為什么使用帶步進電機的減速機?
發(fā)布于:2020-11-07 09:59:57 點擊量:
步進電機以其精確的定位能力和在低速下的高扭矩傳遞而聞名,但它們需要仔細調(diào)整尺寸,以確保電機與負載和應(yīng)用參數(shù)相匹配,從而最大限度地降低失步或電機失速的可能性。在步進電機系統(tǒng)中添加減速機可以通過降低負載與電機慣性比、增加負載轉(zhuǎn)矩和減少電機振蕩來改善電機的性能。
圖為帶行星減速機的步進電機降低負載與電機慣性比
在步進電機應(yīng)用中,造成步進電機漏步的一個原因是慣性。負載慣性與電機慣量之比決定了電機驅(qū)動或控制負載的能力,尤其是在運動剖面的加速和減速部分。如果負載慣量明顯高于電機慣量,電機將很難控制負載,并且可能出現(xiàn)超調(diào)(比指令推進更多步數(shù))或下沖(缺步)。很高的負載與電機慣性比也會導(dǎo)致電機消耗過大的電流和失速。
降低慣性比的一種方法是使用更大慣量的電動機。但這意味著更高的成本,更重的重量,以及滴流效應(yīng)對系統(tǒng)的其他部分,如聯(lián)軸器、電纜和驅(qū)動組件。相反,在系統(tǒng)中增加一個減速機,可以通過齒輪傳動比的平方來降低負載與電機的慣性比。
增加負載扭矩
使用帶步進電機的減速機的另一個原因是增加驅(qū)動負載的可用扭矩。當負載由電機-減速機組合驅(qū)動時,減速機將來自電機的扭矩乘以與齒輪傳動比和減速機效率成比例的量。
但當減速機增加扭矩時,它們會降低速度。(這就是為什么它們有時被稱為“齒輪減速機”或“減速機”。)換言之,當減速機連接到電機上時,電機必須以與傳動比相等的系數(shù)更快地轉(zhuǎn)動,以將目標速度傳遞給負載。
步進電機的轉(zhuǎn)矩通常隨著轉(zhuǎn)速的增加而迅速減小,這是由于止動轉(zhuǎn)矩和其他損耗。轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩之間的這種反向關(guān)系意味著只有在電機無法提供所需扭矩之前(即使乘以傳動比),轉(zhuǎn)速才有可能提高一定的量。
減少共振和振動
但加速馬達確實有好處。安裝減速機時,電機所需的額外速度意味著電機在其共振頻率范圍之外運行,在共振頻率范圍內(nèi),振蕩和振動可能導(dǎo)致電機失步甚至失速。
除了確保減速機具有正確的扭矩、轉(zhuǎn)速和慣性值外,選擇高精度、低齒隙的減速機非常重要——尤其是在將減速機連接到步進電機時。
回想一下,步進電機在開環(huán)系統(tǒng)中運行,減速機中的齒隙會降低系統(tǒng)的定位精度,沒有反饋來監(jiān)控或糾正定位誤差。這就是為什么步進電機應(yīng)用經(jīng)常使用高精度行星減速機,齒隙低至2到3弧分。一些制造商提供的步進電機帶有諧波齒輪,在大多數(shù)應(yīng)用條件下可以顯示零齒隙。
圖為帶行星減速機的步進電機
在步進電機應(yīng)用中,造成步進電機漏步的一個原因是慣性。負載慣性與電機慣量之比決定了電機驅(qū)動或控制負載的能力,尤其是在運動剖面的加速和減速部分。如果負載慣量明顯高于電機慣量,電機將很難控制負載,并且可能出現(xiàn)超調(diào)(比指令推進更多步數(shù))或下沖(缺步)。很高的負載與電機慣性比也會導(dǎo)致電機消耗過大的電流和失速。
降低慣性比的一種方法是使用更大慣量的電動機。但這意味著更高的成本,更重的重量,以及滴流效應(yīng)對系統(tǒng)的其他部分,如聯(lián)軸器、電纜和驅(qū)動組件。相反,在系統(tǒng)中增加一個減速機,可以通過齒輪傳動比的平方來降低負載與電機的慣性比。
增加負載扭矩
使用帶步進電機的減速機的另一個原因是增加驅(qū)動負載的可用扭矩。當負載由電機-減速機組合驅(qū)動時,減速機將來自電機的扭矩乘以與齒輪傳動比和減速機效率成比例的量。
但當減速機增加扭矩時,它們會降低速度。(這就是為什么它們有時被稱為“齒輪減速機”或“減速機”。)換言之,當減速機連接到電機上時,電機必須以與傳動比相等的系數(shù)更快地轉(zhuǎn)動,以將目標速度傳遞給負載。
步進電機的轉(zhuǎn)矩通常隨著轉(zhuǎn)速的增加而迅速減小,這是由于止動轉(zhuǎn)矩和其他損耗。轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩之間的這種反向關(guān)系意味著只有在電機無法提供所需扭矩之前(即使乘以傳動比),轉(zhuǎn)速才有可能提高一定的量。
減少共振和振動
但加速馬達確實有好處。安裝減速機時,電機所需的額外速度意味著電機在其共振頻率范圍之外運行,在共振頻率范圍內(nèi),振蕩和振動可能導(dǎo)致電機失步甚至失速。
除了確保減速機具有正確的扭矩、轉(zhuǎn)速和慣性值外,選擇高精度、低齒隙的減速機非常重要——尤其是在將減速機連接到步進電機時。
回想一下,步進電機在開環(huán)系統(tǒng)中運行,減速機中的齒隙會降低系統(tǒng)的定位精度,沒有反饋來監(jiān)控或糾正定位誤差。這就是為什么步進電機應(yīng)用經(jīng)常使用高精度行星減速機,齒隙低至2到3弧分。一些制造商提供的步進電機帶有諧波齒輪,在大多數(shù)應(yīng)用條件下可以顯示零齒隙。
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