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    伺服电机和步进电机有什么区别?

    作者:深圳鹏菱科技   添加时间:2018-03-21 23:01:45   浏览:

      伺服电机:

      伺服主要靠脉冲来定位,伺服电机接收到1个脉冲,就会旋转1个脉冲对应的角度,从而实现位移;可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。

      伺服电机内部的转子是永磁铁,驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场,转子在此磁场的作用下转动,同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器,驱动器根据反馈值与目标值进行比较,调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度(线数)。

    blob.png

      闭环半闭环:

      格兰达的设备用伺服电机都是半闭环,只是编码器发出多少个脉冲,无法进行反馈值和目标值的比较;如是闭环则使用光栅尺进行反馈。 开环步进电机:则没有记忆发出多少个脉冲。

      伺服:速度控制、位置控制、力矩控制

      增量式伺服电机:是没有记忆功能,下次开始是从零开始;

      绝对值伺服电机:具有记忆功能,下次开始是从上次停止位置开始。

      伺服电机额定速度3000rpm,最大速度5000 rpm; 加速度一般设0.05 ~~ 0.5s

      计算内容:

      1.负载(有效)转矩T<伺服电机T的额定转矩

      2.负载惯量J/伺服电机惯量J< 10 (5倍以下为好)

      3.加、减速期间伺服电机要求的转矩 < 伺服电机的最大转矩

      4.最大转速<电机额定转速

      伺服电机:编码器分辨率1048576puls/圈;则控制器发出1048576个脉冲,电机转一圈。

      1.确定机构部。 另确定各种机构零件(丝杠的长度、导程和带轮直径等)细节。

      典型机构:滚珠丝杠机构、皮带传动机构、齿轮齿条机构等

      2.确定运转模式。 (加减速时间、匀速时间、停止时间、循环时间、移动距离)

      运转模式对电机的容量选择影响很大,加减速时间、停止时间尽量取大,就可以选择小容量电机

      3.计算负载惯量J和惯量比(x10-4kg.m2)。 根据结构形式计算惯量比。 负载惯量J/伺服电机惯量J< 10 单位(x10-4kg.m2)

      计算负载惯量后预选电机,计算惯量比

      4.计算转速N【r/min】。 根据移动距离、加速时间ta、减速时间td、匀速时间tb计算电机转速。

      计算最高速度Vmax 12 x ta x Vmax + tb x Vmax + 12 x td x Vmax = 移动距离 则得Vmax=0.334m/s(假设)

      则最高转速:要转换成N【r/min】,

      1)丝杆转1圈的导程为Ph=0.02m(假设) 最高转速Vmax=0.334m/s(假设

      N = Vmax/Ph = 0.334/0.02=16.7(r/s)

      = 16.7 x 60 = 1002(r/min)< 3000(电机额定转速)

      2)带轮转1全周长=0.157m(假设) 最高转速Vmax=1.111(m/s)

      N = Vmax/Ph = 1.111/0.157 = 7.08(r/s)

      = 7.08 x 60 = 428.8 (r/min)< 3000(电机额定转速)

      5.计算转矩T【N . m】。 根据负载惯量、加减速时间、匀速时间计算电机转矩。

      计算移动转矩、加速转矩、减速转矩

      确认最大转矩:加减速时转矩最大 < 电机最大转矩

      确认有效转矩:有效(负载)转矩Trms < 电机额定转矩

      6.选择电机。 选择能满足3~5项条件的电机。

      1.转矩[N.m]:1)峰值转矩:运转过程中(主要是加减速)电机所需要的最大转矩;为电机最大转矩的80%以下。

      2)移动转矩、停止时的保持转矩:电机长时间运行所需转矩;为电机额定转矩的80%以下。

      3)有效转矩:运转、停止全过程所需转矩的平方平均值的单位时间数值;为电机额定转矩的80%以下。

      Trms=Ta2 x ta+Tf2 x tb+Td2 x tdtc

      Ta:加速转矩 ta:加速时间 Tf:移动转矩 tb:匀速时间 Td:减速转矩 td:减速时间 tc:循环时间

      2.转速:最高转速 运转时电机的最高转速:大致为额定转速以下;(最高转速时需要注意转矩和温度的上升)

      3.惯量:保持某种状态所需要的力

      步进电机

      步进电机:是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。

      1.步进电机的最大速度600~~~1200rpm 加速度一般设0.1s~~~1s

      1.确定驱动机械结构

      2.确定运动曲线 

      3.计算负荷转矩

      4.计算负荷惯量 

      5.计算启动转矩 

      6.计算必须转矩

      7.电机选型 

      8.选型电机验算 

      9.选型完成

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      选定电机:

      1.负载惯量J/伺服电机惯量J< 10 (5倍以下为好)

      2.在起动脉冲速度f1时,起动转矩>负载转矩T

      3.在最大脉冲速度f0时,离开转矩(是不是必须转矩)>负载转矩T

      步进选型计算见(KINCO 步进选型中12页的例题)

      伺服选型计算见(松下伺服选型计算伺服电机选型方法)

      1千克·米(kg·m)=9.8牛顿·米(N·m)。

      脉冲当量(即运动精度)&= Cxi200xm<0.05

      (0.05为重复定位精度) 200为两相步进电机的脉冲数 m为细分数 200=360/1.8 i减速比1/x

      C电机转一圈的周长

      无减速比电机转一圈丝杠走一个导程

      电机转速(r/s) V=P(360/1.8)xm P为脉冲频率

      例: 已知齿轮减速器的传动比为1/16,步进电机步距角为1.5°,细分数为4细分,滚珠丝杠的基本导程为4mm。问:脉冲当量是多少?

      脉冲当量是每一个脉冲滚珠丝杠移动的距离

      滚珠丝杠导程为4mm,滚珠丝杠每转360°滚珠丝杠移动一个导程也就是4mm

      那么每一度移动(4/360)mm

      电机4细分,步距角为1.5°,则每一个脉冲,步进电动机转1.5/4

      那么一个脉冲,通过减速比,则丝杠转动(1.5/4)*(1/16)度

      那么每个脉冲滚珠丝杠移动距离(及脉冲当量)&:

      &=(1.5/4)*(1/16)*(4/360)=0.0003mm或者&= Cxi200xm<0.05

      例: 必要脉冲数和驱动脉冲数速度计算的示例

      下面给出的是一个3相步进电机必要脉冲数和驱动脉冲速度的计算示例。这是一个实际应用例子,可以更好的理解电机选型的计算方法。

      1.1 驱动滚轴丝杆

      如下图,2相步进电机(1.8°/步)驱动物体运动1秒钟,则必要脉冲数和驱动脉冲速度的计算方法如下:

    必要脉冲数=

    100

    10

    ×

    360°

    1.8°

    ×细分数m= [脉冲]

      例: 精度要求0.01mm的雕刻机,导程5mm,步进电机驱动器一般用多少细分好呢?

      如果确认是“精度”而不是“分辨率”的话,要考虑误差问题。

      一,1)、你选择丝杠本身精度要高于0.01mm,

      2)、其次电机细分只表示了分辨率,并不等同于电机精度。

      假设你丝杠精度0.005mm,那么剩给电机的允许误差也就只有0.005mm了(暂不考虑其他误差因素)

      0.005//5*360=0.36,表示你的电机精度要高于0.36度,所以你要选择绝对精度高于0.36度的电机。

      二,至于细分,就简单了。

      0.01/5*360=0.72;表示步进角0.72度时可达到0.01mm的分辨率

      360/0.72=500;表示0.01mm分辨率时,电机一圈500步即可。

      在实际使用时,你要尽可能选择细分高些,一方面提高运动平稳性,一方面也提供更高的步进分辨率。

      滚珠丝杠的选型

      一.已知条件:UPH、工作台质量m1、行程长度ls、最高速度Vmax、加减速时间t1和t3、

      定位精度+-0.3mm/1000mm、往复运动周期、游隙0.15mm

      二.选择项目:丝杠直径、导程、螺母型号、精度、轴向间隙、丝杠支撑方式、马达

      三.计 算:

      1.精度和类型。(游隙、轴向间隙)0.15mm,选择游隙在0.15以下的丝杠,查表选择直径32mm以下的丝杠。32mm游隙为0.14mm。

      为了满足+-0.3mm/1000mm则,+-0.3mm/1000=x/300 则x=+-0.09mm. 必須選擇± 0.090mm / 300mm 以上的導程精度。参照丝杠精度等级,选择C7级丝杠。

      丝杠类型:根据机构确定丝杠类型是:轧制或研磨、定位或传动

      2.导程。(以直线速度和旋转速度确定滚珠丝杠导程) 导程和马达的最高转速 Ph>=60*1000*v/(N/A) 1.Ph: 丝杆导程mm 2.V:预定的最高进给速度m/s 3.N:马达使用转速rpm 4.A:减速比

      3.直径。(负载确定直径) 动载荷、静载荷;计算推力,一般只看动载荷

      轴向负荷的计算:u摩擦系数;a=Vmax/t 加速度;t加减速时间;

      水平时:加速时承受最大轴向载荷,减速时承受最小载荷;垂直时:上升时承受最大轴向载荷,下降时承受最小载荷;

      1.加速时(上升)N:Fmax=u*m*g+f-m*a 2.减速时(下降)N:Fmin=u*m*g+f-m*a 3.匀速时 N:F匀 =u*m*g+fu 因螺桿軸直徑越細,螺桿軸的容許軸向負荷越小

      4.长度。(总长=工作行程+螺母长度+安全余量+安装长度+连接长度+余量)。如果增加了防护,比如护套,需要把护套的伸缩比值(一般是1:8,即护套的最大伸长量除以8)考虑进去。

      5.支撑方式。固定-固定 固定-支撑 支撑-支撑 固定-自由

      6.螺母的选择:

      7.许用转速计算: 螺桿軸直徑20mm 、導程Ph=20mm 最高速度Vmax = 1m/s

      则:最高轉速 Nmax=Vmax * 60 * 103/Ph 许用转速(临界转速) N1=r * (d1/l2)* 107

      r安装方式决定的系数;d1=丝杠轴沟槽谷径;l=安装间距 所以有:最高转速 < 许用转速

      8.刚度的选择 9.选择马达

      *验证:刚度验证、精度等级的验证、寿命选择、驱动转矩的选择

      *滚珠丝杠副预紧:1.方式:双螺母垫片预紧、单螺母变位导程预紧、单螺母增大滚珠直径预紧;

      2.目的:消除滚珠丝杠副的轴向间隙、增大滚珠丝杠副的刚性、

      *DN值: D:滚珠丝杠副的公称直径,也为滚珠中心处的直径(mm); N:滚珠丝杠副的极限转速(rpm)

      *导程精度、定位精度、重复定位精度

      导程精度:1.有效行程Lu内的平均行程偏差e(um),ep=2*(Lu/300)* V300<=C ;

      2.任意300mm行程内行程变动量V300(um),V300<=

      定位精度:1). 导程精度 2).轴向间隙 3)传动系统的轴向刚性 4)热变形 5)丝杠的运动姿势

      重复定位精度:预紧到负间隙的丝杠,重复定位精度趋于零;

      直线导轨的选择

      1.直线导轨的运动精度:

      1)运动精度:a:滑块顶面中心对导轨基准底面的平行度;b:与导轨基准侧面同侧的滑块侧面对导轨基准侧面的平行度。

      2)综合精度:a:滑块上顶面与导轨基准底面高度H的极限偏差;b:同一平面上多个滑块顶面高度H的变动量;c:与导轨基准侧面同侧的滑块侧面对导轨基准侧面间距离W1的极限偏差;d: :同一导轨上多个滑块侧面对导轨基准侧面W1的变动量。

      3)导轨上有超过两个以上的导轨,只检验首尾两个滑块,中间的不做W1检验,但中间的W1应小于首尾的W1。

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      2.选择:

      1---确定轨宽。

      轨宽指滑轨的宽度。轨宽是决定其负载大小的关键因素之一

      2---确定轨长。

      这个长度是轨的总长,不是行程。全长=有效行程+滑块间距(2个以上滑块)+滑块长度×滑块数量+两端的安全行程,如果增加了防护罩,需要加上两端防护罩的压缩长度。

      3---确定滑块类型和数量。

      常用的滑块是两种:法兰型,方形。前者高度低一点,但是宽一点,安装孔是贯穿螺纹孔,后者高一点,窄一点,安装孔是螺纹盲孔。两者均有短型、标准型和加长型之分(有的品牌也称为中负荷、重负荷和超重负荷),主要的区别是滑块本体(金属部分)长度不同,当然安装孔的孔间距也可能不同,多数短型滑块只有2个安装孔。滑块的数量应由用户通过计算确定,在此只推荐一条:少到可以承载,多到可以安装。滑块类型和数量与滑轨宽度构成负载大小的三要素。

      4---确定精度等级。

      任何厂家的产品都会标注精度等级,有些厂家的标注比较科学,一般采用该等级名称的第一个字母,如普通级标N,精密级标P。

      5---确定其他参数

      除上述4个主要参数外,还有一些参数需要确定,例如组合高度类型、预压等级等。预压等级高的表示滑块和滑轨之间的间隙小或为负间隙,预压等级低的反之。感官区别就是等级高的滑块滑动阻力大,等级低的阻力小。表示方法得看厂家选型样本,等级数有3级的,也有5级的。等级的选择要看用户的实际使用场合,大致的原则是滑轨规格大、负载大、有冲击、精度高的场合可以选预压等级高一点的,反之选低一点。提示:1--预压等级与质量无关,2—预压等级与滑轨使用精度成正比,与使用寿命成反比。




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