電動(dòng)缸的傳動(dòng)和受力分析

1　前言

電動(dòng)缸是將變頻馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)的設(shè)備 ,英文名稱是 Electro2Servo2Cylinder。在電動(dòng)缸糾偏系統(tǒng)中 ,由傳感器采集信號(hào)送至放大器 ,控制變頻器后由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)缸 ,從而使糾偏輥動(dòng)作 。相比液壓缸糾偏系統(tǒng) ,它省去了液壓站和伺服閥 ,在結(jié)構(gòu)上相對(duì)簡(jiǎn)潔 。據(jù) EMG 公司介紹 ,國(guó)外一條 CGL 線 ,糾偏輥驅(qū)動(dòng)全部使用電動(dòng)缸 ,國(guó)內(nèi)也越來(lái)越廣泛的使用電動(dòng)缸 。

2　電動(dòng)缸的發(fā)展

2. 1　齒輪齒條式

最先出現(xiàn)的將電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)的形式是齒輪齒條 ,齒輪齒條結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,加工容易，安裝方便 ,但是精度太低 。

2. 2　螺母絲桿

電機(jī)經(jīng)過(guò)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)銅螺母 ,從而將電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)變成了直線運(yùn)動(dòng) 。但是 ,由于是螺紋附傳動(dòng) ,實(shí)際運(yùn)用中發(fā)現(xiàn)磨損太大 ,傳動(dòng)效率低 ,并且加工精度控制不好 ,往往單配一個(gè)銅螺母要花大量的時(shí)間 。平時(shí)要加強(qiáng)對(duì)螺紋附的潤(rùn)滑 ,一旦潤(rùn)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(jī)驅(qū)動(dòng)油泵 ,油泵驅(qū)動(dòng)液壓缸 。這種形式并沒(méi)有技術(shù)上的進(jìn)步 ,只是形式上的改變 。只能運(yùn)用在簡(jiǎn)單的開(kāi)閉動(dòng)作上 ,控制精度低 。

3　EM G的電動(dòng)缸

3. 1　基本結(jié)構(gòu)

電動(dòng)缸由變頻電機(jī) 、芯軸 、行星軸 、推桿 、線性位移傳感器等組成 。

電動(dòng)缸的中心部分是芯軸 ,芯軸中心線和電機(jī)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(méi)有相對(duì)滑動(dòng) 。電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)芯軸 ,芯軸只有自轉(zhuǎn) 。芯軸的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)行星軸轉(zhuǎn)動(dòng) ,其中包括了行星軸的自轉(zhuǎn)和行星軸繞芯軸的公轉(zhuǎn) 。行星軸公轉(zhuǎn)的目的是保證芯軸和行星軸只存在相對(duì)滾動(dòng) 。 8根行星軸之間用一個(gè)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(gè)套,套和行星軸之間只有相對(duì)滾動(dòng)而無(wú)相對(duì)軸向運(yùn)動(dòng)(套相當(dāng)于行星輪系中的內(nèi)齒輪 ) 。套和芯軸的雙重作用為行星軸公轉(zhuǎn)提供了有力保證 。套和電動(dòng)缸的推桿剛性連接 ,當(dāng)行星軸和芯軸發(fā)生相對(duì)軸向位移時(shí) ,套和推桿獲得了驅(qū)動(dòng)力 ,推桿產(chǎn)生推力或拉力 。電動(dòng)缸內(nèi)置的線性位移傳感器參與了推桿位置的控制 ,使電動(dòng)缸輸出更精確 。圖 1是電動(dòng)缸的外形圖及芯軸和行星軸實(shí)物照片 。

3. 2　電動(dòng)缸傳動(dòng)分析

電動(dòng)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(shè)計(jì)打破了常規(guī) ,采用外螺紋互相嚙合 ,而不是內(nèi)螺紋和外螺紋嚙合 。 8根行星軸均布在芯軸周圍 ,問(wèn)題分析的前提是芯軸和行星軸之間只存在相對(duì)滾動(dòng) ,無(wú)相對(duì)滑動(dòng) 。假如有相對(duì)滑動(dòng) ,電動(dòng)缸就不能保證精確的傳動(dòng)比 ,也就沒(méi)有討論的意義 。事實(shí)證明 EMG 公司的獨(dú)特設(shè)計(jì)和加工精度完全保證了這一點(diǎn) 。這種設(shè)計(jì)類似于行星齒輪箱 ,芯軸相當(dāng)于太陽(yáng)輪 ,行星軸相當(dāng)于行星輪 。在行星齒輪箱中 ,太陽(yáng)輪和行星輪嚙合 ,在節(jié)圓處二者線速度相等 。在電動(dòng)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(shè)芯軸和行星軸螺紋的作用集中在螺紋的中徑上 。

3 . 3　電動(dòng)缸受力分析

根據(jù)螺紋附受力分析模型 , 將對(duì)芯軸的受力分析簡(jiǎn)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(jiǎn)化為對(duì)圓柱體施加一個(gè)水平力 P, 使它沿著斜面勻速向上滾動(dòng) 。

形輥轉(zhuǎn)動(dòng)長(zhǎng)度 , 從而影響延伸率控制精度 。計(jì)算時(shí)入 、出口板形輥輥徑是相同的 。但長(zhǎng)期工作后 , 因入 、出口輥徑磨損情況不同會(huì)造成輥徑變化 , 這將影響到延伸率測(cè)量的精度和控制精度 。因脈沖發(fā)生器測(cè)量延伸率的精確度與測(cè)量周期 、響應(yīng)速度有關(guān) , 所以在系統(tǒng)響應(yīng)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(tǒng)精度 。

3 . 2　激光測(cè)速儀

激光測(cè)速儀的測(cè)量原理與脈沖發(fā)生器不同 ,

它是直接測(cè)量入 、出口帶鋼的長(zhǎng)度 , 避免了因輥?zhàn)哟蚧?、輥徑變化等因素造成的測(cè)量精度的影響, 其測(cè)量精確程度比脈沖發(fā)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(jié)束語(yǔ)

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(duì)延伸率控制 , 最重要的是確保延伸率測(cè)量的精確度和提高控制系統(tǒng)的響應(yīng)速度 , 此外對(duì)來(lái)料的板形質(zhì)量要求也較高 。多數(shù)冷軋廠平整線均采用激光測(cè)速儀進(jìn)行延伸率測(cè)量控制 , 這樣可以通過(guò)高精度的控制手段來(lái)獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品 。