一、什么是電動(dòng)缸?(摘自百度百科解讀)電動(dòng)缸是集伺服電機(jī)和線棒為一體的模塊化產(chǎn)品。它將伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)將伺服電機(jī)的最佳優(yōu)點(diǎn)轉(zhuǎn)化為精確速度控制、精確旋轉(zhuǎn)控制、精確轉(zhuǎn)矩控制轉(zhuǎn)化為精確速度控制、精確位置控制、精確力控制;全新革命性產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)高精度直線運(yùn)動(dòng)系列。

　　二、伺服電動(dòng)缸的分類

　　伺服電動(dòng)缸從外部結(jié)構(gòu)上可分為直線型和平行型兩種。

　　1。直線電動(dòng)缸

　　直線電機(jī)氣缸集伺服電機(jī)、伺服驅(qū)動(dòng)、高精度滾珠絲杠或行星絲杠、模塊設(shè)計(jì)等技術(shù)于一體。整個(gè)電動(dòng)缸結(jié)構(gòu)緊湊。伺服電機(jī)與氣缸的傳動(dòng)桿通過(guò)聯(lián)軸器連接，使伺服電機(jī)的編碼器直接反饋氣缸活塞桿的位移，減小中間環(huán)節(jié)的慣性和間隙，提高控制性能和控制精度。伺服電機(jī)與電動(dòng)缸整體連接。安裝簡(jiǎn)單，設(shè)置簡(jiǎn)單。電動(dòng)缸主要部件采用國(guó)內(nèi)外優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品制造。性能穩(wěn)定，故障率低，可靠性高。

　　2。并聯(lián)電動(dòng)缸

　　并聯(lián)電動(dòng)缸的電機(jī)與缸部并聯(lián)安裝。同步帶和同步帶輪連接在氣缸的傳動(dòng)桿上。除了直線電動(dòng)缸的特點(diǎn)外，由于總長(zhǎng)度較短，安裝位置相對(duì)較小。這個(gè)場(chǎng)合比較合適。同時(shí)，采用并聯(lián)電缸選擇的同步帶具有強(qiáng)度高、間隙小、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。整個(gè)電動(dòng)缸具有較高的控制和控制精度。

　　三、電動(dòng)缸的主要特點(diǎn)

　　由于其獨(dú)特的性能特點(diǎn)，電動(dòng)缸在許多工業(yè)場(chǎng)合得到了逐步推廣和應(yīng)用。作為一種新型機(jī)電一體化產(chǎn)品，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

　　1。節(jié)能、清潔、壽命長(zhǎng)、操作維護(hù)簡(jiǎn)單，具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)能力。伺服電動(dòng)缸不易受環(huán)境溫度的影響，在低溫、高溫、雨雪等惡劣環(huán)境下能正常工作，無(wú)故障。防護(hù)等級(jí)達(dá)到IP66。密封件防止污染外缸污垢和水，防止內(nèi)潤(rùn)滑油泄漏，長(zhǎng)期工作，并達(dá)到高強(qiáng)度、高速度、高精度定位、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、低噪音的目的。

　　2。傳輸效率高。采用精密滾珠絲杠或行星滾珠絲杠等精密傳動(dòng)元件的電動(dòng)缸，消除了許多復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，其傳動(dòng)效率得到了很大的提高。這些類型的電動(dòng)缸傳動(dòng)效率可達(dá)到90以上。

　　3。定位精度高。滾珠絲杠伺服電動(dòng)缸通過(guò)伺服控制，可實(shí)現(xiàn)0.01mm的精確定位，定位精度高，適用于精度要求高的場(chǎng)合。

　　場(chǎng)合。在半閉環(huán)系統(tǒng)中，電動(dòng)缸可以達(dá)到很高的定位精度，而液壓缸和液壓缸必須采用全閉環(huán)控制系統(tǒng)才能達(dá)到同樣的定位精度。

　　4。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，空間小，維修方便。電動(dòng)缸主要由電機(jī)和螺母螺桿機(jī)構(gòu)組成。機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單小巧，不占用太多工作空間。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在發(fā)生故障時(shí)很容易找到故障原因，平時(shí)的維修也很方便。

　　5。高可靠性和安全性。電動(dòng)缸可配備先進(jìn)的傳感器系統(tǒng)和各種行程控制裝置，檢測(cè)和反饋電動(dòng)缸的工作狀態(tài)，防止事故發(fā)生。

　　6。運(yùn)行穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)。電動(dòng)缸采用滾珠絲杠或行星滾子絲杠時(shí)，傳動(dòng)部分的摩擦?xí)蟠鬁p小，有利于減少材料磨損，提高運(yùn)行穩(wěn)定性，延長(zhǎng)使用壽命。

　　7。響應(yīng)速度快，直線運(yùn)行速度可調(diào)范圍廣，低速運(yùn)行穩(wěn)定。液壓缸的工作速度一般只能達(dá)到35mm/s，而普通電動(dòng)缸的工作速度一般可以達(dá)到55mm/s，采用行星滾子螺桿的電動(dòng)缸速度甚至可以達(dá)到2000mm/s，速度優(yōu)勢(shì)非常明顯。此外，液壓缸容易低速爬行，電動(dòng)缸也不具備這一缺點(diǎn)。

　　8?？刂茰?zhǔn)確，同步性好。當(dāng)需要多驅(qū)動(dòng)同步時(shí)，由于多個(gè)獨(dú)立液壓缸或多個(gè)獨(dú)立液壓缸的控制回路頻率特性是一致的，很難用液壓缸或液壓缸實(shí)現(xiàn)高精度同步。

　　這是一件非常困難的事。然而，由于電力系統(tǒng)的頻率特性相對(duì)容易達(dá)到一致性，因此使用多個(gè)電缸很容易實(shí)現(xiàn)同步。

　　9。電動(dòng)缸也可以代替一些液壓缸和氣動(dòng)缸。實(shí)現(xiàn)直線傳動(dòng)的主要部件包括電動(dòng)缸、液壓缸和液壓缸。主要差異如下表所示。通過(guò)對(duì)比可以看出，電動(dòng)缸比液壓缸和油缸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，受溫度波動(dòng)的影響較小。

　　它可以代替液壓缸和氣壓缸，因而比傳統(tǒng)技術(shù)具有更大的優(yōu)勢(shì)。它有許多獨(dú)特的設(shè)計(jì)，使液壓和氣壓缸變得流行，以及更清潔、更簡(jiǎn)單和更節(jié)能的動(dòng)力傳輸能力。同時(shí)，執(zhí)行器還可以更容易地集成到可編程控制系統(tǒng)中，因此精度更高，噪聲更小。

　　四、電動(dòng)缸工作原理

　　電動(dòng)缸的工作原理是用電作為直接動(dòng)力源，用各種電機(jī)(如交流伺服電機(jī)、步進(jìn)伺服電機(jī)、直流伺服電機(jī))驅(qū)動(dòng)不同形式的螺桿(或螺母)旋轉(zhuǎn)。并通過(guò)構(gòu)件之間的螺旋運(yùn)動(dòng)變成螺母(或絲桿)的直線運(yùn)動(dòng)，然后由螺母(或絲桿)帶動(dòng)氣缸或負(fù)載做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。傳統(tǒng)的電動(dòng)缸一般采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn)，通過(guò)構(gòu)件間的螺旋運(yùn)動(dòng)將其轉(zhuǎn)化為螺母的直線運(yùn)動(dòng)。近年來(lái)，出現(xiàn)的“螺母反向過(guò)渡”電動(dòng)缸(如整體式行星滾子螺桿電動(dòng)缸)采用的是相反的驅(qū)動(dòng)方式，即通過(guò)部件之間的螺旋運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)螺母旋轉(zhuǎn)，并將其轉(zhuǎn)化為線棒的直線運(yùn)動(dòng)。

　　4.1。運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)

　　電動(dòng)缸主要采用螺桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)。絲杠傳動(dòng)主要包括螺母絲杠傳動(dòng)、滾珠絲杠傳動(dòng)和行星滾子絲杠傳動(dòng)。普通螺桿機(jī)構(gòu)由于摩擦阻力大、傳動(dòng)效率低等缺點(diǎn)逐漸被淘汰。目前，滾珠絲杠傳動(dòng)和行星滾子絲杠傳動(dòng)普遍采用。

　　滾珠絲杠副是電動(dòng)缸中最常用的傳動(dòng)部件之一。其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)⑥D(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換成軸向重復(fù)力，具有高精度、可逆性和高效率。特色。由于滾珠絲杠的螺桿軸和螺桿螺母之間有許多滾珠滾動(dòng)，因此使用滾珠絲杠的電動(dòng)缸可以獲得更高的運(yùn)動(dòng)效率。

　　4.2。減速機(jī)構(gòu)

　　電動(dòng)缸減速機(jī)構(gòu)可選用同步帶、行星齒輪減速器和諧波齒輪減速器。

　　同步帶傳動(dòng)由內(nèi)周長(zhǎng)面等間距齒圈和相應(yīng)重合輪組成。它結(jié)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)主要用于再入電動(dòng)缸。同步帶傳動(dòng)具有傳動(dòng)精度高、傳動(dòng)比恒定、傳動(dòng)平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)。有些電動(dòng)缸在減速裝置的選擇上采用行星齒輪減速機(jī)構(gòu)。行星齒輪變速器是一個(gè)或多個(gè)行星輪的軸線圍繞中心輪的固定軸旋轉(zhuǎn)的齒輪傳動(dòng)裝置。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常用的電動(dòng)缸減速裝置之一。所謂諧波傳動(dòng)，是指通過(guò)中間柔性構(gòu)件的彈性變形實(shí)現(xiàn)傳遞的一種裝置。諧波齒輪傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、承載能力大、傳動(dòng)比大、運(yùn)動(dòng)精度高、齒面磨損小而均勻等優(yōu)點(diǎn)。

　　4.3?？刂葡到y(tǒng)

　　伺服電動(dòng)缸的核心部件是伺服電機(jī)。電動(dòng)缸系統(tǒng)采用伺服電機(jī)的閉環(huán)控制特性。伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)本身也有各種控制模式，如位移、速度和扭矩。然而，為了控制策略的自由度和多樣性，以實(shí)現(xiàn)位移、速度和加速度曲線質(zhì)量的優(yōu)化，利用PC、運(yùn)動(dòng)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(jìn)一步提高了控制品質(zhì)。該技術(shù)與計(jì)算機(jī)控制技術(shù)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)伺服油缸推桿位移、速度、推力、加速度的高精度動(dòng)態(tài)閉環(huán)控制，為伺服油缸控制提供了技術(shù)依據(jù)。運(yùn)用現(xiàn)代運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)、數(shù)控技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)程序化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化控制。

　　電動(dòng)缸主要由伺服電機(jī)、電動(dòng)缸體、傳動(dòng)裝置和位置反饋裝置組成。其主要功能是利用PC機(jī)或HMI輸入控制命令信號(hào)到運(yùn)動(dòng)控制卡或運(yùn)動(dòng)控制器，然后通過(guò)設(shè)置運(yùn)動(dòng)指令、插值算法、路徑規(guī)劃等向伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)送指令。伺服驅(qū)動(dòng)器根據(jù)指令驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)。通過(guò)減速器、變速齒輪傳動(dòng)或同步帶機(jī)構(gòu)帶動(dòng)滾珠絲杠副旋轉(zhuǎn);線桿螺母的徑向極限由線桿的旋轉(zhuǎn)力帶動(dòng)，與推桿作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)。在線棒端部安裝多圈絕對(duì)值編碼器作為位置反饋裝置，也可使用伺服電機(jī)。編碼器作為位置反饋和推桿位置的實(shí)時(shí)反饋。實(shí)時(shí)讀取氣缸上的編碼器反饋值，得到氣缸的實(shí)際位置，上傳到PC機(jī)或HMI進(jìn)行顯示監(jiān)控。具有手動(dòng)功能、應(yīng)急設(shè)備、鎖定功能、限位、報(bào)警功能。

　　伺服控制主要解決位置控制問(wèn)題，要求系統(tǒng)具有精確跟蹤位置指令的能力。對(duì)于伺服系統(tǒng)，位置指令是一個(gè)隨機(jī)變量。該系統(tǒng)必須具有良好的跟蹤性能，才能準(zhǔn)確跟蹤給定位置的變化，確保電動(dòng)缸推桿準(zhǔn)確跟蹤給定指令。

　　因此，利用伺服電機(jī)的反饋信號(hào)，在驅(qū)動(dòng)器外部和運(yùn)動(dòng)控制器之間建立數(shù)字閉環(huán)，控制器采用pid算法和超前補(bǔ)償方法，實(shí)現(xiàn)了pid參數(shù)的快速調(diào)整，進(jìn)一步提高了伺服跟蹤精度。在復(fù)雜指令下，伺服電缸推桿的相位延遲和振幅誤差明顯改善，對(duì)提前設(shè)定伺服運(yùn)行軌跡具有參考價(jià)值。

　　五、電動(dòng)缸的發(fā)展趨勢(shì)

　　電動(dòng)缸的應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛，市場(chǎng)也越來(lái)越大。隨著工廠自動(dòng)化要求的逐步提高，越來(lái)越多的企業(yè)將投資于電動(dòng)缸的研發(fā)。今后電動(dòng)缸的發(fā)展趨勢(shì)主要集中在以下幾點(diǎn)：

　　1。高精度。目前，采用滾珠絲杠傳動(dòng)的伺服電動(dòng)缸，通過(guò)伺服控制可以實(shí)現(xiàn)0.01mm的精確定位。然而，許多精密設(shè)備要求直線傳動(dòng)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)0.001毫米的精密定位，而目前的電動(dòng)缸不能達(dá)到這種精度。因此，通過(guò)發(fā)展伺服控制技術(shù)，探索新的傳動(dòng)形式，使電動(dòng)缸具有更高的精度，以滿足高精度設(shè)備的要求。此外，采用先進(jìn)的外部傳感器也是提高電動(dòng)缸精度的重要方法。重復(fù)定位精度可達(dá)到0.02mm，但增加一個(gè)外部位移傳感器(如網(wǎng)格尺)，控制精度可達(dá)到0.005mm。

　　2.新的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。在某些情況下，如果直線運(yùn)動(dòng)較大且承載力較高，則需要較長(zhǎng)的燈絲或螺母。同時(shí)，還需要較長(zhǎng)的軋輥來(lái)增加嚙合點(diǎn)的數(shù)量，這增加了制造的難度。因此，有必要開發(fā)新的傳輸形式，以滿足特殊場(chǎng)合的需要。

　　3。高負(fù)荷。鍛壓設(shè)備和大型軍用設(shè)備需要更多的承載能力裝置，但目前電動(dòng)缸的最大承載能力一般低于液壓缸。螺桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是電動(dòng)缸的主要承載機(jī)構(gòu)。隨著螺桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)生產(chǎn)技術(shù)和材料的發(fā)展，電動(dòng)缸的承載能力將大大提高。

　　4。開發(fā)適用于電動(dòng)缸的伺服電機(jī)技術(shù)。伺服電機(jī)的性能直接影響電動(dòng)缸的性能。電動(dòng)缸有自己的工作特性。開發(fā)適用于電動(dòng)缸的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，對(duì)推動(dòng)電動(dòng)缸的發(fā)展具有重要意義。例如，GSM系列電動(dòng)缸在伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)上進(jìn)行了改進(jìn)。其內(nèi)置伺服電機(jī)采用t-lam定子分段疊層設(shè)計(jì)技術(shù)。該電機(jī)具有很低的熱輸出，輸出轉(zhuǎn)矩是同體積傳統(tǒng)伺服電機(jī)的35倍。此外，隨著永磁無(wú)刷電機(jī)控制器在一些先進(jìn)控制方法(如模糊控制、專家系統(tǒng)等)中的引入和先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，永磁無(wú)刷電機(jī)的性能也將大大提高，從而促進(jìn)了電動(dòng)缸的發(fā)展。

　　5。高比率。目前，電動(dòng)缸的轉(zhuǎn)速主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)決定。隨著驅(qū)動(dòng)電機(jī)技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)缸的轉(zhuǎn)速也將大大提高。另外，由于滾珠在高速運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)發(fā)生碰撞，滾珠絲杠轉(zhuǎn)速一般可以在2000r/min以下，現(xiàn)在高性能電機(jī)的轉(zhuǎn)速在3000r/min以上，將開發(fā)滾珠絲杠傳動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)缸的高速運(yùn)轉(zhuǎn)。

　　6.小型化和集成化。隨著電動(dòng)缸技術(shù)的發(fā)展，電動(dòng)缸傳動(dòng)部分將實(shí)現(xiàn)一體化設(shè)計(jì)，電動(dòng)缸的尺寸將越來(lái)越小，占用的安裝空間也越來(lái)越小。例如excar的gs系列電動(dòng)缸，該系列電動(dòng)缸將實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)所需的所有部件集成為一個(gè)封閉單元，直接實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)，比傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)直線運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)小得多。此外，電動(dòng)缸還將與設(shè)備設(shè)計(jì)相結(jié)合，使其能更好地滿足設(shè)備的需要。

　　7。數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化。電動(dòng)缸將實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化、網(wǎng)絡(luò)化控制，以滿足未來(lái)生產(chǎn)模式的需要。下圖中的六自由度電動(dòng)平臺(tái)通過(guò)同一網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)同時(shí)控制六個(gè)電動(dòng)缸，使它們協(xié)同工作。電氣平臺(tái)還可以與其他外部設(shè)備連接，整個(gè)平臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)字化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化控制。

　　8。更長(zhǎng)的工作時(shí)間。目前常用的電動(dòng)缸多為單級(jí)傳動(dòng)，但在許多情況下，單級(jí)電動(dòng)缸不能滿足設(shè)備工作進(jìn)度的要求。因此，電動(dòng)缸將朝著多級(jí)化方向發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)更長(zhǎng)的工作行程。