Čo je to servopohon a ako to funguje

Účel a zariadenie

Servopohon našiel široké uplatnenie v robotike, strojárstve, automobilovom priemysle a automatizácii procesov vo výrobe. Pomocou tejto pomoci sa manipulátory manipulujú, otváranie (úplné alebo neúplné) alebo zatváranie (zakrývanie) uzáverov sa vykonáva v konštrukcii obrábacích strojov na napájanie rezného nástroja a iných ovládačov.

Je to zariadenie pozostávajúce z elektromotora, prevodovky, snímača polohy (kódovacieho zariadenia) alebo odporu a ovládača (ovládacieho zariadenia).

Jednoducho povedané, je to elektromechanický pohon, ktorý prostredníctvom vnútornej spätnej väzby nastavuje presnú polohu hriadeľa mechanizmu v závislosti od vonkajších riadiacich signálov.

Obrázok zobrazuje časť zariadenia:

Servopohony sú k dispozícii v rôznych kapacitách a účeloch: nízky výkon od 0,05 kW, používaný v automobilovom priemysle a robotike, napríklad sg90 a významný výkon 15 kW. Tieto sú namontované v priemyselných manipulátoroch, CNC strojoch, na ovládanie ventilov v ropnom a plynárenskom priemysle atď.

Elektromotor nie je vždy namontovaný ako motor na servopohon. Ako pohon možno použiť valec s tyčou poháňaný stlačeným vzduchom alebo kvapalinou.

Typy serv

Servopohony sú rozdelené na elektromechanické. V nich mechanizmus pozostáva z elektrického motora a prevodovky. Líšia sa relatívne nízkou rýchlosťou.

Rozlišuje sa podľa typu použitého motora:

• synchrónne, majú vysokú presnosť otáčania výstupného hriadeľa, rýchlo získavajú impulz;
• asynchrónny, charakterizovaný stabilnou rotáciou hriadeľa;
• s kolektorovým motorom jednosmerného alebo striedavého prúdu (univerzálny).

Servopohony, v ktorých je hnacím mechanizmom piest s valcom, majú vysokú rýchlosť. Používa sa v aute na radenie prevodových stupňov v automatickej prevodovke. Namontované v robotoch, ktoré prenášajú zaťaženie viac ako sto kilogramov. V priemyselných závodoch na prepínanie uzáverov v baliacich strojoch, kde sa stlačený vzduch používa ako nosič energie.

Hlavné charakteristiky servopohonu:

• Hlavným parametrom je krútiaci moment alebo sila na hriadeľ. V údajoch z pasu sú uvedené dve veličiny vzhľadom na rôzne napájacie napätie.
• Otáčky ukazujú, ako dlho sa bude výstupný hriadeľ otáčať o 60⁰, Uvádzajú sa hodnoty pre rôzne napätia.
• Ktorý riadiaci signál sa používa, analógový alebo digitálny.
• Napájacie napätie. Väčšina malých jednotiek je napájaná 4,8 až 7,2 V. Používa sa napríklad v modeloch s rádiovým ovládaním. Je doplnený tromi drôtmi a má štandardný pinout. Kontrolný signál sa vysiela do bielej, hnedej alebo žltej farby, dodáva sa červené napätie a čierna je bežný vodič.
• Pracovný uhol rotácie, zvyčajne 180⁰ alebo 360⁰, K dispozícii sú vylepšené pohony s konštantným otáčaním hriadeľa;
• Materiál na výrobu ozubených kolies. Sú vyrobené z mosadze, uhlíkových vlákien, plastu alebo je možné ich kombinovať.

Pri elektromechanickom servopohone sa používajú elektrické motory s jadrom, počas ktorých dochádza k vibráciám, keď sa kyvadlo otáča. To znižuje presnosť otáčania výstupného hriadeľa. Motory s minimálnou kinetickou energiou rotora sú zbavené tejto nevýhody. Takéto pohony sú potrebné pre CNC stroj na presné nastavenie pohonu. Sú však drahšie ako základné motory.

Najbežnejšou prevodovkou je prevodovka, ktorá slúži na zníženie otáčok a zvýšenie krútiaceho momentu na výstupnom hriadeli. Menej často používaný je pohon so závitovkovým prevodom, ktorý má vysoký prevodový pomer, ale je drahší a ťažšie sa vyrába.

Oblasť použitia

Servopohon je široko používaný v robotike a manipulátoroch. Pri vytváraní malých mechanizmov sa používa servopohon mg995 a podobne.

Na ovládanie moderných pohonov v amatérskych výrobkoch sa často používajú predstavitelia rodiny Arduino. Predstavuje súbor elektronických zariadení určených na riadenie robotov a automatizačných zariadení, v ktorých sa používa servopohon. Riadiaci signál môže byť analógový alebo digitálny.

Schéma pripojenia pohonu k riadiacemu zariadeniu je znázornená na obrázku. Zariadenie môže ovládať viac diskov.

Pre podlahové vykurovanie použite automatizáciu, ktorá udržuje danú teplotu. A prietok chladiacej vody, ktorá je horúcou vodou z kotla, je riadený servopohonom.

Je pripojený k riadiacemu zariadeniu, ktoré monitoruje teplotu pomocou teplotného senzora a vydáva povel elektrotermickému servopohonu RBM 24V. Môže sa použiť aj servopohon AC230V s regulátorom.

Regulácia teploty vo vykurovaní sa vykonáva automaticky, pri ktorej sa používa servopohon typu ICMA NC230V alebo NC24V. Zariadenia sú k dispozícii pre rôzne napájacie napätia.

Unifikované servo použité v aute má malé rozmery. Navrhnuté pre prácu s palubným napätím 12 voltov. Je integrovaný s centrálnym zámkom a je inštalovaný na všetkých dverách vozidla vrátane piatych dverí (dvere kufra).

Mechanizmus tiež riadi tok horúcej kvapaliny do kachlí. Funguje v spojení s termoelektrickým snímačom, z ktorého je signál privádzaný do ovládacieho zariadenia. Po analýze senzor pošle príkaz na servopohon, ktorý zvyšuje alebo znižuje prietok tekutiny.

Napríklad pre automobily VAZ sa používa elektrický pohon s prevodovkou SL-5.

Toto nie je úplný zoznam použitia takýchto zariadení.

Výhody a nevýhody

Servopohon má výhody oproti podobným zariadeniam, ako sú krokové motory. Vďaka spätnej väzbe môže mechanizmus korigovať polohu hriadeľa bez ohľadu na zaťaženie na osi, čo vám umožňuje nastaviť pracovný mechanizmus s vysokou presnosťou.

Hlavné výhody sú:

• vysoká presnosť polohovania;
• pomocou prevodovky sa zníži rýchlosť a zvýši sa moment;
• umiestnenie pracovného telesa sa dá ľahko nastaviť vykonaním zmeny v riadiacom programe;
• schopnosť dosiahnuť väčšie zrýchlenie počas prevádzky, vďaka čomu je servo vhodnejšie na použitie vo vysokorýchlostných zariadeniach v porovnaní s krokovými motormi;
• rovnomerný okamih takmer v celom rozsahu rýchlostí;
• dobre tolerovať preťaženie.

Medzi nevýhody patrí:

• prítomnosť prevodovky (zvlášť kritická, ak má plastové prevody alebo mäkké kovy);
• opotrebenie odporových dráh (ak sa na spätnú väzbu počas polohovania používa potenciometer);
• komplexné nastavenie riadiaceho programu na dosiahnutie výsledkov vysokej presnosti;
• vysoké náklady na vybavenie (napríklad v porovnaní s krokovými motormi);
• presnosť je často menšia ako u krokových motorov.

Majte však na pamäti, že všetky výhody a nevýhody sú spriemerované. Môžu to byť ako krokové motory, ktoré sa v určitej aplikácii ukážu lepšie ako servopohon a naopak.

záver

Automatické riadenie domácich a priemyselných systémov je pevne zakorenené v našich životoch. V poslednej dobe sa široko používa pohon pod kontrolou programovateľných blokov na rôzne účely, napríklad arduino.

To umožnilo vytvoriť zásadne nové amatérske lietajúce rádiom riadené zariadenia, roboty a detské hračky. V priemysle sa servopohon používa v obrábacích strojoch, na bagroch, na štvorkolkách atď. Dnes je nemožné si predstaviť náš život bez serva.

Video ukazuje činnosť analógových serv sg90 v modeli spider robota:

Teraz viete, čo je servo, ako je navrhnuté a na čo slúži. Dúfame, že vám poskytnuté informácie pomôžu zvládnuť túto tému a pochopiť hlavné body. Ak máte nejaké otázky, opýtajte sa ich na komentáre v článku!

Súvisiace materiály:

• Čo je rotor a stator v motore
• Ako funguje elektromer?
• Ako urobiť automatické brány sami