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Direkt gegenüber Indirekte Messung der Wellenwinkel

In der Regel ist es besser, direkt die Position oder Geschwindigkeit des Objekts, das Sie interessiert In vielen Fällen sind, praktische Probleme der physischen Umwelt oder begrenzten Raum bedeuten, dass dies eine Herausforderung sein, insbesondere bei der Messung der Winkel der Wellen mit einen Durchmesser größer als ein paar Zentimeter.

Der traditionelle Ansatz besteht darin, die Winkelposition oder -geschwindigkeit indirekt zu messen - typischerweise wird die Position der Welle aus Messungen abgeleitet, die an anderer Stelle vorgenommen wurden. Mark Howard von Zettlex Ltd beschreibt den traditionellen Ansatz und einen neuen, direkten Ansatz, der durch induktive Sensoren ermöglicht wird.

Traditionelle Ansatz - Indirekte Messung
Potentiometer, Resolver und optische Encoder sind die am häufigsten verwendeten Geräte zur Messung des Wellenwinkels. Potentiometer bieten eine einfache, kostengünstige Lösung, sind jedoch für raue Umgebungen oder kontinuierliche Rotation nicht geeignet. Resolver sind unter schwierigen Bedingungen zuverlässig, aber aufgrund ihrer hohen Kosten und ihres hohen Volumens sind sie außerhalb der Bereiche Verteidigung, Luft- und Raumfahrt sowie Öl und Gas selten. Optische Encoder sind nicht so robust wie Resolver, sind aber weit verbreitet und kostengünstig. Die meisten optischen Encoder haben eine kleine (typischerweise <1 / 2 "-Durchmesser) Eingangswelle mit inkrementaler Impulsausgabe. Ausführungen mit durchgehenden Wellen sind verfügbar, die Bohrung ist jedoch normalerweise auf <2 "begrenzt. Darüber hinaus steigen die Encoderpreise dramatisch und die Verfügbarkeit sinkt.

So wie Sie den Winkel mit einem großen Durchmesser durchgehenden Welle von, sagen wir, 3 "oder größer zu messen? Traditionell wird eine kleinere, sekundäre Welle von der größeren Primärwelle angetrieben wird und der Winkel der Sekundärwelle wird gemessen. In anderen Worten wird der Winkel des primären indirekt gemessen oder abgeleitet. Seit vielen Jahren war dies der Ansatz in Geschütztürme, Drehtische, Radarantennen, Überwachungskameras, große Motoren, medizinische Scanner und Teleskope. Da die Sekundärwelle kleiner ist, gibt es eine große Auswahl von Drehgebern. Wenn absolute (und nicht inkrementell) Winkel der Primärwelle erforderlich ist, dann zusätzliches Getriebe oder ein Multiturn-Geber verwendet werden.

Probleme mit dem indirekten Ansatz
Der Winkel der Hauptwelle von dem Winkel des Sekundär berechnet - unter der Annahme, dass ihre relative Drehung proportional ist. Nicht unvernünftig? Wie immer steckt der Teufel im Detail und in der Praxis gibt es Probleme mit dieser Annahme.

Als allgemeine Regel gilt, wenn die erforderliche Messgenauigkeit beträgt <1 Grad, indirekte Messung ist wahrscheinlich nicht zuverlässig funktioniert - oder zumindest nicht für lange. Es gibt zwei Teile des Problems - Genauigkeit und Zuverlässigkeit. Ungenauigkeit kommt von der Anzahl der Faktoren in Toleranz up des Systems. Für eine durch Zahnräder gekoppelt System umfassen diese Faktoren sind jedoch nicht beschränkt auf:

  1. Encoder Genauigkeit.
  2. Encoder Wärmekoeffizienten - dh driften in Ausgabe aufgrund der Temperatur.
  3. Unterschiedliche Wärmeausdehnung in Zahnräder, Wellen, Lager, Halterungen usw.
  4. Zahnflankenspiel.
  5. Ausrüstung tragen.
  6. Rundlauf der Zahnräder auf den Wellen.
  7. Räder / Zahn Dehnung gegen Drehmoment.
  8. Wellenrundlaufgenauigkeit.
  9. Variation der Gangstellung mit Schlägen und Erschütterungen.
  10. Toleranz Zahnstellung.
  11. Toleranz auf Primär-und Sekundärwelle Zentren.
  12. Variation des Wellenmittenabstands - aufgrund von Lager- / Lagerspielräumen.
  13. Abweichungen von Schmierung - wegen Menge, Art und Viskosität.
  14. Mechanische Reibung - vor allem die Haftreibung.
  15. Auswirkung der Fremdkörper auf Zähne.
  16. Twist aufgrund Drehmoment in Wellen.
  17. Wellendurchbiegung.

Jeder dieser Effekte allein wahrscheinlich nicht einen großen Einfluss auf die Genauigkeit. Das Problem entsteht, weil alle diese Effekte zusammen zu stapeln.

Ein häufiges Missverständnis in # 1 ist, dass ein Geber mit 1,000 Impulse pro Umdrehung ist genau auf 1 / 1000th eines rev. Leider ist die Auflösung nicht gleich Genauigkeit.

Zuverlässigkeit, die meisten Ingenieure wissen, dass die Zuverlässigkeit der mechanischen Systems ist proportional zu der Anzahl von Teilen in das - insbesondere bewegliche Teile. Getriebe, Riemenscheibe oder Kettensysteme sind anfällig für Fremdstoffe. Dies kann oft von Ingenieuren, die ihre Geräte innerhalb der angegebenen Umschlag und dass alle Service wird von Fachpersonal, die immer Schikanen und Dichtungen zu ersetzen geführt betrieben werden, erwarten, übersehen werden.

Die Erfahrung zeigt, das ist Wunschdenken. Fremdkörper entsteht oft aus unerwarteten, manchmal bizarre, Bedingungen. Beispiele von Fremdstoffen zu beachten sind Staub, Sand, Schlamm, regen, Schnee, Eis, Hagel, Kondensation, Insekten, Nagetiere, Nagetier Abfall, Schimmel, Pilze, mechanische Werkzeuge Schurken, Schurken mechanische Verbindungselemente, Späne, Partikel, Kaffee, Cola ( Das ist ätzend), Pollen, luftgetragenen Samen, Vegetation, Wasserrückstände, Rauch / Kordit Rückstand, Insekten Kot / Sekrete, Schnecken, Würmer, Bremse / Kupplung Staub, Haare und Textilfasern. Weit hergeholt? Nein - die Erfahrung zeigt, dass unerwartete Fremdstoffe zu erwarten ist.

Ein neuer Ansatz - Direkte Messung
Als allgemeine Regel gilt, wenn die Position eines Objektes genau zu messen, dann sollte die Messung bei gemacht werden, oder in der Nähe ist, die object.Measuring Wellenwinkel direkt vereinfacht das System und verringert die Toleranz auf. Das Ergebnis: verbesserte Genauigkeit und Zuverlässigkeit.

Warum verwendet nicht jeder direkte Messung? Der Grund ist, dass Drehgeber mit großem Durchmesser bis vor kurzem unverhältnismäßig teuer, empfindlich und schwer zu montieren waren. Ringförmige optische Kodierer gibt es schon seit Jahren, sind jedoch teuer, sperrig, müssen sorgfältig installiert werden und neigen dazu, mit Fremdstoffen zu versagen. In ähnlicher Weise gibt es Resolver mit großem Durchmesser oder "Pancake" bereits seit Jahren, aber aufgrund ihres Preises, ihrer komplexen elektrischen Versorgung / Signalverarbeitung und ihres Volumens sind sie für die meisten gängigen Anwendungen ungeeignet.

Doch eine neue Generation induktiver Encoder ermöglicht jetzt einfach, effektiv und präzise Winkelmessung für große Wellendurchmesser. Diese Geräte arbeiten nach ähnlichen Prinzipien kontakt Resolver und sind genauso robust und zuverlässig. Anstatt Drahtspulen oder Wicklungen sie gedruckt, Laminar-Wicklungen zu verwenden. Diese ermöglichen ein niedriges Profil, Ringgeber ideal, um große Durchwellen geeignet. Anders als ihre optischen Pendants, haben diese Geräte nicht verlangen Präzision Installation und die elektrische Schnittstelle ist einfach - Gleichspannung; absolute digitalen Daten aus. Die mechanische Anordnung dieser neuen Generation Geräte ist einfach und löscht alle Getriebe. Das Ergebnis: eine einfache, leicht zu installierende, kompakt, leicht, geringer Massenträgheit, genaue und zuverlässige Lösung.

Prozessindustrie Informer

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