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为什么步进电机需要减速箱

为什么步进电机需要减速箱

【摘要】:
步进电机以在低速的情况下具有精确的定位能力与高扭矩传递功能而著称,但是他们需要仔细的尺寸以确保电机匹配负载与应用参数,以便尽量减少失步或者电机堵转的可能性。对于一个步进电机系统增加一个减速箱能够通过减少负载与电机的惯量比,增加对于负载的扭矩,减少电机的振荡来改善电机的性能。

  步进电机以在低速的情况下具有精确的定位能力与高扭矩传递功能而著称,但是他们需要仔细的尺寸以确保电机匹配负载与应用参数,以便尽量减少失步或者电机堵转的可能性。对于一个步进电机系统增加一个减速箱能够通过减少负载与电机的惯量比,增加对于负载的扭矩,减少电机的振荡来改善电机的性能。

 

  减速负载与电机的惯量比

 

  引发步进电机在应用中失步的原因是惯量。负载惯量与马达惯量之比决定了电机驱动与控制负载的能力,尤其是在运动的加速与减速部分。如果负载惯量特别高于电机惯量,那么在控制负载的时候,电机将会经历一个困难的时间。并且过头(比指令所要求的更多的步数)或者负脉冲信号(失步)可能会发生。一个非常高的负载-电机惯量比可能会引起减速电机吸取过量的电流与堵转。

 

  一个减少惯量比的方式是使用带有更高惯量的更大的电机。但是,这个意味着更高的成本,更高的重量,并且还对系统的其它部分,例如联轴器,电缆以及驱动组件造成涓滴效应。然而,对系统增加一个减速箱能够减少负载与惯量比,其比例是减速比的平方。

 

 

  对负载增加转矩

 

  另一个使用带有减速箱的步进电机的原因是在于这个能够增加更多的扭矩来驱动负载。当负载通过一个电机-减速箱的组合来驱动时,齿轮箱乘以来自于电机的扭矩,这个是与减速比与齿轮箱的效率成正比例关系。

 

  但是,虽然齿轮箱能够扩大扭矩,但是速度将会减少。(这也就是为什么有的时候他们被称为“速度减速器”或者(齿轮减速器))换句话说,当一个齿轮箱被添加到了电机上的时候,电机必须转得更快以提供目标速度来带动负载。

 

  步进电机扭矩的减少与速度的增加,其比例都是一样的,这是由于启动转矩以及其它损失。在速度与扭矩之间所存在着的相反关系意味着在电机不能够传递所需要的扭矩之前(即使乘以减速比),唯一实际的是增加速度。

 

  减少共振与振动

 

  但是,增加电机的速度确实存在一个好处。电机额外的速度在安装了齿轮箱之后,电机运行在共振频率范围之外,而摇晃与振动可能会引起电机失步甚至堵转。

 

  为了确保减速箱有一个正确的扭矩,速度以及惯量值,选择一个高精度,低背隙的齿轮箱是一件非常重要的事情,尤其将减速箱连接到步进电机的时候。

 

  回想一下,步进电机是运行在开环系统之中的,并且齿轮箱中的背隙将会降低系统的定位精度,并且没有任何反馈来监控或者纠正定错误。这也就是为什么步进应用通常使用高精度行星齿轮箱,其背隙低至2到3弧分。一些制造商能够提供带有谐波齿轮的步进电机,这个可以在很多的应用场景之中,展示零背隙。

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