隨著(zhù)科技快速發(fā)展,伺服TOYO電動(dòng)缸系統在許多設備工業(yè)中應用廣泛。伺服TOYO電動(dòng)缸是將伺服電機與絲杠一體化設計的模塊化產(chǎn)品,具有高速響應、定位精確、運行平穩等特點(diǎn)。常見(jiàn)類(lèi)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)缸主要應用于實(shí)驗設備、專(zhuān)用設備、軍事設備等領(lǐng)域,以及其他可代替液壓、氣動(dòng)的場(chǎng)所,是液壓、氣動(dòng)設備的升級產(chǎn)品,如全電動(dòng)多自由度平臺等;

實(shí)驗設備:高頻振動(dòng)臺、高頻沖擊臺、仿真平臺、試驗臺、造波機;

專(zhuān)用設備:工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)、裝配線(xiàn)、坐標機械用、升降臺、調偏控制、閥門(mén)控制、機械設備、咖瑪力、食品醫藥行業(yè)、數控機床、行業(yè)包裝機、汽車(chē)電子壓裝機、紡織設備卷繞機分度、模具位置控制、夾緊、鉆孔、定位、自動(dòng)調節控制等;

軍事裝備:雷達支撐架、發(fā)射平臺升降機構、導彈起豎架、艙門(mén)開(kāi)啟缸、火炮俯仰驅動(dòng)裝置、車(chē)體電動(dòng)調平機構、導彈外殼翻轉機構、掃雷機器臂、六自由度搖擺機構、履帶調節機構、抓彈機構、方艙擴展機構等特種設備。

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)缸是將伺服電機與絲杠一體化設計的模塊化產(chǎn)品,將伺服電機的旋轉運動(dòng)轉換成直線(xiàn)運動(dòng),同時(shí)將伺服電機最佳優(yōu)點(diǎn)-精確轉速控制,精確轉數控制,精確扭矩控制轉變成-精確速度控制,精確位置控制,精確的力控制;實(shí)現高精度直線(xiàn)運動(dòng)系列的全新革命性產(chǎn)品。

二.伺服TOYO電動(dòng)缸分類(lèi)

伺服TOYO電動(dòng)缸從外形結構上可分為兩種:直線(xiàn)式、平行式。

1.直線(xiàn)式TOYO電動(dòng)缸

直線(xiàn)式TOYO電動(dòng)缸集成了伺服電機、伺服驅動(dòng)器、高精度滾珠絲杠或行星滾珠絲杠、模塊設計等技術(shù),整個(gè)TOYO電動(dòng)缸結構緊湊。伺服電機與TOYO電動(dòng)缸的傳動(dòng)絲桿通過(guò)聯(lián)軸器相連接,使伺服電機的編碼器直接反饋TOYO電動(dòng)缸的活塞桿的位移量,減少了中間環(huán)節的慣量和間隙,提高了控制性能和控制精度。伺服電機與TOYO電動(dòng)缸整體相連,安裝容易、設定簡(jiǎn)單。TOYO電動(dòng)缸的主要零部件均采用國內外優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品,性能穩定、故障率低、可靠性高。

2.平行式TOYO電動(dòng)缸

平行式TOYO電動(dòng)缸的電機與缸體部分平行安裝,通過(guò)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(xiàn)式TOYO電動(dòng)缸的特點(diǎn)外,并由于總長(cháng)短,在安裝位置比較小的場(chǎng)合比較適應。同時(shí)平行式TOYO電動(dòng)缸選用的同步帶,具有強度高、間隙小、壽命長(cháng)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電一體化產(chǎn)品,其優(yōu)點(diǎn)主要體現在以下諸多方面。

1.節能干凈、超長(cháng)壽命、操作維護簡(jiǎn)單,具有很強的環(huán)境適應能力。伺服TOYO電動(dòng)缸不容易受到周?chē)h(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。防護等級可以達到IP66。密封件防止缸外污垢和水的污染并防止內部潤滑劑的泄漏,長(cháng)期工作,并且實(shí)現高強度,高速度,高精度定位,運動(dòng)平穩,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,省去了很多復雜的機械結構,其傳動(dòng)效率得到了很大提高。這幾種類(lèi)型的TOYO電動(dòng)缸傳動(dòng)效率可以達到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(guò)伺服控制可以實(shí)現0.01mm左右的精確定位,具有很高的定位精度,適合應用在對精度要求比較高

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

4.結構簡(jiǎn)單,占用空間小,維護方便。TOYO電動(dòng)缸主要由電機和螺母螺桿機構組成,機構簡(jiǎn)單,體積小,不會(huì )占用太大的工作空間。由于其結構簡(jiǎn)單,在發(fā)生故障時(shí)容易找到故障原因,平時(shí)的維護保養也非常方便。

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,以及各種行程控制裝置,對TOYO電動(dòng)缸的工作狀態(tài)進(jìn)行檢測和反饋,防止發(fā)生事故。

6.運行穩定,使用壽命長(cháng)。當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,提高運行穩定性,延長(cháng)使用壽命。

7.響應快,直線(xiàn)工作速度可以在很寬的速率范圍內調節,低速運行穩定。液壓缸的工作速度一般只能達到35mm/s,但普通TOYO電動(dòng)缸的工作速度一般可以達到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到2000 mm/s,速度優(yōu)勢非常明顯。此外,液壓缸在低速重載下容易產(chǎn)生爬行現象,而TOYO電動(dòng)缸沒(méi)有這個(gè)缺點(diǎn)。

8.控制精準,同步性好。在需要多驅動(dòng)同步的情況下,使用液壓缸或氣缸很難達到高精度的同步,因為使多個(gè)獨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)缸很容易達到同步,因為電氣系統的頻率特性比較容易達到一致。

9.TOYO電動(dòng)缸還可替代部分液壓缸和氣動(dòng)缸。能夠實(shí)現直線(xiàn)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別如下表所示。通過(guò)對比可以看出,TOYO電動(dòng)缸比液壓缸和氣缸結構簡(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)比傳統技術(shù)更大的優(yōu)勢,它具有液壓和氣動(dòng)缸得以流行的許多獨特設計,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)執行器也可以更加簡(jiǎn)易的集成到可編程控制系統中,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(lèi)型的電機(如AC伺服電機、步進(jìn)伺服電機、DC伺服電機)帶動(dòng)不同形式的絲杠(或螺母)旋轉,并通過(guò)構件間的螺旋運動(dòng)轉化為螺母(或絲杠)的直線(xiàn)運動(dòng),再由螺母(或絲杠)帶動(dòng)缸筒或負載做往復直線(xiàn)運動(dòng)。傳統的TOYO電動(dòng)缸一般采用電動(dòng)機驅動(dòng)絲杠旋轉,并通過(guò)構件間的螺旋運動(dòng)轉化為螺母的直線(xiàn)運動(dòng)。近些年新興的“螺母反轉型”TOYO電動(dòng)缸(如整體式行星滾柱絲杠TOYO電動(dòng)缸)采用相反的驅動(dòng)方式,即驅動(dòng)螺母旋轉,并通過(guò)構件間的螺旋運動(dòng)轉化為絲杠的直線(xiàn)運動(dòng)。

4.1.運動(dòng)轉換機構

TOYO電動(dòng)缸主要采用螺旋絲杠傳動(dòng)機構將旋轉運動(dòng)轉換為直線(xiàn)運動(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。普通的螺母螺桿機構由于傳動(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運動(dòng)轉換成直線(xiàn)運動(dòng),或將轉矩轉換成軸向反復作用力,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)運動(dòng),所以采用滾珠絲杠的TOYO電動(dòng)缸能得到較高的運動(dòng)效率。

4.2.減速機構

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

同步帶傳動(dòng)是由一根內周表面設有等間距齒形的環(huán)行帶及具有相應吻合的輪組成。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)準確,傳動(dòng)比恒定,傳動(dòng)平穩等優(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構。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(xiàn)繞中心輪的固定軸線(xiàn)回轉的齒輪傳動(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件彈性變形來(lái)實(shí)現運動(dòng)和動(dòng)力傳動(dòng)的裝置的總稱(chēng)。諧波齒輪傳動(dòng)具有結構簡(jiǎn)單、體積小、承載能力大,傳動(dòng)比范圍大、運動(dòng)精度高、齒面磨損小而均勻等優(yōu)點(diǎn)

4.3.控制系統

伺服TOYO電動(dòng)缸的核心部件為伺服電機,TOYO電動(dòng)缸系統利用伺服電機的閉環(huán)控制特性,伺服電機驅動(dòng)器本身也具有位移、速度、轉矩等多種控制模式,但為了控制策略的自由性和多樣性從而實(shí)現位移、速度、加速度曲線(xiàn)品質(zhì)的優(yōu)化,利用PC機、運動(dòng)控