粗枝(zhī)大葉篇
事先(xiān)申明:我的選型(xíng)方法屬於簡單實用,但不精準(zhǔn)。精準需要具體問題具體分(fèn)析,經過計算才能給出結果。
電機粗淺地分為兩大類,動(dòng)力電機和控製電機。
動(dòng)力(lì)電機,以動力轉換(huàn)為目的,例如普通的交流異步電機(jī),把電能轉換為機械能,一般采用簡單的電氣電路就可以控製啟動和停止。
控製電機,除了承擔能量和動力轉換外,更重要的是準確地控製速度和精度,它必須配套使用驅動(dòng)器(qì)或者(zhě)放大器,通過控製信號(脈衝、模擬量電壓、總線數據)進行控製和調節,例如步進電機和伺服電機。控製電機是自動化控製的核心元件,尤其伺服電機和步進電機是3C行業(yè)廣泛大(dà)量(liàng)使用的產品,如果不聊伺(sì)服電機,同行工程師之間都不好意思打招呼(hū)。
動(dòng)力電機 控製電機
什(shí)麽是選型?選型(xíng)就是選擇且確定產品的型號。我們常常說(shuō)的方案是在產品選型基礎上,對產品性(xìng)能充分掌握後,把眾多(duō)產品進(jìn)行有機的組合,進而完成一(yī)個具有多個(gè)技術指標要求的完整(zhěng)項目。所以方案屬於(yú)宏觀——整體,選(xuǎn)型屬於微觀——細節。
控(kòng)製電機選型分為三步,功率、速度(dù)、精度。
功率/力矩(兩者相通)
首先必須保證電機帶得動負載,如果帶不動(dòng),一切都為(wéi)零。電機功(gōng)率與電機的尺寸大小是正比關係——胖子(zǐ)力大(dà),看日本相撲運動員即知。大功率電機必然對應大尺(chǐ)寸和大(dà)體積。如果電機體積小,功率指標(biāo)卻很大,則一定有某些使用方麵的限製,例(lì)如溫(wēn)升。
功率必須保證有一定餘量,既要滿足勻速運行階(jiē)段也要滿足加減速階段。加減速階段(duàn)要(yào)比勻速階段的力矩(jǔ)大幾(jǐ)倍(bèi),以保證(zhèng)提供足夠(gòu)的力矩產(chǎn)生加速度。勻速運行時,盡管電機的速度可以很高,但(dàn)是由於隻需要維持勻速運動,所需力矩往往(wǎng)非常小。
誤區:認為電機加速和減速所需要的時間相(xiàng)等。真(zhēn)實情況是減速耗時總是比加速耗時長(zhǎng),原因很好理解,運動的能量隻能由驅動(dòng)器完全消耗完,電機才能徹底停下來(lái)。
直線運動場合:功率(lǜ)=力(lì)×速度(單位(wèi):W=N×m/s)
旋轉運動場合:功率=力矩(jǔ)×轉速÷10(單位:W=N.m×rpm)
產品樣機階段務必多(duō)預留一些功率的(de)餘量。功率小了,設(shè)計時電機安裝尺寸就小,如(rú)果需要更換大功率電機(jī)時,由於安(ān)裝空間不夠(gòu),導致(zhì)無法(fǎ)安裝,有時候機械的強度也不(bú)夠。從成本角度看,選大功率電機(jī)額(é)外增加的成本(běn)總是比較小的。
速(sù)度
速度分為工藝速度和電機速度,兩者之間有一一(yī)對應關係,且匹配必須合適。
工藝速度往往是如下表述:每分鍾多少米放料速度;8秒(miǎo)鍾一個(gè)生產周期;1小時生產36000瓶啤酒等等。
電機速度(dù)分為靜態精度和動態精(jīng)度(後續再詳講)
以點膠機為例,完成正方形的點膠,它的邊長100mm,機(jī)械結構X-Y平台,電機+絲杆,絲杆螺距20mm。工藝速度(dù)是要求4秒鍾完成點膠。
4段邊長,每段邊長之間需要0.1s的暫停時間(jiān),則實際用於(yú)點膠的(de)時間:4-0.1×4=3.6s;每段邊用(yòng)於點(diǎn)膠的時間:3.6÷4=0.9s
點膠(jiāo)平均線速度(dù):0.1÷0.9=0.11m/s
電機轉速:0.11÷0.02=5.5rps=333rpm
關於速度(dù),由於國情和(hé)客(kè)戶的瘋狂追求,肯定要(yào)求最快,甚至要求天馬行空的速度。針對此,一定要先了解(jiě)行業已有的速(sù)度,以這個速度為(wéi)基準(zhǔn),凡是超出這(zhè)個基準很多(duō)的指標(biāo)就不具有可行性,屬於一廂情願的自以為是。因為行業現行速度總是由工藝、材(cái)料、整個設備的機械設計共同決定了,強行提高某一個技術指(zhǐ)標,往往其它方麵就會(huì)拖後腿。例如速度提高(gāo)了,整個設備(bèi)運行時產生(shēng)巨大的震動和噪音,設備運行的壽命也縮短了(le)。
舉例說明行業(yè)已有(yǒu)的速度:印刷(shuā)速度範圍是60~100m/min,機床空回速度1m/s,3C行業加工速度是以秒作為計時基準。
精度 精度分為工藝精(jīng)度和電機精度,兩者之間有一(yī)一對應關係,且匹配必須合適。 工藝精度往往(wǎng)是如下表述:切割精度是多少?軌跡精度是多少?同(tóng)步精(jīng)度是多少? 電機精度分為靜態精度和動態精度(dù)(後續再詳講)。 盲目的追求更高精(jīng)度是不智的,花(huā)錢無數,收益卻很少,甚至適(shì)得其反。有時(shí)候精度似乎提高的不多,實現起來成本卻很高,有(yǒu)時候是不可承受的(de)成本,甚至原有整個方案都需要推倒重來。 以多色印刷(shuā)為例,套印(yìn)精度±0.05mm,通過機械換算,可以(yǐ)算出0.05mm對應的電機精度——電機編碼器的精度,即電機旋轉一圈對應編碼器的線數。 關於速(sù)度和精度,兩者一定是矛盾的,速度快(kuài)了精度(dù)就差,速度慢了精度就高,因此需要(yào)兼顧考慮成本/性能(投入/產出),找到兩者的最佳平衡點。解決速度和精度(dù)之間的矛盾時,我們寧可犧(xī)牲速度(dù),也要保證精度,速度不(bú)夠導致的生產效率低下,可以采用多購置設備來解決。 選型除(chú)了理論分析和計算,更為重要的(de)是(shì)必須(xū)積累大(dà)量的現場實際數據,融合貫通(tōng)永遠不能離開實際(jì)應用。活生生的現場比抽象的數據令人印(yìn)象深刻,一次街頭打架比武館練拳三(sān)年更能(néng)行走江湖!
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