Wie verlangsamen Schrittmotoren?

Als AktorSchrittmotorSchrittmotoren gehören zu den Schlüsselprodukten der Mechatronik und finden breite Anwendung in verschiedenen Automatisierungssystemen. Mit der Weiterentwicklung der Mikroelektronik und der Präzisionsfertigungstechnik steigt die Nachfrage nach Schrittmotoren stetig. Schrittmotoren und Getriebe werden zu Untersetzungsgetrieben kombiniert und finden immer häufiger Verwendung. Daher ist diese Art von Untersetzungsgetriebe heute für jedermann verständlich.

 

Wie verlangsamen Schrittmotoren?

Schrittmotoren sind häufig verwendete Antriebsmotoren und werden üblicherweise mit Untersetzungseinrichtungen kombiniert, um eine optimale Kraftübertragung zu erzielen. Zu den üblicherweise verwendeten Untersetzungseinrichtungen und -methoden für Schrittmotoren gehören beispielsweise Untersetzungsgetriebe, Encoder, Steuerungen, Impulssignale usw.

 

Verzögerung des Impulssignals:Die Drehzahl eines Schrittmotors hängt von der Änderung des Eingangsimpulses ab. Theoretisch dreht sich der Schrittmotor bei einem Impuls an den Treiber um einen bestimmten Schrittwinkel (bzw. in Teilschritten). In der Praxis führt eine zu schnelle Änderung des Impulssignals aufgrund der internen Dämpfung durch das umgekehrte elektrische Potenzial dazu, dass die magnetische Reaktion zwischen Rotor und Stator der Änderung des elektrischen Signals nicht mehr folgt. Dies kann zu Blockierungen und Schrittverlusten führen.

 

Untersetzungsgetriebe:Ein Schrittmotor, der mit einem Untersetzungsgetriebe kombiniert ist, gibt bei hoher Drehzahl und niedrigem Drehmoment den Motor mit dem Getriebe ab. Durch das Untersetzungsverhältnis des Getriebes wird die Drehzahl des Schrittmotors reduziert und das übertragene Drehmoment erhöht, um eine optimale Kraftübertragung zu erzielen. Die Reduktion hängt vom Untersetzungsverhältnis des Getriebes ab: Je höher das Untersetzungsverhältnis, desto niedriger die Drehzahl und umgekehrt.

 

Kurvenexponentielle Regelungsgeschwindigkeit:Bei der exponentiellen Kurve werden in der Softwareprogrammierung zunächst die berechneten Zeitkonstanten im Computerspeicher abgelegt und während des Betriebs ausgewählt. Üblicherweise beträgt die Beschleunigungs- und Verzögerungszeit des Schrittmotors mindestens 300 ms. Bei zu kurzen Beschleunigungs- und Verzögerungszeiten ist es für die meisten Schrittmotoren schwierig, hohe Drehzahlen zu erreichen.

 

Encoder-Steuerungsverzögerung:Die PID-Regelung hat sich als einfache und praktische Regelungsmethode in Schrittmotorantrieben weit verbreitet. Sie basiert auf dem Sollwert r(t) und dem Istwert c(t) und bildet die Stellgröße e(t) – die Stellgröße, die sich aus der proportionalen, integralen und differentiellen Abweichung zusammensetzt – durch eine Linearkombination. In diesem Beitrag wird ein zweiphasiger Hybrid-Schrittmotor mit integriertem Positionssensor verwendet und ein automatisch anpassbarer PI-Drehzahlregler auf Basis eines Positionssensors und einer Vektorregelung entwickelt. Dieser Regler bietet zufriedenstellende Übergangseigenschaften unter variablen Betriebsbedingungen. Ausgehend vom mathematischen Modell des Schrittmotors wird das PID-Regelsystem entworfen und der PID-Regelalgorithmus verwendet, um die Stellgröße für die Motorbewegung zur vorgegebenen Position zu ermitteln. Abschließend wird durch Simulationen bestätigt, dass die Regelung gute dynamische Eigenschaften aufweist. Der PID-Regler zeichnet sich durch einfache Struktur, hohe Robustheit und hohe Zuverlässigkeit aus, kann jedoch unsichere Systeminformationen nicht effektiv verarbeiten.

 

Welcher Schrittmotor passt zu welchem ​​Untersetzungsgetriebe? Bei der Auswahl des passenden Schrittmotors und Getriebes müssen diese Faktoren berücksichtigt werden, und welches Getriebe eignet sich für die Kombination?

 

1. Der Grund für den Schrittmotor mit Untersetzungsgetriebe

 

Schrittmotoren schalten die Frequenz des Statorphasenstroms um, beispielsweise durch Ändern des Eingangsimpulses der Ansteuerschaltung, wodurch sie sich langsam bewegen. Im Wartezustand auf den Schrittbefehl steht der Rotor still. Bei langsamen Schritten treten starke Drehzahlschwankungen auf. Ein Wechsel in den Hochgeschwindigkeitsbetrieb kann diese Schwankungen zwar beheben, das Drehmoment ist jedoch unzureichend. Das heißt, niedrige Drehzahlen führen zu Drehmomentschwankungen, während hohe Drehzahlen ein zu geringes Drehmoment aufweisen. Daher ist der Einsatz eines Untersetzungsgetriebes erforderlich.

 

2. Schrittmotor oft mit Untersetzungsgetriebe

 

Ein Untersetzungsgetriebe ist eine Art Zahnradantrieb, Schneckengetriebe oder kombiniertes Schneckengetriebe. Es ist in einem starren Gehäuse untergebracht und dient häufig als Untersetzungsgetriebe zwischen Antriebsmaschine und Arbeitsmaschine bzw. Aktor, um Drehzahl und Drehmoment anzupassen. Untersetzungsgetriebe gibt es in vielen Varianten. Je nach Getriebeart lassen sie sich in Kegelrad-, Schnecken- und Planetengetriebe unterteilen. Nach der Anzahl der Getriebestufen unterscheidet man zwischen einstufigen und mehrstufigen Getrieben. Je nach Zahnradform unterscheidet man zwischen Stirnrad-, Kegelrad- und Kegelrad-Zylinderradgetrieben. Die Anordnung der Getriebeteile unterscheidet man zwischen aufgesetzten, Nebenschluss- und Koaxialgetrieben. Untersetzungsgetriebe für Schrittmotoren sind beispielsweise Planetengetriebe, Schneckengetriebe, Parallelgetriebe und Stirnradgetriebe.

 

 

Wie steht es um die Genauigkeit des Planetengetriebes mit Schrittmotor?

 

 

Die Genauigkeit eines Getriebes wird auch als Rücklaufspiel bezeichnet. Wenn der Abtrieb fixiert ist und der Antrieb im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird, um das Nenndrehmoment ±2 % am Abtrieb zu erzeugen, ergibt sich am Antrieb eine kleine Winkelverschiebung. Diese Winkelverschiebung ist das Rücklaufspiel. Die Einheit ist Bogenminute, also ein Sechzigstel Grad. Üblicherweise beziehen sich die Rücklaufspielwerte auf die Abtriebsseite des Getriebes. Planetengetriebe mit Schrittmotoren zeichnen sich durch hohe Steifigkeit, hohe Präzision (eine Stufe kann innerhalb einer Minute geschaltet werden), hohen Wirkungsgrad (97–98 % pro Stufe), hohes Drehmoment-Volumen-Verhältnis und Wartungsfreiheit aus.

 

Die Übertragungsgenauigkeit von Schrittmotoren ist nicht einstellbar. Der Laufwinkel eines Schrittmotors wird ausschließlich durch die Schrittlänge und die Impulsanzahl bestimmt. Die Impulsanzahl entspricht einer vollständigen Zählung; die digitale Größe gibt keine Genauigkeit an. Ein Schritt ist ein Schritt, zwei Schritte sind zwei Schritte. Die Genauigkeit, die aktuell optimiert werden kann, ist die Genauigkeit des Rücklaufspiels des Planetengetriebes.

 

1. Methode zur Justierung der Spindelgenauigkeit:Die Einstellung der Rotationsgenauigkeit der Planetengetriebespindel hängt davon ab, ob die Bearbeitungsgenauigkeit der Spindel selbst den Anforderungen entspricht. In diesem Fall wird die Rotationsgenauigkeit der Getriebespindel im Allgemeinen durch das Lager bestimmt. Der Schlüssel zur Einstellung der Spindelrotationsgenauigkeit liegt in der Einstellung des Lagerspiels. Die Einhaltung eines geeigneten Lagerspiels ist entscheidend für die Funktion der Spindelkomponenten und die Lagerlebensdauer. Bei Wälzlagern führt ein zu großes Lagerspiel nicht nur zu einer Konzentration der Last auf die Wälzkörper in Kraftrichtung, sondern auch zu starken Spannungsspitzen im Kontaktbereich zwischen Innen- und Außenring. Dies verkürzt die Lagerlebensdauer, kann zu einer Abweichung der Spindelachse führen und Vibrationen der Spindelteile begünstigen. Daher muss die Wälzlagereinstellung eine Vorspannung erfordern. Diese erzeugt eine gewisse Presspassung im Lager, wodurch eine elastische Verformung im Kontaktbereich zwischen Wälzkörper und Innen-/Außenring entsteht und somit die Lagersteifigkeit erhöht wird.

2. Methode zur Einstellung des Spalts:Im Betrieb eines Planetengetriebes entsteht Reibung, die zu Veränderungen der Größe, Form und Oberflächenbeschaffenheit der Teile sowie zu Verschleiß führt. Dadurch vergrößert sich der Spalt zwischen den Teilen. Um die Genauigkeit der Relativbewegung zwischen den Teilen zu gewährleisten, ist ein angemessener Einstellbereich erforderlich.

 

3. Fehlerkompensationsmethode:Die Teile selbst weisen durch die entsprechende Montage Fehler auf, sodass das Phänomen des gegenseitigen Versatzes während der Einlaufphase auftritt, um die Genauigkeit der Bewegungsbahn der Ausrüstung zu gewährleisten.

 

1. Umfassende Vergütungsmethode:Das Werkzeug, das zusammen mit dem Reduziergetriebe selbst zur Bearbeitung installiert ist, wurde mit der korrekten Einstellung des Arbeitstisches übertragen, um die kombinierten Ergebnisse der Genauigkeitsfehler zu eliminieren.