過載能力 | 轉(zhuǎn)速范圍 | 振動(dòng)噪音 | 控制精度 | 速度響應(yīng) | |
步進(jìn) | 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一般不具有過載能力。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高速時(shí)會(huì)急劇下降。 | 最大轉(zhuǎn)速推薦： 35，39機(jī)座2000RPM以下； 42，57機(jī)座1500RPM以下； 86機(jī)座1000RPM以下； 110，130機(jī)座600RPM。 | 低頻共振是步進(jìn)電機(jī)的固有屬性。運(yùn)用抗低頻共振等新控制技術(shù)也僅能一定程度上改善。而且步進(jìn)電機(jī)中高速運(yùn)行的噪音也較大。 | 兩相步進(jìn)電機(jī)步距角1.8°，考慮到步距角的最大誤差為±5%，故定位精度為 0.18° | 加速到最高轉(zhuǎn)速一般30~400毫秒，短行程（不到1圈）；短時(shí)間內(nèi)（例如1秒）多次啟停，或機(jī)械連接剛性較低這些應(yīng)用狀況下有優(yōu)勢 |
伺服 | 有較強(qiáng)的過載能力，一般最大轉(zhuǎn)矩可為額定轉(zhuǎn)矩的2~3倍，在額定轉(zhuǎn)速（如3000RPM）以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩。 | 最大轉(zhuǎn)速推薦： 80及以下機(jī)座建議3000RPM以內(nèi)； 80以上~130機(jī)座建議2000RPM以內(nèi)。
| 運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時(shí)低頻振動(dòng)也非常小。
| 360°/ 編碼器倍頻后的線數(shù)。只要編碼器線數(shù)超過500，伺服電機(jī)精度就超過步進(jìn)電機(jī) | 加速性能較好，加速到最高速度僅需幾十毫秒。走長行程（2，3圈及以上時(shí)）伺服優(yōu)勢明顯 |
項(xiàng)目經(jīng)理 | 詳細(xì)了解設(shè)備生產(chǎn)出產(chǎn)品的工藝，應(yīng)用環(huán)境，適用環(huán)溫，精度，產(chǎn)能，機(jī)械結(jié)構(gòu)，成本等參數(shù)，進(jìn)而確定所需電機(jī)的噪音指標(biāo)、防護(hù)等級(jí)、應(yīng)用溫濕度。依據(jù)工藝、產(chǎn)能、大致的結(jié)構(gòu)，基本能得到每個(gè)電機(jī)的行程及每步動(dòng)作分配的時(shí)間是多少，進(jìn)而確定電機(jī)需求的轉(zhuǎn)速范圍，對(duì)應(yīng)上述介紹精度及建議的速度范圍數(shù)值，來確定選伺服還是步進(jìn)的方向性。 |
機(jī)械設(shè)計(jì)人員 | 在機(jī)械傳動(dòng)、結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)之前，應(yīng)先對(duì)伺服或步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)規(guī)格做詳細(xì)的了解，按照電機(jī)行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格尺寸來設(shè)計(jì)，否則等設(shè)計(jì)好傳動(dòng)、結(jié)構(gòu)后再來選電機(jī)，經(jīng)常會(huì)遇到：安裝空間不夠，沒有所需軸徑、軸長的標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)；沒有所需的大力矩、合適慣量的電機(jī)等問題。影響進(jìn)度，抬高成本。 |
備注 | 常用的控制類電機(jī)（包含伺服、步進(jìn)）轉(zhuǎn)矩最大一般為50 NM (牛米)。睿馳慣量最大的步進(jìn)電機(jī)型號(hào)為130HS45，慣量為：4.84*10-3(kg·m2)。步進(jìn)電機(jī)軸徑、法蘭盤、端蓋固定孔位尺寸，大部分都是按照英制習(xí)慣。伺服電機(jī)尺寸一般都按照公制習(xí)慣。 |
機(jī)械設(shè)計(jì)人員要先計(jì)算運(yùn)動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量進(jìn)而再計(jì)算需求力矩。
需估算項(xiàng)目 | 計(jì)算方法一 | 計(jì)算方法二 | 計(jì)算方法三 | 必要性 |
負(fù)載慣量估算J=m·r2 | 參考睿馳提供的計(jì)算表格公式 | 若結(jié)構(gòu)太復(fù)雜，請(qǐng)使用機(jī)械設(shè)計(jì)軟件PRO-E或Solidwork中自帶的計(jì)算慣量的功能計(jì)算結(jié)果 | 若得到結(jié)果實(shí)在太難，也要一個(gè)估算值，以便計(jì)算力矩及選定匹配電機(jī)的慣量 | 慣量匹配的問題被很多人忽略，實(shí)際應(yīng)用中若要達(dá)到平穩(wěn)、動(dòng)態(tài)響應(yīng)良好的運(yùn)動(dòng)效果，必須遵從慣量匹配原則 |
慣量匹配原則 | 對(duì)于步進(jìn)電機(jī)： | 通常建議折算到電機(jī)軸的負(fù)載慣量不大于電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量的5倍 | ||
對(duì)于伺服電機(jī)： | 電機(jī)伺服建議慣量比在10倍以內(nèi)，最大不宜超過20倍。有關(guān)慣量匹配詳細(xì)信息，請(qǐng)參考睿馳應(yīng)用文章《淺析伺服系統(tǒng)中的慣量匹配原則》。 | |||
力矩估算 | 類別 | 計(jì)算原則 |
負(fù)載所需力矩的估算 | 公式：
| T=（JL+JM）*αM JL：折算到電機(jī)軸的負(fù)載總慣量 JM：電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量 αM：角加速度 |
伺服電機(jī)： | 如果選用伺服電機(jī)，則所選用電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速需略大于計(jì)算所需最高轉(zhuǎn)速，額定轉(zhuǎn)矩宜不小于計(jì)算所需最高轉(zhuǎn)矩（因?yàn)榭紤]到伺服電機(jī)一般都可以過載2到3倍，已有考慮了余量） | |
步進(jìn)電機(jī)： | 1、如果選用步進(jìn)電機(jī)，則需用到步進(jìn)電機(jī)的矩頻曲線，它是指在標(biāo)定的電壓，電流條件下，電機(jī)轉(zhuǎn)速與輸出轉(zhuǎn)矩的關(guān)系曲線。需注意你所計(jì)算得到的轉(zhuǎn)矩是指在你需求速度下的轉(zhuǎn)矩，而且，步進(jìn)電轉(zhuǎn)機(jī)沒有過載能力，所以一般需把計(jì)算所得力矩再乘以安全系數(shù)1.5~2，得到一個(gè)考慮了余量的所需轉(zhuǎn)矩。 2、據(jù)此轉(zhuǎn)矩及前述計(jì)算得到的所需最大轉(zhuǎn)速來初選步進(jìn)電機(jī)，在初選電機(jī)的矩頻曲線上，在縱坐標(biāo)軸上尋找到所需最大轉(zhuǎn)矩，然后在橫坐標(biāo)下查量出此轉(zhuǎn)矩下對(duì)應(yīng)可得到的轉(zhuǎn)速，此轉(zhuǎn)速應(yīng)該大于計(jì)算所需最高轉(zhuǎn)速。按此方法就可以選定步進(jìn)電機(jī)型號(hào)，然后可以參考電機(jī)的額定電流，電壓等參數(shù)，來初選適配的驅(qū)動(dòng)器。 |
機(jī)械工程師參考
| 慣量和合理剛性 | 想得到高效、良好的運(yùn)動(dòng)效果，必須結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，負(fù)載慣量盡量小、電機(jī)與負(fù)載之間機(jī)械連接剛性盡量高。 |
裝配 | 1、依靠法蘭盤來保證電機(jī)安裝同心度。 2、電機(jī)安裝和應(yīng)用時(shí)需避免電機(jī)軸所受到的軸向力、徑向力超過電機(jī)標(biāo)稱值。 3、聯(lián)軸器或同步輪裝到軸上時(shí)，盡量靠近電機(jī)法蘭盤面（預(yù)防力臂太長導(dǎo)致個(gè)別電機(jī)斷軸）。 4、電機(jī)軸因公差配合等原因裝不上聯(lián)軸器、同步帶輪時(shí)，不能敲擊帶輪、連軸器，硬擠進(jìn)去，這樣做很容易損壞電機(jī)內(nèi)部軸承，而且對(duì)帶有編碼器的伺服類電機(jī)，還特別容易損傷編碼器。 | |
散熱 | 電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器實(shí)際工況如果為連續(xù)工作制或運(yùn)行時(shí)間比例較高的斷續(xù)周期工作制，需考慮散熱問題。 |
電氣工程師參考 | 如何選配驅(qū)動(dòng)器 | 伺服電機(jī)通常有唯一配套的驅(qū)動(dòng)器，不必費(fèi)心選驅(qū)動(dòng)器。步進(jìn)電機(jī)需要選驅(qū)動(dòng)器，主要依據(jù)兩點(diǎn)：所選驅(qū)動(dòng)器的輸出有效電流不小于選定電機(jī)的額定電流;驅(qū)動(dòng)器允許的輸入電壓大于電機(jī)矩頻曲線上寫的測試電壓。比如選57HS09，這款電機(jī)的額定電流為2.8A,推薦的電壓為36V，可以選擇DM556（型號(hào)名稱的意義請(qǐng)參考睿馳產(chǎn)品命名規(guī)則），DM556最大輸入電壓為50V，推薦輸入電壓為36V，最大輸出電流（有效值）為5.6 / |
如何選擇電源 | 選擇電源，需確定輸出電壓及輸出功率。步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器供電壓的選取可參照《步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在裝備制造業(yè)中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)》：“步進(jìn)電機(jī)廠經(jīng)常會(huì)給出步進(jìn)電機(jī)的額定電壓，此電壓其實(shí)就是電機(jī)的額定電流與電機(jī)繞組電阻的乘積，一個(gè)重要工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)：輸入電壓一般選定在步進(jìn)電機(jī)額定電壓的3~25倍；步進(jìn)電機(jī)一定時(shí)，供電電壓越高，步進(jìn)電機(jī)在中高速能產(chǎn)生的力矩越大，越有利于需要高速應(yīng)用的場合，但電機(jī)的發(fā)熱隨著電壓、電流的增加而加大，所以要注意電機(jī)的溫升限值。” 步進(jìn)電驅(qū)動(dòng)器電源電壓選擇推薦如下： 電機(jī)機(jī)座推薦電源電壓備注3524~36VDC 39 42 5724~48 VDC 8636~68 VDC863S68H、86HS120這兩款推薦110VAC電源110180~220VAC 130供電電源的輸出電流建議根據(jù)電機(jī)的標(biāo)稱額定電流Ｉ來確定。如果采用線性電源，電源電流建議?。芍档?0%；如果采用開關(guān)電源，建議電源電流?。芍怠Ｈ绻梢粋€(gè)電源同時(shí)給幾個(gè)驅(qū)動(dòng)器供電，可考慮按照前述指引下的電流值，乘以驅(qū)動(dòng)器個(gè)數(shù)，再乘以70%即可。 | |
設(shè)定電流值 | 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電流值設(shè)定，一般是設(shè)定在額定電流的70%~100%，然后按照最大負(fù)載，最大加速度，最惡劣工況試運(yùn)行，如果電機(jī)的殼體穩(wěn)態(tài)溫度不超過80度，則電流設(shè)置合適，否則，可以把電流減小一、二檔再試運(yùn)行，驗(yàn)證殼體穩(wěn)定溫度不超過80度，而電機(jī)又沒有出現(xiàn)堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象，則電流設(shè)置合適。 | |
設(shè)定細(xì) 分 | 細(xì)分?jǐn)?shù)/分辨率設(shè)定，對(duì)步進(jìn)而言，推薦按照出廠默認(rèn)的8細(xì)分即1600個(gè)脈沖每轉(zhuǎn)的狀態(tài)。經(jīng)我們的測試及推算，細(xì)分?jǐn)?shù)超過8對(duì)提升精度沒有明顯作用，但更大的細(xì)分?jǐn)?shù)對(duì)減小低速噪音會(huì)有一定效果。在相同電機(jī)轉(zhuǎn)速的情況下，細(xì)分越高，則所需上位機(jī)發(fā)出的脈沖頻率越高。例如電機(jī)如果為3000RPM，在8細(xì)分時(shí)，上位機(jī)發(fā)出脈沖頻率為80KHZ即可，但如果細(xì)分為16，則上位機(jī)發(fā)出脈沖頻率需達(dá)160KHZ，而很多PLC發(fā)出脈沖頻率最高僅100KHZ，那就不能用16細(xì)分。對(duì)伺服來說，也推薦按照默認(rèn)設(shè)置10000脈沖每轉(zhuǎn)的分辨率，這個(gè)分辨率在精度方面基本能適應(yīng)絕大部分的場合。 | |
布線規(guī) 則 | 請(qǐng)將載有弱信號(hào)（方向，脈沖，使能，編碼器反饋等）的信號(hào)線與強(qiáng)電導(dǎo)線（電壓高或電流大，如電機(jī)繞組線、驅(qū)動(dòng)器電源線、變頻器輸入、輸出動(dòng)力線等）盡量分開來走線。 | |
電線電纜的選擇 | 選用拖鏈電纜的原則：電機(jī)與驅(qū)動(dòng)器若存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)則電機(jī)（編碼器）延長線應(yīng)選拖鏈電纜；驅(qū)動(dòng)器與電源或板卡存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)電源線或信號(hào)線應(yīng)選擇拖鏈電纜。線規(guī)選擇則按載流能力與線材截面積的對(duì)應(yīng)規(guī)則選定。1）強(qiáng)電導(dǎo)線線規(guī)選擇推薦參考圖3。若距離超過10米，建議截面積對(duì)應(yīng)翻倍。 2) 信號(hào)線線規(guī)選擇建議選0.3-1.0平方毫米（對(duì)應(yīng)AWG17—22）。 | |
電氣裝配工藝注意事 項(xiàng) | 連接到驅(qū)動(dòng)器所有接線端子的電線端都不要浸錫，浸錫后易引起接觸面積變小，接觸電阻變大，導(dǎo)致弱信號(hào)被衰減，而強(qiáng)電端子接觸點(diǎn)處則可能過熱被燒壞。接線端子處若要套冷軋壓線帽，首先需按照線規(guī)選擇合適規(guī)格的冷軋壓線帽，注意觀察冷軋壓接后的尺寸，若不能與端子形成面接觸，請(qǐng)更換壓線帽或更改工藝。不允許帶電拔插驅(qū)動(dòng)器的電源線或繞組線端子。 | |
驅(qū)動(dòng)器及電機(jī)接線提示 | 1）注意驅(qū)動(dòng)器的供電電源極性不要搞錯(cuò)，錯(cuò)誤的狀態(tài)下上電，驅(qū)動(dòng)器將可能直接損壞；驅(qū)動(dòng)與電機(jī)間的連接，步進(jìn)注意兩相八條線和三相六條線的顏色組合，請(qǐng)按照電機(jī)資料上標(biāo)明的顏色定義來接線。伺服驅(qū)動(dòng)與電機(jī)繞組線連接時(shí)，需注意U，V，W相序應(yīng)正確對(duì)應(yīng)，不支持互換兩相來實(shí)現(xiàn)電機(jī)換向。 | |
驅(qū)動(dòng)器控制信號(hào)接線 圖 | 2）具體見“圖1”及注釋
| |
軟件工程師參考 | 合理規(guī)劃設(shè)置運(yùn)動(dòng)曲線、參數(shù) | 1、規(guī)劃好每個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)控制曲線 2、了解每個(gè)動(dòng)作的時(shí)間、行程，合理的配置初速度、加速時(shí)間、最高速度、換向時(shí)間。以期望達(dá)到效率最高、效果最好 具體見“圖2” |
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