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  • 1 # 機器人觀察

    非標設計裡,一般遇到的電機包括:伺服電機,步進電機,直線電機,普通電機。

    使用電機中,基本上會遇到兩個情況:

    (1)輸出力(力矩):需要電動機輸出一定力矩,說白了就是電動機給多大力可以帶動裝置。

    (2)控制精度(位置模式):很多情況,需要電機帶動裝置,例如同步帶,絲桿導軌到達特定位置,誤差不能超過1mm,或者0.1mm等。這就是需要用到精度控制,在使用中表現的就是電機需要能夠精確控制位置模式。

    普通馬達

    我們常見的電動機,也叫馬達。使用的地點非常普遍,身邊處處是電動機,沒有電動機基本無法生活。你的吹風機是電機驅動,空調,冰箱等等都是。

    普通電機,一般主要考慮輸出力,轉速。當然也還要考慮其他內容,例如發熱,體積等等。但主要還是考慮輸出的力矩,讓我們這些小老百姓看到的就是電機功率,轉的速度。常見的例如小家電,風扇,手電轉,剃鬚刀,甚至工業裝置場景的傳送帶的電機,抽水機等等。

    這類普通電機,有一套計算方法,在裝置設計中,你選型基本看電機的力矩,轉速,法蘭面,尺寸就可以。力矩,轉速兩個要素,主要是否適合你的裝置,一般電機過載能力都有一個標準例如1.5-3倍過載。

    普通馬達,應用場景非常多,甚至各類樣式也非常豐富。

    如電動腳踏車的車輪電機

    電動工具電機

    普通電機的馬達,大多數會是裝置商定製採購,根據自己的消費電機進行設計。難點會在高轉速及高力矩輸出。例如全球頂尖的普通馬達生產商maxon,高轉速馬達可達到15000rpm。

    國內做這類電機的廠商有不少,比較大的廠商電機主要應用在汽車市場。

    步進電機

    步進電機算是人們在生產中,開始對電機精度及位置有要求的時候,開發電機。步進電機主要是透過脈衝控制電機的轉速,以及轉的位置。怎麼控制轉的位置?很簡單,步進電機驅動器是將電機轉一圈360°,進行了弧分,分成有的最低可以分到1.2°,有的可以分到7.5°,12°等等。這樣你可以控制轉多少個弧分,(弧分數量 x 單個弧分)=轉動多少度。

    所以步進電機在不要求精度很高的應用領域,例如一個貨物傳動帶,步進電機就可以。還有我們常見的那種印花機,就是給布印花的,也大量應用步進電機。

    步進電機主要的優勢就是,在不要求很高位置空的情況下。價效比較高。價格比伺服電機便宜。

    主要的步進電機品牌:東方馬達,鳴志,信濃,雷塞,山社,研控。

    伺服電機

    一.選擇時電動機的必要計算

    1 慣量的計算

    2 加減速力矩

    3 變動負載力矩的計算

    4 功率的計算 計算時要注意使用的物理單位。例如:Kgf 是力的單位----千克力;Kg 是重量單位---- 千克。

    二.伺服電動機的選擇(考慮力矩,慣量和速度)

    1 慣量 理論上要求電動機的慣量=負載慣量的 3 倍。最好電動機的慣量=負載慣量的。但是, 一般為 3 x 電動機的慣量 >負載慣量 (MITSUBISHI 建議為 2.5 倍)。

    2 機床無負載時 機床無負載執行時,要求加在電動機上的力矩應小於電動機的連續額定力矩的 50% 以下。但是實際上在 35%以下。

    3 加減速力矩 加(/減)速時間要短,須在電動機的允許範圍內。

    4 頻繁地定位和加/減速 頻繁地定位和加/減速會使電動機發熱,此時需要計算出電動機承受的力矩的均方根 值 Trms,使其小於電動機的額定力矩 Tc。

    5 變動負載 負載波動頻繁時,要計算一個工作週期的負載力矩的均方根值 Tmrs,使其小於電動 機的額定力矩 Tc。 6 條件 5: 電動機以最大切削力矩執行的時間應在允許的範圍內(核算 Ton)。

    三.主軸電動機的選擇(考慮功率,速度。車床和鏜床還要考慮低速的力矩)

    額定轉速以上為恆功率;以下為恆力矩。在額定轉速以下隨轉速下降功率正比下降, 而在此段內車床或鏜床多用於粗加工,因此必須核算此段的電動機輸出功率能否滿足 切削要求,否則會造成“悶車”。 這也就是車床和鏜床要求寬的功率調速範圍的原因。

    1 根據加工方式(車圓,銑削,鑽削)計算切削功率。考慮效率後選擇滿足功率要求 的電動機。

    2 核算額定轉速以下的功率是否滿足要求。

    T=9550 * P / n

    T:力矩(Nm)

    P:功率(Kw)

    n:轉速(rpm)

    四.可靠性: 電機容量的選擇:伺服力矩(大螺距時注意),主軸功率(低速時注意) 控制電源容量 功率電源容量 X1.3 放大器容量 滿載重切削時電流=0.7 額定值 慣性負載,特別是轉檯或擺頭,除考慮力矩和功率外,還要考慮慣量匹配。 I/O 點的驅動容量

    五.對機械的要求: 慣量匹配,導軌與工作臺的摩擦,潤滑,阻尼,間隙,剛性,檢尺。

    距離說明下一下各類計算方法:

    1. 伺服電機的機械驅動

    我們來看一下水平運動伺服軸(見下圖)的電機選擇步驟。

    詳細的各類伺服選型及計算,裝置廠商都可以直接諮詢伺服制造商。

    伺服電機是當前在機床,機器人,加工裝置領域應用最廣的電機。在位置控制和力矩控制方面有較為強的優勢。

    國內市場,中國產,日系,歐美系伺服三足鼎立。

    如下為中國產伺服品牌。

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