Как происходит замедление шаговых двигателей?

В качестве исполнительного механизма,шаговый двигательШаговые двигатели — один из ключевых продуктов мехатроники, широко используемый в различных системах автоматизированного управления. С развитием микроэлектроники и технологий высокоточной обработки спрос на шаговые двигатели растет с каждым днем, а сочетание шаговых двигателей и зубчатых передач в редукторе также находит все большее применение. Сегодня этот тип редуктора хорошо известен и понятен всем.

 

Как происходит замедление шаговых двигателей?

Шаговый двигатель — широко распространенный приводной двигатель, обычно используемый в устройствах замедления для достижения оптимального эффекта передачи; в устройствах и методах замедления с использованием шагового двигателя применяются такие компоненты, как редуктор, энкодер, контроллер, импульсный сигнал и т. д.

 

Замедление импульсного сигнала:Скорость вращения шагового двигателя зависит от изменения входного импульсного сигнала. Теоретически, подавая на драйвер импульс, шаговый двигатель совершает шаг на определенный угол (деление на шаг). На практике, если импульсный сигнал изменяется слишком быстро, шаговый двигатель из-за внутреннего демпфирующего эффекта обратного электрического потенциала, магнитный отклик между ротором и статором не будет следовать за изменением электрического сигнала, что приведет к блокировке и потере шагов.

 

Замедление с помощью редуктора:Шаговый двигатель, оснащенный редуктором, используется совместно с другими устройствами. Шаговый двигатель выдает высокую скорость вращения и низкий крутящий момент. При соединении с редуктором, внутренний редуктор образует зацепление, обеспечивая передачу с заданным передаточным отношением. Высокая скорость вращения шагового двигателя снижается, а крутящий момент увеличивается, что обеспечивает идеальный эффект передачи. Эффект редукции зависит от передаточного отношения редуктора: чем больше передаточное отношение, тем меньше скорость вращения, и наоборот.

 

Экспоненциальное управление скоростью кривой:В программировании для экспоненциальной кривой сначала вычисляются постоянные времени, которые сохраняются в памяти компьютера, и выбираются в процессе работы. Обычно время завершения ускорения и замедления шагового двигателя составляет 300 мс или более. Если использовать слишком короткое время ускорения и замедления, то для подавляющего большинства шаговых двигателей будет сложно достичь высокой скорости вращения.

 

Замедление, управляемое энкодером:ПИД-регулирование, как простой и практичный метод управления, получило широкое применение в приводах шаговых двигателей. Оно основано на заданном значении r(t) и фактическом выходном значении c(t) для формирования отклонения управления e(t), отклонения пропорционального, интегрального и дифференциального управления посредством линейной комбинации управляющих величин, что и является объектом управления. В данной работе используется встроенный датчик положения в двухфазном гибридном шаговом двигателе и разработан автоматически регулируемый ПИ-регулятор скорости на основе датчика положения и векторного управления, который обеспечивает удовлетворительные переходные характеристики в условиях изменяющихся режимов работы. На основе математической модели шагового двигателя разработана система ПИД-регулирования, и с помощью алгоритма ПИД-регулирования получены управляющие величины для управления перемещением двигателя в заданное положение. Наконец, моделирование подтвердило наличие у системы управления хороших динамических характеристик. ПИД-регулятор обладает преимуществами простой структуры, высокой робастности и надежности, но он не может эффективно справляться с неопределенной информацией в системе.

 

С каким редуктором можно сочетать шаговый двигатель? При выборе шагового двигателя и редуктора необходимо учитывать эти факторы, и какой тип редуктора можно выбрать для совместной работы?

 

1. Причина использования шагового двигателя с редуктором.

 

Шаговый двигатель переключает частоту фазного тока статора, например, изменяя входной импульс схемы управления шаговым двигателем, что приводит к его перемещению на низкую скорость. В режиме ожидания команды на шаг, когда двигатель находится в состоянии ожидания, ротор останавливается. При таком режиме движения колебания скорости будут очень большими. В это время можно решить проблему колебаний скорости, переключившись на высокоскоростной режим, но при этом крутящий момент будет недостаточным. То есть, на низкой скорости будут наблюдаться колебания крутящего момента, а на высокой – недостаточно, что потребует использования редуктора.

 

2. Шаговый двигатель часто работает с редуктором.

 

Редуктор — это тип зубчатой ​​передачи, червячной передачи, редуктора с червячным колесом, заключенный в жесткий корпус, и часто используется в качестве редуктора между первичным двигателем и рабочей машиной, а также между первичным двигателем и рабочей машиной или исполнительным механизмом для согласования скорости и крутящего момента; редукторы имеют широкий диапазон применения, в зависимости от типа передачи их можно разделить на зубчатые редукторы, червячные редукторы и планетарные редукторы. В зависимости от количества ступеней передачи их можно разделить на одноступенчатые и многоступенчатые редукторы; в зависимости от формы зубчатого колеса — на цилиндрические редукторы, конические редукторы и конические цилиндрические редукторы; в зависимости от формы передачи — на разветвленные редукторы, шунтовые редукторы и соосные редукторы. Редукторы для шаговых двигателей бывают планетарными, червячными, параллельными и нитевидными.

 

 

А как насчет точности планетарного редуктора с шаговым двигателем?

 

 

Точность редуктора также называется зазором возврата. Когда выходной конец зафиксирован, а входной конец вращается по часовой и против часовой стрелки для создания номинального крутящего момента ±2% на выходном конце, на входном конце редуктора происходит небольшое угловое смещение, и это угловое смещение называется зазором возврата. Единица измерения — «угловые минуты», то есть одна шестидесятая градуса. Обычно значения зазора возврата относятся к выходной стороне редуктора. Планетарный редуктор с шаговым двигателем обладает высокой жесткостью, высокой точностью (одноступенчатая передача может быть выполнена за 1 минуту), высокой эффективностью передачи (одноступенчатая передача за 97%-98%), высоким отношением крутящего момента к объему, не требует технического обслуживания и т. д.

 

Точность передачи шагового двигателя не регулируется, угол поворота шагового двигателя полностью определяется длиной шага и количеством импульсов, при этом количество импульсов может быть полным подсчетом, цифровое значение не является понятием точности, один шаг — это один шаг, два шага — это два шага. В настоящее время оптимизируемой точностью является точность зазора возврата шестерни планетарного редуктора.

 

1. Метод регулировки точности шпинделя:Регулировка точности вращения шпинделя планетарного редуктора: если погрешность обработки самого шпинделя соответствует требованиям, то точность вращения шпинделя редуктора, как правило, определяется подшипником. Ключевым моментом регулировки точности вращения шпинделя является регулировка зазора подшипника. Поддержание подходящего зазора подшипника имеет решающее значение для работы компонентов шпинделя и срока службы подшипника. Для подшипников качения большой зазор не только приводит к концентрации нагрузки на качение в направлении силы, но и вызывает серьезное явление концентрации напряжений в зоне контакта внутреннего и наружного колец подшипника, сокращая срок службы подшипника, а также вызывает смещение осевой линии шпинделя и легко приводит к вибрации деталей шпинделя. Поэтому регулировка подшипников качения должна производиться с предварительной нагрузкой, чтобы создать определенный натяг внутри подшипника, тем самым создавая определенную упругую деформацию в зоне контакта между качением и внутренним и наружным кольцами подшипника, тем самым повышая жесткость подшипника.

2. Метод регулировочного зазора:В процессе движения планетарного редуктора возникает трение, вызывающее изменение размеров, формы и качества поверхности деталей, а также износ, в результате чего увеличивается зазор между деталями. Поэтому необходимо произвести регулировку в разумных пределах, чтобы обеспечить точность относительного перемещения деталей.

 

3. Метод компенсации ошибок:Сами детали допускают ошибки при соответствующей сборке, что приводит к явлению взаимного смещения в период обкатки и обеспечивает точность траектории движения оборудования.

 

1. Комплексный метод компенсации:Инструмент, установленный вместе с редуктором для выполнения обработки, был перемещен с правильной настройкой рабочего стола, чтобы исключить суммарные результаты ошибок точности.