伺服系统加速时,不仅需要克服摩擦阻力,还要推动电机、减速机和负载的转动惯量。同样的目标转速下,加减速时间越短,瞬时扭矩通常越高。
动态扭矩可近似表示为T=J×α,其中T为加速扭矩,J为折算后的转动惯量,α为角加速度。角加速度又可表示为α=Δω÷Δt。目标转速不变时,加速时间Δt越短,角加速度和所需瞬时扭矩就越大。
快速加速、减速和正反转会使齿轮反复传递方向和大小不断变化的扭矩,可能造成齿面接触应力增加、换向冲击加重、行星架承受较大扭转载荷、疲劳磨损加快,并使回程间隙、噪音和振动逐步增加。
定位转盘、往复送料、贴标、点胶和机械手等设备每天可能重复数万次动作,因此不能只检查单次动作是否能够完成。
伺服电机具有短时峰值扭矩能力,但电机能够输出峰值扭矩,不代表减速机可以无限次承受同样的冲击。正常运行扭矩应低于减速机额定扭矩;加速、减速和正常短时冲击扭矩应低于允许峰值扭矩;同时还要核对峰值持续时间、工作循环和启停次数。
短时间、高频率加减速会增加齿轮啮合损耗和轴承负荷。如果一个工作周期内还没有充分散热,下一次加速已经开始,热量就会持续累积。常见表现包括外壳温度上升、电机电流波动、定位过程噪音增加、润滑脂老化加快和连续运行后过载报警。
电机轴、减速机齿轮、联轴器、同步带、丝杆和机架都存在一定弹性。指令变化过快时,可能出现定位后反复修正、正反转切换抖动、特定速度共振、负载端过冲或高频啸叫。单纯继续提高伺服增益,反而可能增加机械冲击。
以400W伺服电机搭配PLF060-5为例,如果缩短设备节拍后开始出现噪音、温升或过载报警,应优先检查加减速时间是否被压缩过多。
频繁启停工况的安全系数和均方根扭矩核对方法,可参考频繁启停工况下行星减速机安全系数怎么考虑。
急停、撞机、卡料和机械限位碰撞,可能在极短时间内使负载停止,其冲击扭矩可能明显高于程序设定的正常减速扭矩。应通过安全制动逻辑、机械缓冲、转矩限制和防撞结构共同降低冲击。
伺服电机加减速时间太短,会提高角加速度和瞬时扭矩,增加行星减速机齿面冲击、轴承负荷、温升、噪音和疲劳损伤风险。合理延长加减速时间、采用S曲线并优化减速比,通常比单纯放大伺服电机功率更有效。
恩坦斯特(ANDANTEX)专注精密行星减速机、伺服减速机、谐波减速机及蜗轮蜗杆减速机研发生产,提供选型、定制与自动化传动方案。