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低压伺服电机作为AGV电机使用较广泛的类型之一,除了AGV电机本体,其连接器的选择对系统的稳定性也至关重要。
AGV电机连接器的好与不好,能够直接影响AGV设备的使用,所以想要选择一款好的AGV电机连接器,可以参考以下几个方面:
一、电气性能
连接器的电气性能主要包括:极限电流、接触电阻、绝缘电阻和抗电强度等。如:连接大功率AGV电机时,需留意连接器的极限电流。
二、机械性能
连接器机械性能包括拔插力、机械防呆等。机械防呆对直流系统非常重要,一旦插反,会对电路造成不可逆的损伤!
三、接线方式
接线方式是指连接器的接触对电缆的连接方式。合理选择端接方式和正确使用端接技术,也是使用和选择连接器的一个重要方面。最常见的有焊接、压接。相对于焊接,优质的AGV电机连接器应采用压接的接线方式,能够使连接器产品得到较好的机械强度和电连续性,承受更恶劣的环境条件。也比传统焊接方式更加适用于AGV电机这类移动设备中。
四、环境性能
连接器环境性能主要包括:耐温、耐湿、耐盐雾、振动、冲击等。根据具体的应用环境选择。如应用环境较为潮湿时,对于连接器的耐湿、耐盐雾要求就高,避免连接器的金属触点被锈蚀。所以,选择对应环境性能的AGV电机连接器尤为重要!
五、安装方式与外形
连接器的外形千变万化,用户主要是从直形、弯形、电线或电缆的外径及与外壳的固定要求、体积、重量、是否需连接金属软管等方面加以选择,对在面板上使用的连接器还要从美观、造型、颜色等方面加以选择。
AGV电机种类繁多,应用领域繁多,配套连接器要结合实际的情况来选择。北京和利时电机凭借多年伺服电机研发和使用经验,根据AGV行业需求,综合考虑各种AGV电机的使用细节,配套了各种连接器的电机出线和转接电缆。我们会一如既往,紧跟市场需求,为合作伙伴提供快捷、全方位、多领域的运动控制产品和解决方案,为行业用户创造更大价值!
由北京和利时电机自主研发的伺服电动轮,是外转子低压伺服电机及轮胎一体化设计的产品。伺服电动轮也被称为伺服轮毂电机,是低压伺服电机的变形,具有伺服电机高响应速度,高定位精度的特性,可替代AGV小车中传统的“电机+减速器+轮胎”的结构,不再需要额外的减速器和外轮,结构简单,体积小巧,安装方便。因此,越来越多的AGV驱动系统采用“伺服电动轮(伺服轮毂电机)+从动轮”的方式。除了低压伺服电机的伺服特性为AGV的高精度自主平稳运行保驾护航外,轮胎材质的选择也很重要。
目前和利时电机伺服电动轮使用的轮胎主要有两种材质:橡胶和聚氨酯。那么,橡胶轮胎和聚氨酯轮胎在AGV电机的应用中的优缺点各有哪些?各适用于哪些应用呢?
一、缓冲性能
轮胎的缓冲能力与其材料硬度有关,轮胎越硬,吸收冲击的能力越低,缓冲性能越差。橡胶轮胎胎面较软,缓冲性能较强,而聚氨酯轮胎比较硬,缓冲性能较差。所有橡胶轮胎伺服电动轮的AGV既可以在室内作业,也可以在室外道路行驶,满足多种使用环境。相比之下,聚氨酯轮胎只局限于应用在室内运行的AGV。
二、承载能力
聚氨酯轮胎的承载能力大约是橡胶轮胎的2倍。正是因为这一点,高载重AGV的轮毂伺服电机一般使用聚氨酯轮胎。
三、耐磨性能
橡胶轮胎在行驶过程中,与路面接触发生常规磨损时,通常会从胎面磨掉碎屑、发生磨蚀磨耗、卷曲磨耗等。聚氨酯材料比较坚韧,能够经受得起粗糙路面的磨损,产生碎屑的情况远远好于橡胶轮胎。聚氨酯的使用寿命大概是橡胶的4-5倍,耐磨性也是橡胶的2倍。由此,使用聚氨酯轮胎,可减少更换轮胎次数和由此带来的工时损失。
四、轮胎颜色
聚氨酯制作的轮胎可呈现黄色或红色等多种颜色,因此聚氨酯轮胎可以定制颜色,以符合整机配色设计。我们见到橡胶轮胎多是黑色的,这是因为制作轮胎的橡胶要坚固耐用且兼顾耐磨性能,而这些都是单纯的橡胶所不具备的。为了避免橡胶轮胎在运行过程中出现爆胎、打滑等情况,在制造过程中,需要给轮胎加入一种叫做“炭黑”的物质。正是在橡胶中加入了这种炭黑物质才让橡胶轮胎变成黑色。
五、运行痕迹
聚氨酯材料的基本化学构成决定了聚氨酯轮胎不会在地面留下印迹,即使是色彩鲜艳的轮胎,也不会在地面留下任何着色剂的痕迹。而橡胶轮胎磨损后,作为橡胶配合剂的炭黑会“洒落”在地面上,而地面与轮胎的摩擦也会软化橡胶,使其附着于地面产生运行痕迹。
六、性价比
由于原材料的差异,橡胶轮胎比聚氨酯轮胎便宜25%-50%。聚氨酯轮胎价格虽然比橡胶轮胎高,但其使用寿命比橡胶轮胎高,性价比优势明显。
七、内生热问题
如果说聚氨酯有一个致命的弱点,那就是生热。聚氨酯轮胎无法将内部产生的热量快速传导到外部,其正常工作温度上限一般是80℃-90℃,温度升高后,聚氨酯材料的耐疲劳性和耐屈挠性等动态物理性能明显下降,导致轮胎早期损坏。
综上,聚氨酯轮胎在承载能力、耐磨等性能方面具有明显优势,适用于在室内作业的高负载、节能、工作环境要求洁净无痕、或工作地面湿滑等条件下的AGV。橡胶轮胎则凭借缓冲性能强、附着力大等优势,应用于室内外均可作业的低负载、要求非常稳定运行效果的AGV搬运小车。
伺服电动轮(伺服轮毂电机)对于AGV搬运机器人和各种服务机器人的高精度平稳运行至关重要,北京和利时电机作为伺服电动轮的供应商,会持续关注产品设计和生产工艺,不断提升完善,为搬运机器人、服务机器人行业提供更优化更丰富的选择。
随着AGV的广泛应用,其配套产品也越来越规范。低压电机作为将电能转化为机械能的核心部件,其性能参数直接决定整车的动力性和安全性,在AGV小车中发挥着重要作用。AGV电机主要有4种类型:直流有刷电机、直流无刷电机、直流伺服电机、步进电机。采用的供电电源通常为DC24V、DC36V、DC48V。我们需要根据应用场景要求,选用合适类型的AGV电机。
电机种类 | 优点 | 缺点 | 使用场景 |
直流有刷电机 | 启动快,制动及时,平滑调速范围大,控制电路简单 | 因为电刷和换向器的存在,容易产生火花,特定场合容易产生危险;因为物料摩擦,使用寿命不长,需要后期维护 | 控制简单,对使用寿命没有要求、成本苛刻的场合。 |
直流无刷电机 | 高效率、低能耗、低噪音、超长寿命、高可靠性,免维护 | 控制相对复杂一点,需要专用的控制器,速度精度不高 | 对精度没有要求的场合 |
低压伺服电机 | 效率高、响应快、转动平滑、力矩稳定、运行噪声小,能运行在速度模式和位置模式 | 控制复杂,价格相对高 | 对速度和位置精度要求高的场合 |
步进电机 | 低转速,大扭矩,速度和位置精度高 | 没有过载能力,响应慢 | 对速度和位置精度有一定要求的场合 |
对于AGV电机的选择,用户可以从出法点、侧重点来考虑进而选择合适的电机。如果AGV侧重于实现速度或位置的精准控制,就用低压伺服电机;如果AGV对调速精度要求不高,可以用无刷电机。
和利时电机自主研发的低压伺服电机、低压伺服一体机自推出后便获得了移动机器人厂商的青睐,目前已大批量应用于仓储AGV、物流AGV、各种AMR、堆高机、建筑机器人等各种自主移动设备中。
和利时电机公司依托多年研发伺服电机和伺服驱动器的技术基础,推出的低压伺服电机和低压伺服驱动器备受AGV/AMR用户好评。近两年,应服务机器人行业需求,推出了“小体积、经济型”低压伺服电动轮(也称为低压伺服轮毂)系统,包含二合一低压伺服驱动器DS20230E和8030系列伺服电动轮。
低压伺服驱动器DS20230E采用第三代DSP平台,利用TMU、FPU、FDIV的强大性能,可对伺服电动轮的位置、速度和转矩进行精确控制。在硬件上,该低压伺服驱动器采用了小体积功率器件,精简了输入输出端口,并将控制板、功率板两层PCB板整合为一层,使得驱动器体积大幅度缩小,成本降低。
电机及外轮设计一体化的8030系列伺服电动轮是低压伺服电机的完美变形,具有低压伺服电机高精度、高响应速度等优良特性,不需要减速装置,安装方便,结构简单的设计大幅度提升了小车底盘的空间利用率。除此之外,该低压伺服电动轮低速性能好、可快速制动保障系统安全、静音满足环境噪音要求、省电设计使得整机超长待机可持续工作、内置温度传感器等多重保护机制、载重能力强,两轮差速结构载重可至60Kg。
和利时电机推出低压伺服电动轮和二合一低压伺服驱动器构成的系统,已广泛应用于消毒机器人、送餐机器人、巡检机器人、盘点机器人、引导机器人、小型清洁机器人等对设备体积要求较高的各类服务机器人场合。我们将一如既往,力求持续创新,为AGV/AMR、服务机器人等自主移动行业提供更多低压伺服产品。
步进电机是一种离散运动的装置,它和现代数字控制技术有着本质的联系。在目前国内的数字控制系统中,步进电机的应用十分广泛。随着全数字式交流伺服系统的出现,交流伺服电机也越来越多地应用于数字控制系统中。为了适应数字控制的发展趋势,运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似(脉冲串和方向信号),但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。现就二者的使用性能作一比较。
一、控制精度不同
两相混合式步进电机步距角一般为3.6°、1.8°,五相混合式步进电机步距角一般为0.72°、0.36°。也有一些高性能的步进电机步距角更小,如北京和利时电机技术有限公司(原四通电机)生产的一种用于慢走丝机床的步进电机,其步距角为0.09°;三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°等等,兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。
交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以某进口品牌电机为例,有标准2500线编码器的电机,由于驱动器内部采用了四倍频技术,其脉冲当量为360°/10000=0.036°;而对于带17位编码器的电机而言,驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈,即其脉冲当量为360°/131072=9.89秒。是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。
二、低频特性不同
步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关,一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时,一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象,比如在电机上加阻尼器,或驱动器上采用细分技术等。
交流伺服电机运转非常平稳,即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能,可涵盖机械的刚性不足,并且系统内部具有频率解析机能(FFT),可检测出机械的共振点,便于系统调整。
三、矩频特性不同
步进电机的输出力矩随转速升高而下降,且在较高转速时会急剧下降,所以其最高工作转速一般在300~600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出,即在其额定转速(一般为2000RPM或3000RPM)以内,都能输出额定转矩,在额定转速以上为恒功率输出。
四、过载能力不同
步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以森创交流伺服系统为例,它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的三倍,可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力,在选型时为了克服这种惯性力矩,往往需要选取较大转矩的电机,而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩,便出现了力矩浪费的现象。
五、运行性能不同
步进电机的控制为开环控制,启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象,停止时转速过高易出现过冲的现象,所以为保证其控制精度,应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制,驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样,内部构成位置环和速度环,一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象,控制性能更为可靠。
六、速度响应性能不同
步进电机从静止加速到工作转速(一般为每分钟几百转)需要200~400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好,以某品牌400W交流伺服电机为例,从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒,可用于要求快速启停的控制场合。
综上所述,交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以,在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素,选用适当的控制电机。
在减速机家族中,行星减速机以其体积小(与电机直径基本同),传动效率高(85~90%),减速范围广(1:3~100),精度高(回差小)等诸多优点,而被广泛应用于伺服、步进、直流无刷等控制电机(后称驱动电机)的传动系统中。在保证精密传动的前提下,可以降低转速﹑增大扭矩和降低负载与驱动电机的转动惯量比。但在实际使用中经常会出现因安装不当导致的故障,减速机和驱动电机断轴就是主要故障类型之一。对断轴机理的分析有利于广大客户了解如何正确安装行星减速机,更好地发挥行星减速机的作用。
一、 不同心出现的断轴问题
有的用户在设备运行一段时间后,驱动电机的输出轴断了。为什么驱动电机的输出轴会扭断?当我们仔细观查驱动电机折断的输出轴横断面,会发现横断面的外圈较明亮,而越向轴心处断面颜色越暗,最后到轴心处是折断的痕迹(点状痕)。这一现象大多是驱动电机与减速机装配时两者的不同心所致。
当驱动电机和减速机间装配同心度保证得较好时,驱动电机输出轴所承受的仅仅是转动力(扭矩),运转时也会很平顺,没有脉动感。而在不同心时,驱动电机输出轴还要承受来自于减速机输入端的径向力(弯矩)。这个径向力的作用将会使驱动电机输出轴被迫弯曲,而且弯曲的方向会随着输出轴转动不断变化。如果同心度的误差较大时,该径向力使电机输出轴局部温度升高,其金属结构不断被破坏,最终将导致驱动电机输出轴因局部疲劳而折断。两者同心度的误差越大时,驱动电机输出轴折断的时间越短。在驱动电机输出轴折断的同时,减速机输入端同样也会承受来自于驱动电机输出轴方面的径向力,如果这个径向力超出减速机输入端所能承受的最大径向负荷的话,其结果也将导致减速机输入端产生变形甚至断裂或输入端支撑轴承损坏。因此,在装配时保证同心度至关重要!
从装配工艺上分析,如果驱动电机轴和减速机输入端同心,那么驱动电机轴面和减速机输入端孔面间就会很吻合,它们的接触面紧紧相贴,没有径向力和变形空间。而装配时如果不同心,那么接触面之间就会不吻合或有间隙,就有径向力并给变形提供了空间。
同样,减速机的输出轴也有折断或弯曲现象发生,其原因与驱动电机的断轴原因相同。但减速机的出力是驱动电机出力和减速比之积,相对于电机来讲出力更大,故减速机输出轴更易被折断。因此,用户在使用减速机时,对其输出端装配时同心度的保证更应十分注意!
二、减速机出力太小出现的断轴问题
如果不是驱动电机轴断,而是减速机的输出轴折断,除了减速机输出端装配同心度不好的原因以外,还会有以下几点可能的原因。
首先,错误的选型致使所配减速机出力不够。有些用户在选型时,误认为只要所选减速机的额定输出扭矩满足工作要求就可以了,其实不然。一是所配驱动电机额定输出扭矩乘上速比,得到的数值原则上要小于减速机产品样本提供的相应额定输出扭矩;二是同时还要考虑其驱动电机的过载能力及实际应用中所需最大工作扭矩。理论上,用户所需最大工作扭矩一定要小于减速机额定输出扭矩的 2 倍。尤其是有些应用场合必须严格遵守这一准则,这不仅是对减速机内部齿轮和轴系的保护,更主要的是避免减速机的输出轴被扭断。如果没有考虑到这些因素,一旦设备安装有问题,减速机的输出轴被负载卡住,这时驱动电机的过载能力依然会使其不断加大出力,直到减速机的输出轴所承受的力超过其最大输出扭矩,轴就会扭断。如果减速机额定输出扭矩有一定的裕量,那么扭断输出轴的槽糕情况就会避免。
其次,在加速和减速的过程中,减速机输出轴所承受瞬间的冲击扭矩如果超过了其额定输出扭矩的 2 倍,并且这种加速和减速又过于频繁,那么最终也会使减速机断轴。如果有这种情况出现,应仔细计算考虑加大扭矩裕量。
三、减速机的正确安装
正确的安装、使用和维护减速机,是保证机械设备正常运行的重要环节。因此,在您安装行星减速机时,请务必严格按照下面的安装顺序,认真地装配。
第一步:安装前应确认电机和减速机是否完好无损,并且严格检查驱动电机与减速机相连接的各部位尺寸是否匹配。这里指的是驱动电机法兰的定位凸台和轴径与减速机法兰的定位凹槽和孔径间的尺寸及配合公差;擦拭处理配合表面的污物与毛刺。
第二步:旋下减速机法兰侧面的工艺孔上的螺堵,旋动减速机的输入端,使抱紧内六角螺钉帽与工艺孔对齐,插入内六角工具旋松抱紧内六角螺钉。
第三步:手持驱动电机,使其轴上之键槽与减速机输入端孔抱紧螺钉垂直,将驱动电机轴插入减速机输入端孔。插入时必须保证两者同心度一致和二侧法兰平行。如同心度不一致或二侧法兰不平行必须查明原因。另外,在安装时,严禁用锤击,即可以防止锤击的轴向力或径向力过大损坏两者轴承,又可以通过装配手感来判断两者配合是否合适。判断两者配合同心度和法兰平行的方法为:两者相互插入后,两者法兰基本贴紧,缝隙一致。
第四步:为保证两者法兰连接受力均匀,先将驱动电机紧固螺钉任意旋上,但不要旋紧;然后按对角位置逐渐旋紧四个紧固螺钉;最后旋紧减速机输入端孔抱紧螺钉。一定要先旋紧驱动电机紧固螺钉后再旋紧减速机输入端孔抱紧螺钉。
注意:减速机与机械设备间的正确安装类同于减速机与驱动电机间的正确安装。关键是要必须保证减速机输出轴与所驱动部分输入轴同心度的一致。
四、结论
随着控制电机应用的不断深入发展,行星减速机在运动控制传动领域中的应用也会越来越多。希望您在使用之前确保正确的安装行星减速机,为您的设备带来运行的可靠与安全上的保障!