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伺服電機的應用中,最常見(jiàn)的問(wèn)題就要算是反饋編碼器的故障 / 損壞了。
不僅是在很多設備系統的診斷信息中,經(jīng)常會(huì )有關(guān)于伺服電機“反饋錯誤”的提示,而且在那些返廠(chǎng)維修的伺服電機的檢測報告中,也往往會(huì )有很大一部分將問(wèn)題原因指向反饋編碼器,很多時(shí)候甚至會(huì )出現所謂“應用問(wèn)題”的表述,意思是說(shuō),“非產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題,用戶(hù)須為此負責”。
本期,我們就來(lái)聊聊,引起伺服電機內部反饋編碼器故障和損壞的原因,可能會(huì )有哪些?
作為伺服電機內部幾乎唯一的電子元器件,反饋編碼器真的可以算的上是易損部件了,其損壞原因大致可以分為機械損傷、電氣損壞和環(huán)境影響...等幾個(gè)方面。
機械損傷
伺服反饋編碼器故障中最常見(jiàn)的就是各種機械損傷,包括由于機械振動(dòng)、碰撞、沖擊、磨損等因素造成的編碼器內部元件結構(碼盤(pán)、軸和軸承...等)的硬件損壞。
振動(dòng)
過(guò)大的機械振動(dòng)極有可能造成編碼器碼盤(pán)、軸和軸承的損傷。
對于伺服反饋來(lái)說(shuō),有些振動(dòng)是由電機本體的振動(dòng)引起的,例如:電機所處的機械結構的振動(dòng)、電機需要隨負載連續運動(dòng)...等等,這種情況是比較容易預防和避免的,因為這種振動(dòng)看上去就比較直觀(guān),也容易測量和采取糾正措施,只要能夠將電機本體的振動(dòng)強度控制在其標稱(chēng)的振動(dòng)等級(加速度和頻率)范圍內,就基本上可以避免這種振動(dòng)對伺服電機和反饋帶來(lái)的危害了。
還有一些情況,振動(dòng)是在電機運行過(guò)程中伴隨機械軸旋轉而引起的,例如:伺服電機軸輸出側受到過(guò)大的軸向力作用,在運轉時(shí)發(fā)生前后竄動(dòng)造成編碼器機械軸的軸向振動(dòng);或者,伺服電機在運轉時(shí),其輸出軸長(cháng)期受到過(guò)大的徑向力作用,造成電機軸和軸承的磨損,進(jìn)而使得電機軸在高速旋轉時(shí)因偏心而產(chǎn)生強烈振動(dòng)...等等。
這些振動(dòng)基本上與電機本體和設備機械結構的振動(dòng)沒(méi)有太大關(guān)系,而是和電機運行時(shí)其輸出軸的受力情況以及軸 / 軸承的磨損情況密切相關(guān)的,即使從電機本身看不出任何振動(dòng),反饋編碼器也很有可能因為這些異常的軸向或徑向振動(dòng)而受損;同時(shí)由于此類(lèi)振動(dòng)主要發(fā)生在電機內部高速旋轉的機械軸上,具有很強的隱蔽性,其危害往往會(huì )被人們忽視。
不過(guò),要預防這種因電機軸振動(dòng)造成的編碼器故障或損壞也并不難,只是需要在伺服電機的安裝、使用和維護時(shí),確保其在運行過(guò)程中軸向力和徑向力在產(chǎn)品標稱(chēng)的限值范圍以?xún)取?/div>
沖擊
和所有機電類(lèi)產(chǎn)品一樣,伺服電機和反饋編碼器產(chǎn)品也會(huì )有額定的抗沖擊加速度限值標稱(chēng)。過(guò)大的沖擊力將可能導致伺服編碼器碼盤(pán)、軸、軸承、集成線(xiàn)路板和芯片的損壞、甚至整個(gè)反饋編碼器的損毀和報廢。
因此,在使用伺服電機過(guò)程中,須盡量避免其本體受到任何外力的撞擊,尤其要防止對電機輸出軸的沖撞和敲擊,無(wú)論是來(lái)自軸向或徑向的,例如:在往電機輸出軸上安裝各種傳動(dòng)軸套(同步帶輪、聯(lián)軸器、減速機軸套...等等)時(shí),或者在將電機安裝到傳動(dòng)機構的過(guò)程中,切勿用力敲擊電機軸和外殼本體。
磨損
另一種機械損傷,就是伺服反饋編碼器軸和軸承的磨損。雖然并不是很常見(jiàn),但也需要引起一定的重視。
它有可能是因為電機軸長(cháng)期振動(dòng)(軸向或徑向)造成的;也有可能是由于電機軸超速運轉而引起的,盡管一般伺服電機很少出現超速運轉的狀況,并且反饋編碼器的最大允許轉速要比伺服電機的峰值轉速高出許多,但是在某些異常情況下,例如:反饋信號受到干擾、伺服電機整定錯誤、垂直負載失控墜落...等等,反饋編碼器因為電機“被”超速運轉而受損的風(fēng)險還是依然存在的。
電氣損壞
在各種伺服反饋編碼器故障中,電氣損壞也是經(jīng)常發(fā)生的。
一方面,當伺服電機或 / 和編碼器反饋線(xiàn)路處在電磁兼容性能較差的機電系統環(huán)境中時(shí),在其信號回路上可能會(huì )因為受到較強電磁噪聲干擾而瞬間產(chǎn)生極高(幾千甚至上萬(wàn)伏特)的高頻沖擊電壓,導致編碼器信號電路的損壞。
另一方面,編碼器外部線(xiàn)路的異常,例如:短路、斷路、接錯線(xiàn)、極性接反、電源異常(如波動(dòng))...等等,也都有可能造成伺服反饋的電氣故障或損壞。
前面兩種故障應該算是比較純粹的電氣故障,和通用編碼器的電氣故障是一樣的。
還有一種電氣損壞是伺服反饋所特有的,是由于電機的機械損傷而引起的。如果伺服電機在運轉時(shí),因其輸出軸長(cháng)期受到過(guò)大的軸向或徑向力作用,造成軸和軸承的磨損,就會(huì )在電機內部產(chǎn)生大量金屬屑和粉塵,當這些金屬粉塵附著(zhù)在反饋編碼器的線(xiàn)路板上時(shí),極有可能因短路而造成其內部電路的故障或損壞。