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交流伺服电机振动故障的分析与解决方案

2017-03-13 三菱解决方案

一、交流伺服系统概述

交流伺服系统包括:伺服驱动器、伺服电机和一个反馈传感器(一般伺服电机自带光电编码器)。所有这些部件都在一个控制闭环系统中运行;驱动器从外部接收参数信息,然后将一定电流输送给电机,通过电机转换成扭矩带动负载,负载根据自己的特性进行动作或加减速,传感器测量负载的位置,使驱动装置对设定信息值和实际位置值进行比较,然后通过改变电机电流使实际位置值和设定信息值保持一致,当负载突然变化引起速度变化时,编码器获知这种速度变化后会马上反应给伺服驱动器,驱动器又通过改变提供给伺服电机的电流值来满足负载的变化,并重新返回到设定的速度。

交流伺服系统是一个响应非常高的全闭环系统,负载波动和速度矫正之间的时间滞后响应是非常快的。

 

二、交流伺服电机振动故障分析

以下对交流伺服电机振动故障的分析主要从机械方面和电气方面进行。

 

1. 机械方面

(1)电机两端和丝杠轴承座上的轴承磨损后间隙过大,或者轴承缺少润滑脂后轴承滚动体和保持架磨损严重造成负载过重。轴承磨损后间隙过大会造成电机转子中心和丝杠中心存在同轴度误差,使机械系统产生抖动。轴承滚动体和保持架磨损严重会造成摩擦力增加导致“堵转”,“堵转”在不至于导致“过载报警”的情况下,由于负载过重,会增加伺服系统的响应时间产生振动;

(2)电机转子不平衡,电机转子的动平衡制造时有缺陷或使用后变差,就会产生形如“振动电机”一样的振动源;

(3)转轴弯曲,转轴弯曲的情况类似于转子不平衡,除了会产生振动源也会产生电机转子中心和丝杠中心的同轴度误差,使机械传动系统产生抖动;

(4)联轴器制造缺陷或使用后磨损会造成联轴器两部分的同轴度误差,特别是使用铸造的刚性联轴器,由于本身的制造精度差,更容易产生同轴度误差导致振动;

(5)导轨的平行度在制造时较差会导致伺服系统无法到达指定位置到无法停留在指定位置,这时伺服电机会不停的在努力寻找位置和系统反馈间徘徊,使电机连续的振动;

(6)丝杠与导轨平面的平行度误差,丝杠在安装过程中与导轨所在平面有平行度误差也会使电机由于负载不均匀产生振动;

(7)丝杠弯曲,丝杠弯曲后丝杠除了受到轴向推力外还会受到变化的径向力,弯曲大时径向力大,弯曲小时径向力小,同样这种不应该存在的径向力也会使机械传动系统产生振动。
 

2. 电气方面

导致交流伺服电机电气方面的原因主要是伺服驱动器的参数调整上。

(1)负载惯量,负载惯量的设置一般与负载的大小有关,过大的负载惯量参数会使系统产生振动,一般的交流伺服电机可以自动测量系统的负载惯量;

(2)速度比例增益,设置值越大,增益越高,系统刚度越大,参数值根据具体的伺服驱动器型号和负载情况确定,一般情况下,负载惯量越大,设定值越大,在系统不产生振动的情况下,设定值尽量较大,但是增益越大,偏差越小,越容易产生振动;

(3)速度积分常数,一般情况下负载惯量越大,设定值越大,系统不产生振动的情况下,设定值尽量较小,但是降低积分增益会使机床响应迟缓,刚性变差;

(4)位置比例增益,设置值越大,增益越高,刚度越大,相同频率指令脉冲条件下,位置滞后量越小,数值太大可能会引起电机振动;

(5)加速度反馈增益,电机不转时,很小的偏移会被速度环的比例增益放大,速度反馈产生相应的转矩,使电机来回抖动。