為什么使用帶步進(jìn)電機(jī)的減速機(jī)?
發(fā)布于:2020-11-07 09:59:57 點(diǎn)擊量:
步進(jìn)電機(jī)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(xì)調(diào)整尺寸,以確保電機(jī)與負(fù)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(jī)失速的可能性。在步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)中添加減速機(jī)可以通過降低負(fù)載與電機(jī)慣性比、增加負(fù)載轉(zhuǎn)矩和減少電機(jī)振蕩來改善電機(jī)的性能。
圖為帶行星減速機(jī)的步進(jìn)電機(jī)降低負(fù)載與電機(jī)慣性比
在步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用中,造成步進(jìn)電機(jī)漏步的一個原因是慣性。負(fù)載慣性與電機(jī)慣量之比決定了電機(jī)驅(qū)動或控制負(fù)載的能力,尤其是在運(yùn)動剖面的加速和減速部分。如果負(fù)載慣量明顯高于電機(jī)慣量,電機(jī)將很難控制負(fù)載,并且可能出現(xiàn)超調(diào)(比指令推進(jìn)更多步數(shù))或下沖(缺步)。很高的負(fù)載與電機(jī)慣性比也會導(dǎo)致電機(jī)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(jī)。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(jī),可以通過齒輪傳動比的平方來降低負(fù)載與電機(jī)的慣性比。
增加負(fù)載扭矩
使用帶步進(jìn)電機(jī)的減速機(jī)的另一個原因是增加驅(qū)動負(fù)載的可用扭矩。當(dāng)負(fù)載由電機(jī)-減速機(jī)組合驅(qū)動時,減速機(jī)將來自電機(jī)的扭矩乘以與齒輪傳動比和減速機(jī)效率成比例的量。
但當(dāng)減速機(jī)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(jī)”或“減速機(jī)”。)換言之,當(dāng)減速機(jī)連接到電機(jī)上時,電機(jī)必須以與傳動比相等的系數(shù)更快地轉(zhuǎn)動,以將目標(biāo)速度傳遞給負(fù)載。
步進(jìn)電機(jī)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(jī)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(dá)確實有好處。安裝減速機(jī)時,電機(jī)所需的額外速度意味著電機(jī)在其共振頻率范圍之外運(yùn)行,在共振頻率范圍內(nèi),振蕩和振動可能導(dǎo)致電機(jī)失步甚至失速。
除了確保減速機(jī)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(jī)非常重要——尤其是在將減速機(jī)連接到步進(jìn)電機(jī)時。
回想一下,步進(jìn)電機(jī)在開環(huán)系統(tǒng)中運(yùn)行,減速機(jī)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(jìn)電機(jī)應(yīng)用經(jīng)常使用高精度行星減速機(jī),齒隙低至2到3弧分。一些制造商提供的步進(jìn)電機(jī)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(jī)的步進(jìn)電機(jī)
在步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用中,造成步進(jìn)電機(jī)漏步的一個原因是慣性。負(fù)載慣性與電機(jī)慣量之比決定了電機(jī)驅(qū)動或控制負(fù)載的能力,尤其是在運(yùn)動剖面的加速和減速部分。如果負(fù)載慣量明顯高于電機(jī)慣量,電機(jī)將很難控制負(fù)載,并且可能出現(xiàn)超調(diào)(比指令推進(jìn)更多步數(shù))或下沖(缺步)。很高的負(fù)載與電機(jī)慣性比也會導(dǎo)致電機(jī)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(jī)。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(jī),可以通過齒輪傳動比的平方來降低負(fù)載與電機(jī)的慣性比。
增加負(fù)載扭矩
使用帶步進(jìn)電機(jī)的減速機(jī)的另一個原因是增加驅(qū)動負(fù)載的可用扭矩。當(dāng)負(fù)載由電機(jī)-減速機(jī)組合驅(qū)動時,減速機(jī)將來自電機(jī)的扭矩乘以與齒輪傳動比和減速機(jī)效率成比例的量。
但當(dāng)減速機(jī)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(jī)”或“減速機(jī)”。)換言之,當(dāng)減速機(jī)連接到電機(jī)上時,電機(jī)必須以與傳動比相等的系數(shù)更快地轉(zhuǎn)動,以將目標(biāo)速度傳遞給負(fù)載。
步進(jìn)電機(jī)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(jī)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(dá)確實有好處。安裝減速機(jī)時,電機(jī)所需的額外速度意味著電機(jī)在其共振頻率范圍之外運(yùn)行,在共振頻率范圍內(nèi),振蕩和振動可能導(dǎo)致電機(jī)失步甚至失速。
除了確保減速機(jī)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(jī)非常重要——尤其是在將減速機(jī)連接到步進(jìn)電機(jī)時。
回想一下,步進(jìn)電機(jī)在開環(huán)系統(tǒng)中運(yùn)行,減速機(jī)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(jìn)電機(jī)應(yīng)用經(jīng)常使用高精度行星減速機(jī),齒隙低至2到3弧分。一些制造商提供的步進(jìn)電機(jī)帶有諧波齒輪,在大多數(shù)應(yīng)用條件下可以顯示零齒隙。