Mitsubishi HC-SFS121K (HCSFS121K) — 1,2 кВт, асинхронный серводвигатель переменного тока, вал с шпонкой, без тормоза, 1000 об/мин, серия MELSERVO-J2S

Идентификация продукта

Номер детали: HC-SFS121K

Также ищут как: HCSFS121K, HC-SFS-121K

Серия: Mitsubishi MELSERVO HC-SFS (J2-Super Generation)

Тип двигателя: Бесщеточный серводвигатель переменного тока — вал с шпонкой, без тормоза, 1000 об/мин, 200 В переменного тока

Для чего предназначен этот двигатель

При 1000 об/мин с постоянным крутящим моментом 11,5 Нм, Mitsubishi HC-SFS121K занимает особое и продуманное место в линейке MELSERVO-J2S — серводвигатель со средним моментом инерции, обеспечивающий высокое соотношение крутящего момента к мощности при низкой скорости вращения вала, с фрезерованной шпоночной канавкой для надежного механического соединения и без электромагнитного тормоза для применений, где достаточно только блокировки сервопривода.

Номинальная скорость 1000 об/мин является определяющей характеристикой. При использовании той же мощности 1,2 кВт в двигателе со скоростью 2000 об/мин постоянный крутящий момент уменьшился бы вдвое примерно до 5,7 Нм. Более низкая номинальная скорость HC-SFS121K концентрирует доступную мощность в значительно более высокий крутящий момент на валу — 11,5 Нм постоянно — без какой-либо редукции между двигателем и нагрузкой. Для осей, где бюджет крутящего момента является ограничивающим фактором, а не ограничение скорости, это рабочая точка, которая напрямую решает проблему проектирования.

Шпоночный вал завершает картину. Там, где приводной компонент — вход червячной передачи, шкив ремня ГРМ, звездочка цепи — требует надежного механического пути передачи крутящего момента, а не фрикционного зажимного интерфейса, фрезерованная шпоночная канавка обеспечивает его. Отсутствие тормоза означает упрощенное подключение, отсутствие последовательности реле и отсутствие необходимости в блокировке MBR для осей, где гравитация не является фактором, а блокировка сервопривода усилителя адекватно удерживает положение в покое.

В сочетании с 17-битным последовательным абсолютным энкодером с разрешением 131 072 отсчетов/оборот и усилителем MR-J2S-200, HC-SFS121K обеспечивает производительность платформы J2-Super — высокополосное управление скоростью, высокое разрешение энкодера и резервное копирование абсолютного положения с многооборотным счетчиком — при этой средней мощности 1000 об/мин.

Технические характеристики

11,5 Нм при 1000 об/мин: понимание преимущества крутящего момента

Физика проста. Мощность равна крутящему моменту, умноженному на угловую скорость. При постоянной мощности и снижении скорости крутящий момент должен пропорционально увеличиваться для поддержания той же выходной мощности. При 1,2 кВт и 1000 об/мин HC-SFS121K обеспечивает постоянный крутящий момент 11,5 Нм. Сравнимый двигатель со скоростью 2000 об/мин и мощностью 1,2 кВт выдавал бы примерно 5,7 Нм. Та же потребляемая электрическая мощность, тот же класс усилителя — но крутящий момент, доступный на валу для продолжительной работы, удвоен.

Для применений, где критическим параметром проектирования является крутящий момент, который двигатель может постоянно выдерживать при производственной нагрузке, а не скорость вращения вала, эта разница имеет практическое значение. Приводы тяжелых медленно движущихся конвейеров. Оси с червячной передачей, где крутящий момент двигателя напрямую передается на редуктор без дополнительной ступени. Приводы намотки материала, которые должны поддерживать постоянное натяжение в широком диапазоне диаметров рулона. Поворотные столы, которые останавливаются на каждой станции под нагрузкой. Каждое из этих применений выигрывает от более высокого постоянного крутящего момента на валу, а HC-SFS121K обеспечивает его без необходимости дополнительной механической редукции.

Пиковый крутящий момент 34,4 Нм — в три раза больше номинального постоянного значения — обеспечивает ускорение. Когда ось должна достичь рабочей скорости с нуля или когда быстрый цикл индексации от остановки до остановки требует высокого крутящего момента для фаз ускорения и замедления, пиковая мощность доступна для этих переходных процессов. Двигатель возвращается к нормальным рабочим условиям во время продолжительной фазы каждого цикла, и тепловой бюджет остается в норме.

Шпоночный вал при такой мощности

Одиннадцать с половиной ньютон-метров постоянного крутящего момента с пиковым значением 34,4 Нм предъявляют реальные требования к соединению вала и ступицы. Путь передачи крутящего момента между валом двигателя и приводным компонентом должен быть надежным во всем диапазоне рабочих условий — постоянная нагрузка, циклическое реверсирование, ударные нагрузки от зацепления цепи или зубчатой передачи, а также высокомоментные переходные процессы при ускорении и замедлении.

Фрикционная муфта полностью зависит от силы контакта между внутренней поверхностью ступицы и наружным диаметром вала. Эта сила устанавливается при монтаже и должна оставаться достаточной для сопротивления пиковому крутящему моменту в наихудших условиях эксплуатации на протяжении всего срока службы двигателя. Вибрация, термические циклы и износ могут снизить эту силу со временем, а незначительное зажимное усилие, которое выдерживает постоянный крутящий момент, может проскользнуть при пиковом переходном процессе — вызывая ошибку положения, которая накапливается незамеченной, прежде чем вызвать видимую проблему.

Шпоночная канавка изменяет механизм передачи крутящего момента. Шпонка занимает соответствующие пазы как в валу, так и в ступице, передавая крутящий момент через поперечное сечение шпонки, а не через трение. Это механически надежно при всех условиях — реверсирование, циклическая нагрузка, удар — которые фрикционные соединения считают наиболее сложными. Он также нечувствителен к потере силы зажима со временем, к которой уязвимы фрикционные соединения.

Процедура установки ступицы имеет значение при этом размере корпуса. Инструкция по эксплуатации серводвигателя Mitsubishi явно указывает: используйте резьбовое отверстие на конце вала и тяговый болт для осевого натягивания ступицы на вал, а не для запрессовки или забивания. Ударные нагрузки при установке ступицы при размере корпуса 130 × 130 мм передаются через вал на диск энкодера и подшипниковый узел на задней части двигателя. Ущерб, который это вызывает, редко бывает немедленным и редко приводит к четкому сигналу тревоги — он проявляется позже как периодические ошибки энкодера при вибрации, которые очень трудно отследить до первоначальной установки. Метод с тяговым болтом полностью предотвращает это и занимает всего на несколько секунд больше.

Без тормоза: правильный выбор для этих осей

Положение в покое на HC-SFS121K поддерживается блокировкой сервопривода усилителя — контур положения остается активным, обратная связь от энкодера непрерывно отслеживает угол вала, а усилитель подает ток, необходимый для удержания нулевой ошибки слежения. Для горизонтальных осей и любых приводов, где нет чистой силы, действующей в направлении вращения вала, когда сервопривод находится в режиме удержания, это надежно, точно и не требует дополнительных ресурсов панели, кроме тех, которые уже требуются обычной сервосистеме.

Оси, которые обычно обслуживает этот двигатель — приводы намотки, медленно движущиеся конвейеры, поворотные столы на горизонтальном оборудовании, механизмы передачи с редуктором — являются горизонтальными или симметрично нагруженными. Блокировка сервопривода удерживает их чисто. Тормоз на этих осях добавил бы реле, поглотитель импульсов, проводку 24 В постоянного тока, цепь блокировки MBR и периодический осмотр тормозных дисков к установке, без функциональной отдачи. HC-SFS121K без тормоза устраняет все это на каждой оси машины, где это применимо.

Выбор меняется на вертикальных осях, наклонных подачах или любом механизме, где дисбаланс нагрузки вызовет неконтролируемое движение при падении тока сервопривода. Эти применения относятся к HC-SFS121BK (шпоночный вал с электромагнитным тормозом с пружинным приводом). На машинах с несколькими сервоосями такой мощности правильное разделение того, какие из них нуждаются в тормозах, а какие нет, обеспечивает в целом более чистую и простую электрическую схему.

Совместимые усилители

HC-SFS121K сочетается с усилителем класса MR-J2S-200 — платформа J2-Super мощностью 2 кВт. Три типа интерфейса:

MR-J2S-200A обрабатывает аналоговые и импульсные команды от систем ЧПУ и ПЛК. Режимы управления положением, скоростью и крутящим моментом, с подключением RS-232C для настройки MR Configurator. Стандартный выбор для большинства применений в станкостроении и общей автоматизации.

MR-J2S-200B подключается к контроллерам движения Mitsubishi серии A или Q через оптоволоконную последовательную шину SSCNET. Все команды положения поступают по сети; данные энкодера возвращаются по тому же оптоволоконному каналу. Правильный выбор для скоординированных многоосевых систем под управлением контроллера движения.

MR-J2S-200CP имеет встроенное позиционирование. До 31 целевой позиции хранится в усилителе и активируется командами ввода-вывода или CC-Link. Для автономных приложений с позиционированием по точкам, где отдельный контроллер движения не требуется.

HC-SFS121K несовместим с усилителями оригинальной серии MR-J2-200 (первого поколения), которые не могут считывать протокол 17-битного энкодера J2S. Для машин, работающих на оборудовании первого поколения MR-J2, HC-SF121K (поколение J2, 14-битный энкодер, те же механические характеристики) является правильным выбором. Также несовместим с усилителями MR-J3 или MR-J4.

Семейство HC-SFS 1000 об/мин — положение и контекст

HC-SFS121K — это второй шаг в семействе 1000 об/мин, расположенный выше HC-SFS81 (800 Вт) и имеющий тот же фланец 130 × 130 мм. Переход к 201 при 2 кВт обеспечивает как более высокий крутящий момент, так и больший фланец 176 × 176 мм — таким образом, 121K является самым мощным двигателем в компактном корпусе 130 × 130 мм в диапазоне 1000 об/мин.

Каждая точка мощности в этом семействе доступна в полной матрице валов и тормозов: прямой вал без тормоза (без суффикса), прямой вал с тормозом (B), шпоночный вал без тормоза (K) и шпоночный вал с тормозом (BK). Тип вала и наличие тормоза не влияют на выбор усилителя — все варианты при 1,2 кВт и 1000 об/мин используют MR-J2S-200.

Типичные применения

Приводы намотки и размотки с контролем натяжения. Намотчики и размотчики материала на линиях переработки, печати и продольной резки используют серводвигатели 1000 об/мин в режиме управления крутящим моментом для непрерывного регулирования натяжения полотна при изменяющемся диаметре рулона. Постоянный крутящий момент 11,5 Нм HC-SFS121K поддерживает заданное натяжение в профиле намотки; шпоночный вал обеспечивает конструкцию соединения на приводном валу рулона.

Приводы медленно движущихся конвейеров и индексирующих станций. Сервоприводные секции конвейеров и поворотные индексирующие станции на сборочных и испытательных линиях работают на низких скоростях выходного вала с постоянным крутящим моментом нагрузки. Номинальная скорость 1000 об/мин поддерживает двигатель в разумном диапазоне скоростей для этих механизмов без необходимости редукции, а шпоночный вал подходит для соединения со звездочкой или шестерней, типичного для промышленного конвейерного оборудования.

Поворотные столы с ЧПУ и 4-осевые приводы с редуктором. Компактные поворотные столы и 4-осевые редукторы на обрабатывающих центрах, где двигатель соединяется через червячную или цилиндрическую передачу со столом, используют шпоночную ступицу со стороны двигателя. Постоянный крутящий момент 11,5 Нм обеспечивает вход для редуктора, 17-битный энкодер обеспечивает угловое разрешение, необходимое для индексации при многосторонней обработке, а резервное копирование абсолютного положения гарантирует, что поворотная ось перезапускается в точно известном положении после любой остановки.

Вспомогательные оси литьевых машин и прессов. Сервоприводные оси подачи материала, выталкиватели и вспомогательные оси зажима на литьевых машинах и прессах используют серводвигатели со средним моментом инерции 1000 об/мин, где требование к нагрузке в основном заключается в крутящем моменте при умеренной скорости. HC-SFS121K подходит для механизмов подачи и выталкивания среднего диапазона в корпусе размером 130 × 130 мм.

Приводы шарниров и сочленений роботов. Вторичные оси шарниров роботов — локтевые шарниры, вращение запястья — которые работают на низких угловых скоростях при значительном крутящем моменте нагрузки используют сервоприводы со средним моментом инерции 1000 об/мин, где прямой привод или одноступенчатая редукция соответствуют геометрии механизма. Шпоночный вал и высокий постоянный крутящий момент относительно массы двигателя делают HC-SFS121K хорошо подходящим приводом для этого класса осей роботов.

Часто задаваемые вопросы

В1: Какие усилители совместимы с HC-SFS121K?

Для HC-SFS121K требуется усилитель класса MR-J2S-200. Три варианта: MR-J2S-200A (аналоговая/импульсная команда, режимы положения/скорости/крутящего момента), MR-J2S-200B (оптоволоконная шина SSCNET для контроллеров движения Mitsubishi) и MR-J2S-200CP (встроенное позиционирование с CC-Link). Все они поддерживают 17-битный последовательный энкодер. Этот двигатель несовместим с усилителями оригинальной серии MR-J2-200 или с усилителями MR-J3 / MR-J4.

В2: В чем разница между HC-SFS121K и HC-SFS81K?

Оба являются двигателями со шпоночным валом, без тормоза, на фланце 130 × 130 мм с 17-битными энкодерами и номинальной скоростью 1000 об/мин. Разница заключается в мощности и крутящем моменте: HC-SFS81K имеет мощность 800 Вт и постоянный крутящий момент 7,64 Нм и использует усилитель MR-J2S-100. HC-SFS121K имеет мощность 1,2 кВт и постоянный крутящий момент 11,5 Нм и использует усилитель MR-J2S-200. Выбирайте в зависимости от бюджета крутящего момента оси — если 7,64 Нм обеспечивают достаточный запас для наихудшего случая постоянной работы, то 81K достаточно; если нагрузка постоянно приближается к этому значению или превышает его, 121K обеспечивает необходимый запас.

В3: Почему двигатель мощностью 1,2 кВт использует усилитель MR-J2S-200 (2 кВт), а не MR-J2S-100?

HC-SFS121K при 1000 об/мин потребляет больший ток, чем может обеспечить MR-J2S-100 — номинальный крутящий момент 11,5 Нм при 1000 об/мин требует более высокого номинального тока, чем может выдать 1-киловаттный усилитель. Документация Mitsubishi по подбору двигателей и усилителей подтверждает соответствие HC-SFS121 классу MR-J2S-200. Это стандартная практика, когда ток, потребляемый двигателем в соответствии с его профилем крутящего момента, превышает номинальный ток следующего меньшего усилителя.

В4: Сохраняет ли абсолютный энкодер положение при потере питания, и где находится батарея?

Да. 17-битный последовательный абсолютный энкодер сохраняет данные о многооборотном положении при любом отключении питания, используя литиевую батарею Mitsubishi A6BAT, расположенную внутри сервоусилителя MR-J2S — не в двигателе. Замените A6BAT, когда усилитель отобразит сигнал низкого заряда батареи, прежде чем полное истощение приведет к сбросу абсолютного счетчика. Разряженная батарея требует цикла возврата к эталону перед возобновлением производства.

В5: Может ли HC-SFS121K заменить HC-SFS121BK, если доступен только вариант без тормоза?

Только если применение действительно не требует тормоза. HC-SFS121BK и HC-SFS121K идентичны по всем электрическим и механическим характеристикам, кроме тормоза. Если машина была укомплектована вариантом BK — обычно потому, что это вертикальная ось, механизм с гравитационной нагрузкой или любой привод, где отключение сервопривода вызывает небезопасное движение оси — удаление тормоза устраняет разработанную функцию безопасности. Такая замена требует официального рассмотрения требований безопасности оси. Для осей, которые подтвержденно являются горизонтальными без гравитационной составляющей нагрузки, HC-SFS121K без тормоза является действительной и правильной спецификацией с самого начала.