы идеально выровнены, потому что эти муфты передают соединенным компонентам движения (потенциально экстремальные) усилия, возникающие из-за несоосности.

После указания типа муфты инженер-проектировщик должен выбрать размер муфты. Это в значительной степени зависит от скорости вращения оси (об/мин), уровня крутящего момента, который ось должна передавать, и коэффициента обслуживания, требуемого приложением. Оси, передающие постоянный крутящий момент, проще указать; напротив, оси, передающие переменный крутящий момент, требуют дополнительного рассмотрения. Здесь определите средний рабочий крутящий момент приложения и пиковый крутящий момент. (Также рассмотрите параметры, перечисленные в разделе “Способность обрабатывать развороты” ниже.)

Один совет, позволяющий избежать превышения размера сервопары: определите фактические системные требования и выберите базовую муфту на основе этих значений — и избегайте определения всей оси по пиковому крутящему моменту подключенного двигателя-редуктора.

Наряду с точным контролем положения, усилия или выходной скорости часто важно поддерживать высокую эффективность. Муфты, которые имеют накручивание или люфт, снижают эту эффективность, поскольку они должны преодолевать инерцию нагрузки при каждом цикле перемещения. Это может быть существенным недостатком в некоторых установках, поэтому (особенно на осях, использующих жесткие муфты) следует предотвращать непреднамеренное функционирование муфт в качестве маховиков.

Обратите внимание, что если жесткость муфты на кручение недостаточна, другие системные функции должны компенсировать это. Одним из стандартных решений является настройка ПИД-регуляторов и уменьшение усиления сервопривода, хотя это ухудшает отклик системы и производительность. Напротив, чрезмерная жесткость на кручение ставит под угрозу способность оси выдерживать быстро меняющиеся нагрузки. Это связано с тем, что сервопары с чрезмерной жесткостью могут быть хрупкими и подверженными выходу из строя на требовательных осях, которые должны часто и внезапно менять направление.

Совет по применению сервопривода: сбалансируйте характеристики сцепления для обеспечения жесткости. Чрезмерная жесткость на кручение может привести к преждевременному выходу из строя. С другой стороны, оси, которые должны выдерживать синхронизацию (как для команд позиционирования), выигрывают от использования жестких на кручение муфт.

Как уже упоминалось, это важный параметр по нескольким причинам. Приложения с особенно агрессивными профилями движения больше всего полагаются на низкую инерцию сервопары.

Дисковые муфты, некоторые сильфонные муфты и резиновые муфты с высоким коэффициентом усиления — все это варианты демпфирования на основе муфты в сервоприводах. Фактически, самые требовательные приложения для сервоприводов в последние годы стимулировали повышение частот отклика, но вибрация (и поиск) возникают при высоких настройках усиления в узлах, использующих жесткие на кручение муфты. Ссылаться наСервомуфты: жесткость, демпфирование, поиск и стабилизация около couplingtips.com подробнее об этом.

Большинство сервопар соединяют валы с помощью зажимных или стопорных механизмов (а не шпоночных пазов). Хотя шпоночные пазы часто предлагаются в качестве опции для предотвращения проскальзывания вала, правда в том, что они могут быть помехой — повышая концентрацию напряжений в соединениях вала, повышая ненужные затраты, риск дисбаланса и другие потенциальные недостатки. ПрочитайКонические зажимные втулки обеспечивают защиту при применении с высоким крутящим моментом подробнее об этом.

Приложения с сервоприводами, которые должны быстро изменять направление, требуют особого рассмотрения. Здесь рассмотрим крутящий момент, связанный с запуском и остановкой системы по инерции. Сервисные факторы часто могут количественно оценить влияние этого значения на динамику сборки. Другим аспектом реверсивных нагрузок, который следует учитывать, является усталость материала сцепления. Имейте в виду, что некоторые сервопары, которые превосходно работают в обычных приложениях, могут выйти из строя в течение нескольких недель (или раньше) при принудительной передаче питания в обратном направлении.

Хотя отказов системы лучше избегать, муфты могут быть сконструированы таким образом, чтобы защитить привод оси или двигатель и коробку передач от разрыва в случае аварии машины или катастрофической перегрузки. Это особенно полезно в высокоскоростных сервоприводах, где ограничения тока на основе привода недостаточно быстры, чтобы учесть существующую кинетическую энергию, связанную с трансмиссией, и нагрузку при заедании или внезапном ударе.

Гибкие муфты для сервоприводов допускают смещение. Однако производители оборудования должны реалистично оценивать уровень допустимого смещения для данной оси и указывать методы сборки и монтажа, которые гарантируют, что уровни никогда не превышают номинальные значения муфты. В противном случае может произойти поломка муфты или другого компонента.