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交流伺服電機(jī)振動(dòng)故障分析與解決
2024-08-12
張桂山 楊秋平
一,、交流伺服系統(tǒng)概述
交流伺服系統(tǒng)包括：伺服驅(qū)動(dòng)器,、伺服電機(jī)和一個(gè)反饋傳感器（一般伺服電機(jī)自帶光電編碼器）。所有這些部件都在一個(gè)控制閉環(huán)系統(tǒng)中運(yùn)行,；驅(qū)動(dòng)器從外部接收參數(shù)信息,，然后將一定電流輸送給電機(jī)，通過電機(jī)轉(zhuǎn)換成扭矩帶動(dòng)負(fù)載,，負(fù)載根據(jù)自己的特性進(jìn)行動(dòng)作或加減速,，傳感器測量負(fù)載的位置，使驅(qū)動(dòng)裝置對設(shè)定信息值和實(shí)際位置值進(jìn)行比較,，然后通過改變電機(jī)電流使實(shí)際位置值和設(shè)定信息值保持一致,，當(dāng)負(fù)載突然變化引起速度變化時(shí)，編碼器獲知這種速度變化后會馬上反應(yīng)給伺服驅(qū)動(dòng)器,，驅(qū)動(dòng)器又通過改變提供給伺服電機(jī)的電流值來滿足負(fù)載的變化,，并重新返回到設(shè)定的速度。
交流伺服系統(tǒng)是一個(gè)響應(yīng)非常高的全閉環(huán)系統(tǒng),，負(fù)載波動(dòng)和速度矯正之間的時(shí)間滯后響應(yīng)是非?？斓摹?/p>
二,、交流伺服電機(jī)振動(dòng)故障分析
以下對交流伺服電機(jī)振動(dòng)故障的分析主要從機(jī)械方面和電氣方面進(jìn)行,。
1. 機(jī)械方面
（1）電機(jī)兩端和絲杠軸承座上的軸承磨損后間隙過大，或者軸承缺少潤滑脂后軸承滾動(dòng)體和保持架磨損嚴(yán)重造成負(fù)載過重,。軸承磨損后間隙過大會造成電機(jī)轉(zhuǎn)子中心和絲杠中心存在同軸度誤差,，使機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)生抖動(dòng)。軸承滾動(dòng)體和保持架磨損嚴(yán)重會造成摩擦力增加導(dǎo)致“堵轉(zhuǎn)”,，“堵轉(zhuǎn)”在不至于導(dǎo)致“過載報(bào)警”的情況下,，由于負(fù)載過重,，會增加伺服系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間產(chǎn)生振動(dòng)；
（2）電機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡,，電機(jī)轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡制造時(shí)有缺陷或使用后變差,，就會產(chǎn)生形如“振動(dòng)電機(jī)”一樣的振動(dòng)源；
（3）轉(zhuǎn)軸彎曲,，轉(zhuǎn)軸彎曲的情況類似于轉(zhuǎn)子不平衡,，除了會產(chǎn)生振動(dòng)源也會產(chǎn)生電機(jī)轉(zhuǎn)子中心和絲杠中心的同軸度誤差，使機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生抖動(dòng),；
（4）聯(lián)軸器制造缺陷或使用后磨損會造成聯(lián)軸器兩部分的同軸度誤差,，特別是使用鑄造的剛性聯(lián)軸器，由于本身的制造精度差,，更容易產(chǎn)生同軸度誤差導(dǎo)致振動(dòng),；
（5）導(dǎo)軌的平行度在制造時(shí)較差會導(dǎo)致伺服系統(tǒng)無法到達(dá)指定位置到無法停留在指定位置，這時(shí)伺服電機(jī)會不停的在努力尋找位置和系統(tǒng)反饋間徘徊,，使電機(jī)連續(xù)的振動(dòng),；
（6）絲杠與導(dǎo)軌平面的平行度誤差，絲杠在安裝過程中與導(dǎo)軌所在平面有平行度誤差也會使電機(jī)由于負(fù)載不均勻產(chǎn)生振動(dòng),；
（7）絲杠彎曲,，絲杠彎曲后絲杠除了受到軸向推力外還會受到變化的徑向力，彎曲大時(shí)徑向力大,，彎曲小時(shí)徑向力小,，同樣這種不應(yīng)該存在的徑向力也會使機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)。
2. 電氣方面
導(dǎo)致交流伺服電機(jī)電氣方面的原因主要是伺服驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)調(diào)整上,。
（1）負(fù)載慣量,，負(fù)載慣量的設(shè)置一般與負(fù)載的大小有關(guān)，過大的負(fù)載慣量參數(shù)會使系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng),，一般的交流伺服電機(jī)可以自動(dòng)測量系統(tǒng)的負(fù)載慣量,；
（2）速度比例增益，設(shè)置值越大,，增益越高,，系統(tǒng)剛度越大，參數(shù)值根據(jù)具體的伺服驅(qū)動(dòng)器型號和負(fù)載情況確定,，一般情況下,，負(fù)載慣量越大，設(shè)定值越大,，在系統(tǒng)不產(chǎn)生振動(dòng)的情況下,，設(shè)定值盡量較大，但是增益越大，偏差越小,，越容易產(chǎn)生振動(dòng),；
（3）速度積分常數(shù)，一般情況下負(fù)載慣量越大,，設(shè)定值越大,，系統(tǒng)不產(chǎn)生振動(dòng)的情況下，設(shè)定值盡量較小,，但是降低積分增益會使機(jī)床響應(yīng)遲緩，剛性變差,；
（4）位置比例增益,，設(shè)置值越大，增益越高,，剛度越大,，相同頻率指令脈沖條件下，位置滯后量越小,，數(shù)值太大可能會引起電機(jī)振動(dòng),；
（5）加速度反饋增益，電機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí),，很小的偏移會被速度環(huán)的比例增益放大,，速度反饋產(chǎn)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)來回抖動(dòng),。
三,、交流伺服電機(jī)振動(dòng)故障根據(jù)現(xiàn)場判斷解決
知道了那些方面會導(dǎo)致交流伺服電機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)故障，實(shí)際維修中如何將故障范圍進(jìn)一步縮小進(jìn)而鎖定故障原因是個(gè)難點(diǎn),，需要結(jié)合具體的現(xiàn)場信息來綜合判斷,。
（1）故障發(fā)生在新設(shè)備開機(jī)調(diào)試后，發(fā)生在這個(gè)時(shí)段內(nèi)的故障最復(fù)雜,，可能是由于機(jī)械制造方面的原因,，也有可能是參數(shù)調(diào)整不正確的原因，需要一步步的排除,，排除的原則是先排除簡單的原因,，后排除復(fù)雜的，如果是數(shù)控系統(tǒng)裝有兩臺以上相同的驅(qū)動(dòng)器和交流伺服電機(jī),，其中一臺電機(jī)產(chǎn)生振動(dòng),，可以采用最簡單的“對換法”將兩臺交流伺服電機(jī)的伺服驅(qū)動(dòng)器對換，利用此法可以快速判斷問題是否出在伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置上,；
（2）故障發(fā)生在設(shè)備運(yùn)行使用很長時(shí)間以后,，這種情況基本可以排除伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置問題，因?yàn)槿绻麉?shù)設(shè)置不當(dāng)，早就應(yīng)該反映出問題了,；
（3）故障發(fā)生在剛剛開機(jī)后,，如果剛剛開機(jī)交流伺服電機(jī)就產(chǎn)生振動(dòng)，這種情況下可以確定是在數(shù)控系統(tǒng)自動(dòng)尋在機(jī)床原點(diǎn)時(shí)發(fā)生了機(jī)械卡阻導(dǎo)致電機(jī)不能到達(dá)指定位置或到達(dá)指定位置后產(chǎn)生反復(fù),，這種情況下一般是機(jī)械故障,；
（4）故障發(fā)生在機(jī)床正在加工工件時(shí)，這樣的情況首先考慮是由于加工時(shí)負(fù)載增加而導(dǎo)致的振動(dòng),，圍繞負(fù)載增加檢查原因,；
（5）故障連續(xù)規(guī)律發(fā)生或斷續(xù)無規(guī)律發(fā)生，故障連續(xù)發(fā)生時(shí)說明導(dǎo)致電機(jī)振動(dòng)的故障原因一直存在,，而斷續(xù)無規(guī)律發(fā)生時(shí)說明導(dǎo)致電機(jī)振動(dòng)的故障原因有時(shí)會發(fā)生變化,，這種情況如果負(fù)載沒有很大的變化基本可以排除伺服驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置的原因。
導(dǎo)致交流伺服電機(jī)的振動(dòng)故障是多方面復(fù)雜的原因,，從實(shí)際操作中總結(jié)發(fā)現(xiàn)機(jī)械故障或機(jī)械故障導(dǎo)致的電機(jī)故障原因比例較大,，在排除這類故障時(shí)需要掌握交流伺服系統(tǒng)的工作原理，了解哪些原因容易引起電機(jī)振動(dòng)故障,，同時(shí)結(jié)合現(xiàn)場情況綜合判斷,，才能徹底解決交流伺服電機(jī)的振動(dòng)故障。
來源：《科技創(chuàng)新與應(yīng)用》
（版權(quán)歸原作者或機(jī)構(gòu)所有）
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