電動缸的傳動和受力分析

1　前言

電動缸是將變頻馬達的旋轉運動變成直線運動的設備 ,英文名稱是 Electro2Servo2Cylinder。在電動缸糾偏系統中 ,由傳感器采集信號送至放大器 ,控制變頻器后由馬達驅動電動缸 ,從而使糾偏輥動作 。相比液壓缸糾偏系統 ,它省去了液壓站和伺服閥 ,在結構上相對簡潔 。據 EMG 公司介紹 ,國外一條 CGL 線 ,糾偏輥驅動全部使用電動缸 ,國內也越來越廣泛的使用電動缸 。

2　電動缸的發展

2. 1　齒輪齒條式

最先出現的將電機的轉動變成直線運動的形式是齒輪齒條 ,齒輪齒條結構簡單 ,加工容易，安裝方便 ,但是精度太低 。

2. 2　螺母絲桿

電機經過減速機驅動銅螺母 ,從而將電機的轉動變成了直線運動 。但是 ,由于是螺紋附傳動 ,實際運用中發現磨損太大 ,傳動效率低 ,并且加工精度控制不好 ,往往單配一個銅螺母要花大量的時間 。平時要加強對螺紋附的潤滑 ,一旦潤滑跟不上 ,很快螺母就磨光了 。

2. 3　電液推桿

電液推桿是將液壓站集成在推桿上 ,電機驅動油泵 ,油泵驅動液壓缸 。這種形式并沒有技術上的進步 ,只是形式上的改變 。只能運用在簡單的開閉動作上 ,控制精度低 。

3　EM G的電動缸

3. 1　基本結構

電動缸由變頻電機 、芯軸 、行星軸 、推桿 、線性位移傳感器等組成 。

電動缸的中心部分是芯軸 ,芯軸中心線和電機中心線重合 。芯軸和行星軸緊密嚙合 (外螺紋和外螺紋的嚙合 ) ,二者之間沒有相對滑動 。電機通過聯軸器驅動芯軸 ,芯軸只有自轉 。芯軸的轉動帶動行星軸轉動 ,其中包括了行星軸的自轉和行星軸繞芯軸的公轉 。行星軸公轉的目的是保證芯軸和行星軸只存在相對滾動 。 8根行星軸之間用一個類似法蘭盤的工件固定, 使得 8 根行星軸均布在芯軸的周圍 。行星軸外圈有一個套,套和行星軸之間只有相對滾動而無相對軸向運動(套相當于行星輪系中的內齒輪 ) 。套和芯軸的雙重作用為行星軸公轉提供了有力保證 。套和電動缸的推桿剛性連接 ,當行星軸和芯軸發生相對軸向位移時 ,套和推桿獲得了驅動力 ,推桿產生推力或拉力 。電動缸內置的線性位移傳感器參與了推桿位置的控制 ,使電動缸輸出更精確 。圖 1是電動缸的外形圖及芯軸和行星軸實物照片 。

3. 2　電動缸傳動分析

電動缸的芯軸螺紋和行星軸螺紋公稱直徑不相等且都是右旋螺紋 ,嚙合緊密 。這種設計打破了常規 ,采用外螺紋互相嚙合 ,而不是內螺紋和外螺紋嚙合 。 8根行星軸均布在芯軸周圍 ,問題分析的前提是芯軸和行星軸之間只存在相對滾動 ,無相對滑動 。假如有相對滑動 ,電動缸就不能保證精確的傳動比 ,也就沒有討論的意義 。事實證明 EMG 公司的獨特設計和加工精度完全保證了這一點 。這種設計類似于行星齒輪箱 ,芯軸相當于太陽輪 ,行星軸相當于行星輪 。在行星齒輪箱中 ,太陽輪和行星輪嚙合 ,在節圓處二者線速度相等 。在電動缸中 ,芯軸和行星軸靠外螺紋緊密嚙合 ,二者在螺紋中徑處線速度相等 。

為了便于敘述 ,假設芯軸和行星軸螺紋的作用集中在螺紋的中徑上 。

3 . 3　電動缸受力分析

根據螺紋附受力分析模型 , 將對芯軸的受力分析簡化為如圖 2所示 , 假定芯軸和行星軸受力都集中在螺紋中徑上 , 并且集中在一小段螺紋上 。受力分析簡化為對圓柱體施加一個水平力 P, 使它沿著斜面勻速向上滾動 。

形輥轉動長度 , 從而影響延伸率控制精度 。計算時入 、出口板形輥輥徑是相同的 。但長期工作后 , 因入 、出口輥徑磨損情況不同會造成輥徑變化 , 這將影響到延伸率測量的精度和控制精度 。因脈沖發生器測量延伸率的精確度與測量周期 、響應速度有關 , 所以在系統響應速度允許的前提下 , 將采樣率盡可能選擇大一些 , 有利于提高系統精度 。

3 . 2　激光測速儀

激光測速儀的測量原理與脈沖發生器不同 ,

它是直接測量入 、出口帶鋼的長度 , 避免了因輥子打滑 、輥徑變化等因素造成的測量精度的影響, 其測量精確程度比脈沖發生器更高 。所以大型冷軋廠普遍采用這種手段控制延伸率 。

4　結束語

平整工序除采用延伸率控制板形外 , 還有恒軋制力控制方式 。對延伸率控制 , 最重要的是確保延伸率測量的精確度和提高控制系統的響應速度 , 此外對來料的板形質量要求也較高 。多數冷軋廠平整線均采用激光測速儀進行延伸率測量控制 , 這樣可以通過高精度的控制手段來獲得高質量的產品 。