Servo Kontrollü Sistemlerde Dinamik Zincir Analizi

Servo kontrollü sistemlerde hareket yalnızca doğrusal bir ilerleme değildir; hızlanma, yavaşlama, ani yön değişimi ve sürekli tekrar eden çevrimler içerir. Bu nedenle enerji zinciri tasarımı statik değil, dinamik analiz temelli yapılmalıdır. Aksi halde kablo kopmaları, zincir sarkması ve servo pozisyon hataları kaçınılmaz olur.

Bu makalede servo sistemlerde enerji zincirinin dinamik davranışını mühendislik perspektifiyle ele alacağız.

1. Dinamik Yük Nedir?

Servo eksenleri genellikle yüksek ivmeli çalışır. Hareketli sistemlerde zincire etki eden temel kuvvet:

F = m × a

• m = hareketli toplam kütle (zincir + kablo + taşıyıcı)

• a = ivme (m/s²)

Özellikle pick & place uygulamalarında ivme 5–20 m/s² aralığına çıkabilir. Bu değer zincirin statik ağırlığından çok daha büyük yükler oluşturur.

Örnek:
Toplam 8 kg hareketli kütle ve 12 m/s² ivme varsa:

F = 8 × 12 = 96 N

Bu kuvvet her çevrimde zincir bağlantı noktalarına uygulanır.

2. RMS Yük Hesabı

Servo sistemler sabit hızda çalışmaz. Bu nedenle tasarımda RMS (Root Mean Square) değer kullanılır.

RMS ivme:

a_rms = √[(a0²t0 + a²²t² + ...)/T]

Bu hesap zincirin gerçek çalışma stresini gösterir. Yalnızca maksimum ivmeye göre seçim yapmak hatalıdır; sürekli maruz kalınan ortalama enerji belirleyicidir.

3. Zincir Sarkma Analizi

Uzun strok mesafelerinde (3 m ve üzeri) zincir sarkma problemi oluşur. Sarkma miktarı:

δ ≈ (w × L²) / (8 × T)

• w = birim uzunluk ağırlık

• L = serbest uzunluk

• T = çekme gerilimi

Eğer destek plakası veya glide sistem kullanılmazsa, zincir alt modülde sürtünmeye başlar. Bu durum:

• Plastik gövde aşınması

• Kablo izolasyon hasarı

• Gürültü artışı

oluşturur.

Özellikle yatay eksenlerde destek sistemi tasarımın parçası olmalıdır.

4. Kablo Yerleşim Kuralları

Enerji zincirinde kablo düzeni dinamik ömrü doğrudan etkiler:

• Kablolar zincir genişliğinin %10 boşluklu yerleştirilmelidir

• Güç ve sinyal kabloları ayrı kanallarda olmalıdır

• Minimum bükülme yarıçapı korunmalıdır

• Kablo üst üste binmemelidir

Yanlış yerleşim sonucu ortaya çıkan en sık sorunlar:

• Encoder hataları

• Servo alarm kodları

• EMI kaynaklı iletişim kesintileri

5. Çevrim Ömrü Hesaplaması

Bir servo sistemi günde 20.000 çevrim yapıyorsa:

20.000 × 365 = 7.300.000 çevrim/yıl

5 yıl hedeflenen sistemde:

36.500.000 çevrim

Enerji zinciri ve kablolar bu çevrim sayısına uygun seçilmelidir. Standart kablo yerine “yüksek esnek servo kablosu” tercih edilmelidir.

6. Titreşim ve Frekans Etkisi

Servo sistemlerde rezonans oluşabilir. Zincirin doğal frekansı ile sistem frekansı çakışırsa:

• Bağlantı gevşemesi

• Vidalarda çatlak

• Zincir kırılması

oluşabilir.

Basit model:

f = (1/2π) √(k/m)

Bu nedenle uzun ve hafif zincirlerde rijitlik katsayısı kritik hale gelir.

7. Uygulama Hataları

Sahada en sık yapılan hatalar:

• Zincir uzunluğunu fazla bırakmak

• Sabitleme noktasını yanlış seçmek

• Kablosuz boş zincir seçip sonradan doldurmak

• Maksimum hıza göre değil, ortalama hıza göre tasarım yapmak

Dinamik sistemlerde güvenlik katsayısı en az 1.3–1.5 aralığında tutulmalıdır.

Sonuç

Servo kontrollü sistemlerde enerji zinciri tasarımı; ivme, RMS yük, çevrim ömrü, sarkma ve kablo yerleşiminin birlikte analiz edildiği bir mühendislik sürecidir. Statik ağırlığa göre yapılan seçimler yüksek hızlı sistemlerde yetersiz kalır. Doğru dinamik analiz; arıza riskini azaltır, servo performansını korur ve sistem ömrünü uzatır.