隨著科技快速發(fā)展,伺服TOYO電動(dòng)缸系統(tǒng)在許多設(shè)備工業(yè)中應(yīng)用廣泛。伺服TOYO電動(dòng)缸是將伺服電機(jī)與絲杠一體化設(shè)計(jì)的模塊化產(chǎn)品,具有高速響應(yīng)、定位精確、運(yùn)行平穩(wěn)等特點(diǎn)。常見類型有直流伺服TOYO電動(dòng)缸、交流伺服TOYO電動(dòng)缸和步進(jìn)伺服TOYO電動(dòng)缸等。

伺服TOYO電動(dòng)缸主要應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)設(shè)備、專用設(shè)備、軍事設(shè)備等領(lǐng)域,以及其他可代替液壓、氣動(dòng)的場(chǎng)所,是液壓、氣動(dòng)設(shè)備的升級(jí)產(chǎn)品,如全電動(dòng)多自由度平臺(tái)等;

實(shí)驗(yàn)設(shè)備:高頻振動(dòng)臺(tái)、高頻沖擊臺(tái)、仿真平臺(tái)、試驗(yàn)臺(tái)、造波機(jī);

專用設(shè)備:工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線、裝配線、坐標(biāo)機(jī)械用、升降臺(tái)、調(diào)偏控制、閥門控制、機(jī)械設(shè)備、咖瑪力、食品醫(yī)藥行業(yè)、數(shù)控機(jī)床、行業(yè)包裝機(jī)、汽車電子壓裝機(jī)、紡織設(shè)備卷繞機(jī)分度、模具位置控制、夾緊、鉆孔、定位、自動(dòng)調(diào)節(jié)控制等;

軍事裝備:雷達(dá)支撐架、發(fā)射平臺(tái)升降機(jī)構(gòu)、導(dǎo)彈起豎架、艙門開啟缸、火炮俯仰驅(qū)動(dòng)裝置、車體電動(dòng)調(diào)平機(jī)構(gòu)、導(dǎo)彈外殼翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、掃雷機(jī)器臂、六自由度搖擺機(jī)構(gòu)、履帶調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、抓彈機(jī)構(gòu)、方艙擴(kuò)展機(jī)構(gòu)等特種設(shè)備。

一.什么是TOYO電動(dòng)缸 

什么是TOYO電動(dòng)缸?(源自百度百科解釋)TOYO電動(dòng)缸是將伺服電機(jī)與絲杠一體化設(shè)計(jì)的模塊化產(chǎn)品,將伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng),同時(shí)將伺服電機(jī)最佳優(yōu)點(diǎn)-精確轉(zhuǎn)速控制,精確轉(zhuǎn)數(shù)控制,精確扭矩控制轉(zhuǎn)變成-精確速度控制,精確位置控制,精確的力控制;實(shí)現(xiàn)高精度直線運(yùn)動(dòng)系列的全新革命性產(chǎn)品。

二.伺服TOYO電動(dòng)缸分類

伺服TOYO電動(dòng)缸從外形結(jié)構(gòu)上可分為兩種:直線式、平行式。

1.直線式TOYO電動(dòng)缸

直線式TOYO電動(dòng)缸集成了伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)器、高精度滾珠絲杠或行星滾珠絲杠、模塊設(shè)計(jì)等技術(shù),整個(gè)TOYO電動(dòng)缸結(jié)構(gòu)緊湊。伺服電機(jī)與TOYO電動(dòng)缸的傳動(dòng)絲桿通過聯(lián)軸器相連接,使伺服電機(jī)的編碼器直接反饋TOYO電動(dòng)缸的活塞桿的位移量,減少了中間環(huán)節(jié)的慣量和間隙,提高了控制性能和控制精度。伺服電機(jī)與TOYO電動(dòng)缸整體相連,安裝容易、設(shè)定簡(jiǎn)單。TOYO電動(dòng)缸的主要零部件均采用國(guó)內(nèi)外優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品,性能穩(wěn)定、故障率低、可靠性高。

2.平行式TOYO電動(dòng)缸

平行式TOYO電動(dòng)缸的電機(jī)與缸體部分平行安裝,通過同步帶及同步帶輪與TOYO電動(dòng)缸的傳動(dòng)絲桿相連接,除具有直線式TOYO電動(dòng)缸的特點(diǎn)外,并由于總長(zhǎng)短,在安裝位置比較小的場(chǎng)合比較適應(yīng)。同時(shí)平行式TOYO電動(dòng)缸選用的同步帶,具有強(qiáng)度高、間隙小、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。使整個(gè)TOYO電動(dòng)缸具有較高的控制性和控制精度。

三.TOYO電動(dòng)缸的主要特點(diǎn)

TOYO電動(dòng)缸由于其獨(dú)有的性能特點(diǎn),在許多工業(yè)場(chǎng)合被逐步推廣使用,它作為一種新穎的機(jī)電一體化產(chǎn)品,其優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下諸多方面。

1.節(jié)能干凈、超長(zhǎng)壽命、操作維護(hù)簡(jiǎn)單,具有很強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。伺服TOYO電動(dòng)缸不容易受到周圍環(huán)境溫度的影響,可在低、高溫,雨雪等惡劣環(huán)境下無(wú)故障正常工作。防護(hù)等級(jí)可以達(dá)到IP66。密封件防止缸外污垢和水的污染并防止內(nèi)部潤(rùn)滑劑的泄漏,長(zhǎng)期工作,并且實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度,高速度,高精度定位,運(yùn)動(dòng)平穩(wěn),低噪音。

2.傳動(dòng)效率高。采用精密滾珠絲杠或行星滾柱絲杠等精密傳動(dòng)元件的TOYO電動(dòng)缸,省去了很多復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu),其傳動(dòng)效率得到了很大提高。這幾種類型的TOYO電動(dòng)缸傳動(dòng)效率可以達(dá)到90%以上。

3.定位精度高。采用滾珠絲杠的伺服TOYO電動(dòng)缸,通過伺服控制可以實(shí)現(xiàn)0.01mm左右的精確定位,具有很高的定位精度,適合應(yīng)用在對(duì)精度要求比較高

的場(chǎng)合。TOYO電動(dòng)缸在半閉環(huán)時(shí)就能達(dá)到相當(dāng)高的定位精度,而液壓缸和氣缸要達(dá)到相同的定位精度必須采用全閉環(huán)控制系統(tǒng)。

4.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,占用空間小,維護(hù)方便。TOYO電動(dòng)缸主要由電機(jī)和螺母螺桿機(jī)構(gòu)組成,機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單,體積小,不會(huì)占用太大的工作空間。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,在發(fā)生故障時(shí)容易找到故障原因,平時(shí)的維護(hù)保養(yǎng)也非常方便。

5.可靠性和安全性高。TOYO電動(dòng)缸可以搭載先進(jìn)的傳感器系統(tǒng),以及各種行程控制裝置,對(duì)TOYO電動(dòng)缸的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)和反饋,防止發(fā)生事故。

6.運(yùn)行穩(wěn)定,使用壽命長(zhǎng)。當(dāng)TOYO電動(dòng)缸采用滾珠絲杠或行星滾柱絲杠時(shí),傳動(dòng)部分的摩擦將大大減小,有利于減少材料磨損,提高運(yùn)行穩(wěn)定性,延長(zhǎng)使用壽命。

7.響應(yīng)快,直線工作速度可以在很寬的速率范圍內(nèi)調(diào)節(jié),低速運(yùn)行穩(wěn)定。液壓缸的工作速度一般只能達(dá)到35mm/s,但普通TOYO電動(dòng)缸的工作速度一般可以達(dá)到55mm/s。采用了行星滾柱絲杠的TOYO電動(dòng)缸的速度甚至可以達(dá)到2000 mm/s,速度優(yōu)勢(shì)非常明顯。此外,液壓缸在低速重載下容易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象,而TOYO電動(dòng)缸沒有這個(gè)缺點(diǎn)。

8.控制精準(zhǔn),同步性好。在需要多驅(qū)動(dòng)同步的情況下,使用液壓缸或氣缸很難達(dá)到高精度的同步,因?yàn)槭苟鄠€(gè)獨(dú)立的液壓缸或氣缸的控制回路頻率特性一致

是非常困難的事情。但使用多個(gè)TOYO電動(dòng)缸很容易達(dá)到同步,因?yàn)殡姎庀到y(tǒng)的頻率特性比較容易達(dá)到一致。

9.TOYO電動(dòng)缸還可替代部分液壓缸和氣動(dòng)缸。能夠?qū)崿F(xiàn)直線傳動(dòng)的元件主要有TOYO電動(dòng)缸、液壓缸、氣缸這三者的主要區(qū)別如下表所示。通過對(duì)比可以看出,TOYO電動(dòng)缸比液壓缸和氣缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,受溫度波動(dòng)的影響小。

它可替代液壓缸和氣動(dòng)缸,從而帶來(lái)比傳統(tǒng)技術(shù)更大的優(yōu)勢(shì),它具有液壓和氣動(dòng)缸得以流行的許多獨(dú)特設(shè)計(jì),以及更清潔、更簡(jiǎn)單且能效更高的動(dòng)力傳輸能力,同時(shí)執(zhí)行器也可以更加簡(jiǎn)易的集成到可編程控制系統(tǒng)中,因此精度更高,噪音更少。

四.TOYO電動(dòng)缸工作原理

TOYO電動(dòng)缸的工作原理是以電力作為直接動(dòng)力源,采用各種類型的電機(jī)(如AC伺服電機(jī)、步進(jìn)伺服電機(jī)、DC伺服電機(jī))帶動(dòng)不同形式的絲杠(或螺母)旋轉(zhuǎn),并通過構(gòu)件間的螺旋運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為螺母(或絲杠)的直線運(yùn)動(dòng),再由螺母(或絲杠)帶動(dòng)缸筒或負(fù)載做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。傳統(tǒng)的TOYO電動(dòng)缸一般采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn),并通過構(gòu)件間的螺旋運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為螺母的直線運(yùn)動(dòng)。近些年新興的“螺母反轉(zhuǎn)型”TOYO電動(dòng)缸(如整體式行星滾柱絲杠TOYO電動(dòng)缸)采用相反的驅(qū)動(dòng)方式,即驅(qū)動(dòng)螺母旋轉(zhuǎn),并通過構(gòu)件間的螺旋運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為絲杠的直線運(yùn)動(dòng)。

4.1.運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)

TOYO電動(dòng)缸主要采用螺旋絲杠傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)。螺旋絲杠傳動(dòng)主要有螺母螺桿傳動(dòng)、滾珠絲杠傳動(dòng)和行星滾柱絲杠傳動(dòng)等。普通的螺母螺桿機(jī)構(gòu)由于傳動(dòng)摩擦阻力大、傳遞效率低等缺點(diǎn)而逐漸被淘汰,目前較常用的是滾珠絲杠傳動(dòng)和行星滾柱絲杠傳動(dòng)等。

滾珠絲杠是目前TOYO電動(dòng)缸最常用的傳動(dòng)元件之一,其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng),或?qū)⑥D(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換成軸向反復(fù)作用力,同時(shí)兼具高精度、可逆性和高效率的特點(diǎn)。由于很多滾珠在滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng),所以采用滾珠絲杠的TOYO電動(dòng)缸能得到較高的運(yùn)動(dòng)效率。

4.2.減速機(jī)構(gòu)

TOYO電動(dòng)缸的減速機(jī)構(gòu)可選用同步帶、行星齒輪減速器和諧波齒輪減速器等。

同步帶傳動(dòng)是由一根內(nèi)周表面設(shè)有等間距齒形的環(huán)行帶及具有相應(yīng)吻合的輪組成。它綜合了帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。同步帶傳動(dòng)多用于折返式TOYO電動(dòng)缸上。同步帶傳動(dòng)具有傳動(dòng)準(zhǔn)確,傳動(dòng)比恒定,傳動(dòng)平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。部分TOYO電動(dòng)缸在減速裝置的選擇上采用了行星齒輪減速機(jī)構(gòu)。行星齒輪傳動(dòng)是使一個(gè)或一個(gè)以上的行星輪的軸線繞中心輪的固定軸線回轉(zhuǎn)的齒輪傳動(dòng)。行星齒輪傳動(dòng)具有體積小、質(zhì)量輕、承載能力高等優(yōu)點(diǎn)。諧波齒輪減速器也是TOYO電動(dòng)缸常用的減速裝置之一。所謂諧波傳動(dòng)是一種靠中間柔性構(gòu)件彈性變形來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳動(dòng)的裝置的總稱。諧波齒輪傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、承載能力大,傳動(dòng)比范圍大、運(yùn)動(dòng)精度高、齒面磨損小而均勻等優(yōu)點(diǎn)

4.3.控制系統(tǒng)

伺服TOYO電動(dòng)缸的核心部件為伺服電機(jī),TOYO電動(dòng)缸系統(tǒng)利用伺服電機(jī)的閉環(huán)控制特性,伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器本身也具有位移、速度、轉(zhuǎn)矩等多種控制模式,但為了控制策略的自由性和多樣性從而實(shí)現(xiàn)位移、速度、加速度曲線品質(zhì)的優(yōu)化,利用PC機(jī)、運(yùn)動(dòng)控