電動缸原理三維動畫（電動缸入門知識普及）
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直線式電動缸集成了伺服電機、伺服驅(qū)動器、高精度滾珠絲杠或行星滾珠絲杠、模塊設(shè)計等技術(shù)，整個電動缸結(jié)構(gòu)緊湊。其主要功能是通過PC機或HMI輸入控制命令信號傳遞給運動控制卡或運動控制器，然后通過設(shè)定運動命令、插入算法、路徑規(guī)劃等向伺服驅(qū)動器傳遞命令，伺服驅(qū)動器通過命令驅(qū)動伺服電機運行，通過減速器、轉(zhuǎn)換齒輪傳動或同步帶機構(gòu)驅(qū)動滾珠絲杠副旋轉(zhuǎn)的絲杠螺母徑向限制位置，在絲杠旋轉(zhuǎn)力的驅(qū)動下與推桿一起進行往復(fù)直線運動，在絲杠端安裝多圈絕對值編碼器作為位置反饋裝置，也可以將伺服電機自帶編碼器作為位置反饋，實時反饋推桿位置
隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，伺服電氣缸系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于許多設(shè)備工業(yè)。伺服電動缸是將伺服電機與絲杠一體化設(shè)計的模塊化產(chǎn)品，具有高速響應(yīng)、定位準確、運行平穩(wěn)等特點。常見類型有直流伺服電動缸、交流伺服電動缸、步進伺服電動缸等。
伺服電氣缸主要應(yīng)用于實驗設(shè)備、專用設(shè)備、軍事設(shè)備等領(lǐng)域，以及其他可以代替液壓、氣動的場所，是液壓、氣動設(shè)備的升級產(chǎn)品，如全電動多自由度平臺等
實驗設(shè)備:高頻振動臺、高頻沖擊臺、模擬平臺、試驗臺、造波機
專用設(shè)備:工業(yè)自動化生產(chǎn)線、裝配線、坐標機械用、升降臺、偏差控制、閥門控制、機械設(shè)備、咖喱力、食品醫(yī)藥行業(yè)、數(shù)控機床、行業(yè)包裝機、汽車電子壓力機、紡織設(shè)備卷繞機分度、模具位置控制、夾緊、鉆孔、定位、自動調(diào)節(jié)控制等
軍事裝備:雷達支撐架、發(fā)射平臺升降機構(gòu)、導(dǎo)彈升降機構(gòu)、艙門打開缸、火炮俯仰驅(qū)動裝置、車體電動調(diào)平機構(gòu)、導(dǎo)彈殼翻轉(zhuǎn)機構(gòu)、掃雷機械臂、六自由度搖擺機構(gòu)、履帶調(diào)節(jié)機構(gòu)、抓彈機構(gòu)、方艙擴展機構(gòu)等特殊設(shè)備。
1.什么是電動氣缸？
什么是電動氣缸？(來源于百度百科解釋)電動缸是將伺服電機和絲杠一體化設(shè)計的模塊化產(chǎn)品，將伺服電機的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，同時將伺服電機的最佳優(yōu)點-正確的旋轉(zhuǎn)速度控制、正確的旋轉(zhuǎn)數(shù)控制、正確的扭矩控制轉(zhuǎn)換為正確的速度控制、正確的位置控制、正確的力控制
二.伺服電氣缸的分類。
伺服電動氣缸從外形結(jié)構(gòu)可分為直線式、平行式兩種。
1.直線電動氣缸。
直線式電動缸集成了伺服電機、伺服驅(qū)動器、高精度滾珠絲杠或行星滾珠絲杠、模塊設(shè)計等技術(shù)，整個電動缸結(jié)構(gòu)緊湊。伺服電機與電動缸的傳動絲桿通過聯(lián)軸器連接，使伺服電機的編碼器直接反饋電動缸的活塞桿位移量，減少了中間環(huán)節(jié)的慣性和間隙，提高了控制性能和控制精度。伺服電機與整個電動缸連接，安裝方便，設(shè)置方便。電動缸的主要部件均采用國內(nèi)外優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，性能穩(wěn)定，故障率低，可靠性高。
2.平行電動氣缸。
平行式電動氣缸的馬達與氣缸體部分平行安裝，通過同步帶和同步帶輪與電動氣缸的傳動線桿連接，除了具有直線式電動氣缸的特征外，由于總長度，適合安裝位置小的情況。同時平行式電動缸選用的同步帶具有強度高、間隙小、使用壽命長等特點。使整個電動缸具有較高的可控性和可控精度。
三.電動氣缸的主要特點。
電動氣缸因其獨特的性能特征，在許多工業(yè)場所逐漸普及，作為新的機電一體化產(chǎn)品，其優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下幾個方面。
1.節(jié)能清潔，壽命長，操作維護簡單，環(huán)境適應(yīng)能力強。伺服電動缸不易受周圍環(huán)境溫度的影響，在低、高溫、雨雪等惡劣環(huán)境下無故障正常工作。防護等級可達IP66。密封件防止缸外污染和水污染，防止內(nèi)部潤滑劑泄漏，長期工作，實現(xiàn)高強度、高速度、高精度定位、運動穩(wěn)定、低噪音。
2.傳動效率高。采用精密滾珠絲桿或行星滾珠絲桿等精密傳動元件的電動缸，省去了很多復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)，其傳動效率大大提高。這些類型的電氣缸傳動效率可達90%以上。
3.定位精度高。采用滾珠絲桿伺服電氣缸，可通過伺服控制實現(xiàn)0.01mm左右的精確定位，具有較高的定位精度，適用于對精度的要求較高。
在某種情況下。電動缸在半閉環(huán)時可以達到相當(dāng)高的定位精度，但液壓缸和缸必須采用全閉環(huán)控制系統(tǒng)來達到相同的定位精度。
4.結(jié)構(gòu)簡單，占用空間小，維護方便。電動氣缸主要由馬達和螺桿機構(gòu)組成，機構(gòu)簡單，體積小，不占有太大的工作空間。其結(jié)構(gòu)簡單，故障發(fā)生時容易找到故障原因，平時的維護也非常方便。
5.可靠性和安全性高。電動氣缸可配備先進的傳感器系統(tǒng)和各種行程控制裝置，檢測和反饋電動氣缸的工作狀態(tài)，防止事故發(fā)生。
6.運行穩(wěn)定，壽命長。當(dāng)電動缸采用滾珠絲杠或行星滾珠絲杠時，傳動部位的摩擦?xí)蟠鬁p小，有利于減少材料磨損，提高運行穩(wěn)定性，延長使用壽命。
7.響應(yīng)快，直線工作速度可在寬速度范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，低速運行穩(wěn)定。液壓油缸的工作速度一般只能達到35mm/s，而普通電動油缸的工作速度一般可以達到55mm/s。采用行星滾筒絲杠的電動缸速度可達2000mm/s，速度優(yōu)勢明顯。另外，液壓缸在低速負荷下容易發(fā)生爬行現(xiàn)象，電動缸沒有這個缺點。
8.控制準確，同步性好。在需要多驅(qū)動同步的情況下，使用液壓缸或氣缸很難達到高精度的同步，因為使多個獨立的液壓缸或氣缸的控制回路頻率特性一致。
這是一件非常困難的事情。但是，使用多個電氣缸容易同步。因為電氣系統(tǒng)的頻率特性容易一致。
9.電動缸也可以替代一些液壓缸和氣缸。能夠?qū)崿F(xiàn)直線傳動的元器件主要有電動缸、液壓缸、缸三者的主要區(qū)別如下表所示。通過對比可以看出，電動氣缸比液壓氣缸和氣缸結(jié)構(gòu)簡單，受溫度波動的影響小。
它可以替代液壓油缸和氣缸，從而帶來比傳統(tǒng)技術(shù)更大的優(yōu)勢，它具有液壓和氣缸流行的多種獨特設(shè)計，更干凈、更簡單、能效更高的動力傳輸能力，同時執(zhí)行器也可以更簡單地集成到可編程控制系統(tǒng)中，因此精度更高，噪音更少。
4.電動氣缸的工作原理。
電氣缸的工作原理是以電力為直接動力源，采用AC伺服馬達、步進伺服馬達、直流伺服馬達等各種類型的馬達驅(qū)動不同形式的螺桿(或螺母)旋轉(zhuǎn)，通過部件之間的螺旋運動轉(zhuǎn)化為螺母(或螺母)的直線運動，螺母(或螺母)驅(qū)動缸筒傳統(tǒng)的電氣缸一般由電機驅(qū)動線桿旋轉(zhuǎn)，通過部件之間的螺旋運動轉(zhuǎn)化為螺母的直線運動。近年來，新興的螺母逆轉(zhuǎn)型電動氣缸(例如整體行星滾筒螺桿電動氣缸)采用相反的驅(qū)動方式，驅(qū)動螺母旋轉(zhuǎn)，通過部件之間的螺旋運動轉(zhuǎn)化為螺桿的直線運動。
4.1.運動轉(zhuǎn)換機構(gòu)。
電動氣缸主要由螺桿傳動機構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動。螺桿傳動主要有螺桿傳動、滾珠螺桿傳動和行星滾柱螺桿傳動等。普通螺桿機構(gòu)由于傳動摩擦阻力大、傳動效率低等缺點被淘汰，目前常用的是滾珠螺桿傳動和行星滾柱螺桿傳動等。
滾珠絲桿是目前電動缸最常用的傳動元件之一，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換為軸向反復(fù)作用力，同時兼具高精度、可逆性和高效率的特點。很多滾珠在滾珠絲杠副的絲杠軸和絲杠螺母之間進行滾動運動，因此采用滾珠絲杠的電動缸可以獲得很高的運動效率。
4.2.減速機構(gòu)。
電動缸減速機構(gòu)可選用同步帶、行星齒輪減速機和諧波齒輪減速機等。
同步帶的傳動由內(nèi)周表面設(shè)置等間距齒形的環(huán)形帶和適當(dāng)?shù)妮喗M成。它綜合了帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動的優(yōu)勢。同步帶傳動多用于折返式電動缸。同步帶傳動具有傳動準確、傳動比恒定、傳動平穩(wěn)等優(yōu)點。一些電動缸在減速裝置的選擇上采用行星齒輪減速機構(gòu)。行星齒輪傳動是將一個或多個行星輪的軸線繞中心輪的固定軸線旋轉(zhuǎn)的齒輪傳動。行星齒輪傳動具有體積小、質(zhì)量輕、承載能力高等優(yōu)點。諧波齒輪減速機也是電動缸常用的減速裝置之一。諧波傳動是通過中間柔性部件的彈性變形實現(xiàn)運動和動力傳動的裝置的總稱。諧波齒輪傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、承載能力大、傳動比范圍大、運動精度高、齒面磨損小、均勻等優(yōu)點。
4.3.控制系統(tǒng)。
伺服電動氣缸的核心部件是伺服電機，電動氣缸系統(tǒng)利用伺服電機的閉環(huán)控制特性，伺服電機驅(qū)動器本身也具有位移、速度、扭矩等多種控制模式，但為了控制戰(zhàn)略的自由性和多樣性，實現(xiàn)位移、速度、加速度曲線質(zhì)量的優(yōu)化，利用PC機、運動控制器或PLC、執(zhí)行和輔助單元建立開放式控制系統(tǒng)，采用閉環(huán)控制進一步提高控制質(zhì)量。該技術(shù)與計算機控制技術(shù)相結(jié)合，可實現(xiàn)伺服電動缸推桿位移、速度、推力、加速度高精度動態(tài)閉環(huán)控制，為伺服電動缸控制提供技術(shù)基礎(chǔ)。利用現(xiàn)代運動控制技術(shù)、數(shù)控技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實現(xiàn)程序化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化控制。
電動缸主要由伺服電機、電動缸體、傳動裝置和位置反饋裝置等組成。其主要功能是通過PC機或HMI輸入控制命令信號傳遞給運動控制卡或運動控制器，然后通過設(shè)定運動命令、插入算法、路徑規(guī)劃等向伺服驅(qū)動器傳遞命令，伺服驅(qū)動器通過命令驅(qū)動伺服電機運行，通過減速器、轉(zhuǎn)換齒輪傳動或同步帶機構(gòu)驅(qū)動滾珠絲杠副旋轉(zhuǎn)的絲杠螺母徑向限制位置，在絲杠旋轉(zhuǎn)力的驅(qū)動下與推桿一起進行往復(fù)直線運動，在絲杠端安裝多圈絕對值編碼器作為位置反饋裝置，也可以將伺服電機自帶編碼器作為位置反饋，實時反饋推桿位置。另外，實時讀取電氣缸上的編碼器反饋值，獲得電氣缸的實際位置，上傳到PC和HMI顯示監(jiān)視。具有手動功能、應(yīng)急裝置、鎖定功能、極限、報警功能。
伺服控制主要解決位置控制問題，要求系統(tǒng)對位置指令有準確的跟蹤能力。在伺服系統(tǒng)中，位置指令是隨機變量，系統(tǒng)必須具有良好的跟蹤性能，正確跟蹤定位的變化，確保電動缸推桿正確跟蹤指令。
因此，利用伺服電機的反饋信號，在驅(qū)動器外部和運動控制器之間構(gòu)造數(shù)字閉環(huán)，在控制器中采用PID算法和先進補償方法，實現(xiàn)了人工快速調(diào)節(jié)PID參數(shù)，進一步提高了伺服跟蹤精度。在復(fù)雜的指令下，伺服電動缸推桿的相位延遲和幅度誤差得到了明顯改善，對預(yù)設(shè)伺服運行軌跡的環(huán)境具有參考價值。
5.電動氣缸的發(fā)展趨勢。
電動氣缸的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，電動氣缸的市場也越來越大。隨著工廠自動化的要求逐漸提高，越來越多的公司投入電氣缸的研發(fā)。未來電氣缸的發(fā)展趨勢主要集中在以下幾點
1.高精度。目前采用滾珠絲杠傳動的伺服電動缸，通過伺服控制可實現(xiàn)0.01mm左右的精準定位。但是，很多精密設(shè)備要求直線傳動系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)0.001mm的精密定位，但是現(xiàn)在的電氣缸還沒有達到這個精度。因此，通過發(fā)展伺服控制技術(shù)，探討新的傳動形式，電氣缸具有更高的精度，滿足高精度設(shè)備。
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