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上海運控步進電機驅動器
減速步進電機廠家
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技術支持

為什么要使用帶有齒輪箱的步進電機?

時間:2019-10-12 09:39


  

  步進電動機以其精確的定位能力和低速下的高扭矩輸出而著稱,但它們需要仔細確定尺寸,以確保電動機與負載和應用參數相匹配,以最大程度地減少失步或電動機失速的可能性。在步進電機系統中添加齒輪箱可以通過降低負載與電機的慣性比,增加負載轉矩以及減少電機振蕩來改善電機性能。

  降低電機負載慣量比

  步進電機應用中缺少步距的一種原因是慣性。負載慣量與電機慣量的比值決定了電機可如何驅動或控制負載,尤其是在運動曲線的加速和減速部分。如果負載慣量顯著高于電機慣量,則電機將難以控制負載,并且可能會發生過沖(超速步數超出指令范圍)或下沖(欠步數)。很高的負載慣性比也可能導致電機消耗過多電流并停轉。

  

運動慣量比


  J L =負載慣量

  J M =電機慣量

  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,更多的重量以及對系統其他部分(如聯軸器,電纜和驅動器組件)的滴流作用。取而代之的是,在系統上增加一個齒輪箱,將負載與電動機的慣性比降低了齒輪比的平方。

  


  i =齒輪減速

  增加負載扭矩

  將齒輪箱與步進電機一起使用的另一個原因是增加可用于驅動負載的扭矩。當負載由電動機-齒輪箱組合驅動時,齒輪箱會將電動機的扭矩乘以與齒輪比和齒輪箱效率成比例的量。

  


  T o =變速箱軸上的扭矩輸出

  T m =電機軸上的扭矩輸出

  η=變速箱效率

  但是,盡管變速箱增加了扭矩,但它們卻降低了速度。(這就是為什么有時將它們稱為“齒輪減速器”或“減速器”的原因。)換句話說,當齒輪箱連接到電動機時,電動機的旋轉速度必須更快-等于齒輪比-將目標速度傳遞給負載。

  


  N o =變速箱軸上的速度輸出

  N m =電機軸上的速度輸出

  并且,由于制動轉矩和其他損失,步進電動機轉矩通常隨著速度的增加而迅速減小。速度與轉矩之間的這種反比關系意味著,在電動機無法傳遞所需轉矩之前(即使乘以齒輪比),僅將速度增加一定量才是可行的。

  

性能曲線圖電動機相同的體積速度


  請注意,步進電機的連續轉矩(綠色)隨著速度的增加而迅速下降,這與伺服電機的連續轉矩(藍色)不同,后者即使在高電機速度下也相對平坦。

  減少共振和振動

  但是加速電機確實有好處。當安裝齒輪箱時,電動機需要的額外速度意味著電動機在其共振頻率范圍之外運行,在該共振頻率范圍內,振蕩和振動會導致電動機失步甚至失速。

  

帶有步進電機的變速箱


  帶齒輪箱的步進電機(頂部)顯示出比無齒輪步進電機(底部)明顯更少的振動,特別是在共振頻率范圍內的低速情況下。

  

帶有步進電機的變速箱


  除了確保齒輪箱具有正確的扭矩,速度和慣性值外,選擇高精度,低反沖齒輪箱也很重要-特別是在將齒輪箱連接到步進電機時。

  回想一下,步進電機在開環系統中運行,齒輪箱中的游隙降低了系統的定位精度,而沒有反饋來監視或糾正定位誤差。這就是為什么步進應用經常使用高精度的行星齒輪箱,其間隙低至2至3弧分的原因。一些制造商提供了帶有諧波齒輪的步進電機,這些諧波齒輪在大多數應用條件下都可以實現零背隙。


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