西門子伺服電機要說剛性,,先說剛度。
剛度是指材料或結(jié)構(gòu)在受力時抵抗彈性變形的能力,。是材料或結(jié)構(gòu)彈性變形難易程度的表征,。材料的剛度通常用彈性模量E來衡量。在宏觀彈性范圍內(nèi),,剛度是零件荷載與位移成正比的比例系數(shù),,即引起單位位移所需的力。它的倒數(shù)稱為柔度,,即單位力引起的位移,。剛度可分為靜剛度和動剛度。
一個結(jié)構(gòu)的剛度(k)是指彈性體抵抗變形拉伸的能力,。k=P/δ,,P是作用于結(jié)構(gòu)的恒力,δ是由于力而產(chǎn)生的形變,。
轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動剛度(k)為:k=M/θ 其中,,M為施加的力矩,θ為旋轉(zhuǎn)角度,。
舉個例子,,我們知道鋼管比較堅硬,,一般受外力形變小,而橡皮筋比較軟,,受到同等力產(chǎn)生的形變就比較大,,那我們就說鋼管的剛性強,橡皮筋的剛性弱,,或者說其柔性強,。
在伺服電機的應用中,用聯(lián)軸器來連接電機和負載,,就是典型的剛性連接,;而用同步帶或者皮帶來連接電機和負載,就是典型的柔性連接,。
電機剛性就是電機軸抗外界力矩干擾的能力,,而我們可以在伺服控制器調(diào)節(jié)電機的剛性。
伺服電機的機械剛度跟它的響應速度有關(guān),,一般剛性越高其響應速度也越高,,但是調(diào)太高的話,很容易讓電機產(chǎn)生機械共振,,所以,,在一般的伺服放大器參數(shù)里面都有手動調(diào)整響應頻率的選項,要根據(jù)機械的共振點來調(diào)整,,需要時間和經(jīng)驗(其實就是調(diào)增益參數(shù)),。
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在伺服系統(tǒng)位置模式下,施加力讓電機偏轉(zhuǎn),,如果用力較大且偏轉(zhuǎn)角度較小,,那么就認為伺服系統(tǒng)剛性強,反之則認為伺服剛性弱,。注意這里我說的剛性,,其實更接近響應速度這個概念。從控制器角度看的話,,剛性其實是速度環(huán),,位置環(huán)和時間積分常數(shù)組合成的一個參數(shù),它的大小決定機械的一個響應速度,。
像松下和三菱伺服都有自動增益功能,。通常不需要特別去調(diào)整。國產(chǎn)的一些伺服,,只能夠手工調(diào)整,。
其實如果你不要求定位快,只要準,在阻力不大的時候,,剛性低,,也可以做到定位準,只不過定位時間長,。因為剛性低的話定位慢,,在要求響應快,定位時間短的情況下,,就會有定位不準的錯覺,。
西門子慣量描述的是物體運動的慣性,轉(zhuǎn)動慣量是物體繞軸轉(zhuǎn)動慣性的度量,。轉(zhuǎn)動慣量只跟轉(zhuǎn)動半徑和物體質(zhì)量有關(guān),。一般負載慣量超過電機轉(zhuǎn)子慣量的10倍,可以認為慣量較大,。
導軌和絲杠的轉(zhuǎn)動慣量對伺服電機傳動系統(tǒng)的剛性影響很大,,固定增益下,轉(zhuǎn)動慣量越大,,剛性越大,,越易引起電機抖動;轉(zhuǎn)動慣量越小,,剛性越小,,電機越不易抖動??赏ㄟ^更換較小直徑的導軌和絲桿減小轉(zhuǎn)動慣量從而減小負載慣量來達到電機不抖動,。
我們知道通常在伺服系統(tǒng)選型時,除考慮電機的扭矩和額定速度等等參數(shù)外,,我們還需要先計算得知機械系統(tǒng)換算到電機軸的慣量,再根據(jù)機械的實際動作要求及加工件質(zhì)量要求來具體選擇具有合適慣量大小的電機,。
在調(diào)試時(手動模式下),,正確設(shè)定慣量比參數(shù)是充分發(fā)揮機械及伺服系統(tǒng)*佳效能的前提,。
那到底什么是“慣量匹配”呢,?
其實也不難理解,根據(jù)牛二定律:
“進給系統(tǒng)所需力矩= 系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量J × 角加速度θ
角加速度θ影響系統(tǒng)的動態(tài)特性,,θ越小則由控制器發(fā)出指令到系統(tǒng)執(zhí)行完畢的時間越長,,系統(tǒng)反應越慢。如果θ變化,,則系統(tǒng)反應將忽快忽慢,,影響加工精度。
伺服電機選定后大輸出值不變,如果希望θ的變化小,,則J就應該盡量小,。
而上面的,系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量J=伺服電機的旋轉(zhuǎn)慣性動量JM + 電機軸換算的負載慣性動量JL,。
負載慣量JL由工作臺及上面裝的夾具和工件,、螺桿、聯(lián)軸器等直線和旋轉(zhuǎn)運動件的慣量折合到馬達軸上的慣量組成,。JM為伺服電機轉(zhuǎn)子慣量,,伺服電機選定后,此值就為定值,,而JL則隨工件等負載改變而變化,。如果希望J變化率小些,則*好使JL所占比例小些,。
這就是通俗意義上的“慣量匹配”,。
一般來說,小慣量的電機制動性能好,,啟動,,加速停止的反應很快,高速往復性好,,適合于一些輕負載,,高速定位的場合。中,、大慣量的電機適用大負載,、平穩(wěn)要求比較高的場合,如一些圓周運動機構(gòu)和一些機床行業(yè),。
所以伺服電機剛性過大,,剛性不足,一般是要調(diào)控制器增益改變系統(tǒng)響應了,。慣量過大,,慣量不足,說的是負載的慣量變化和伺服電機慣量的一個相對的比較,。