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伺服电子齿轮比完全指南

日期:01-30  点击:  属于:电气论道

电子齿轮比完全指南

一、计算公式与核心术语

1. 核心计算公式

电子齿轮比基本表达式:

(frac{a}{b} = frac{P29012}{P29013})

其中:

(frac{a}{b}) - 电子齿轮比;P29012 - 分子参数组;P29013 - 分母参数

结合机械结构的推导公式:

(frac{c}{LU} × frac{a}{b} = frac{r}{i} to frac{a}{b} = frac{r cdot LU}{c} / i)

其中:

r - 编码器分辨率;c - 滚珠丝杠节距;LU - 长度当量;i - 减速齿轮比((i = frac{n}{m}),n为负载转数,m为电机转数)

2. 关键术语解释

  • 编码器分辨率(r):由编码器决定,指电机旋转一圈产生的脉冲个数
  • 每转脉冲数(ppr):使电机旋转一圈,上级控制器需要发出的脉冲数量
  • 长度当量(LU):在设定值脉冲作用下,负载部件能够移动的最小距离
  • 减速齿轮比(i):负载转数与电机转数的比值,反映机械传动的减速比例
  • 电机转1圈脉冲数(d):(d = frac{c}{LU cdot i}),即电机旋转一圈所需的脉冲数量

二、电子齿轮比设置方式

1. 参数配置规则

电子齿轮比通过分子参数组(P29012)和分母参数(P29013)配置,具体参数规范如下:

<
参数 <取值范围 <默认值 <描述
P29012[0] 1~10000 1 电子齿轮比1的分子
P29012[1] 1~10000 1 电子齿轮比2的分子
P29012[2] 1~10000 1 电子齿轮比3的分子
P29012[3] 1~10000 1 电子齿轮比4的分子
P29013 1~10000 1 所有电子齿轮比的公共分母

2. 数字量输入选择组合

通过数字量输入信号EGEAR1和EGEAR2的组合,可选择4种电子齿轮比配置:

<
EGEAR2:EGEAR1 <电子齿轮比类型 <比值表达式
0:0 电子齿轮比1 P29012[0] : P29013
0:1 电子齿轮比2 P29012[1] : P29013
1:0 电子齿轮比3 P29012[2] : P29013
1:1 电子齿轮比4 P29012[3] : P29013

3. V90伺服专属设置方式

以V90伺服为例,提供两种核心设置方式,其中P29011定义为电机转1圈需要的脉冲数:

方式1:(电子齿轮比 = frac{编码器分辨率}{P29011})

方式2:当P29011=0时,(电子齿轮比 = frac{P29012}{P29013})

设置注意事项
  • 电子齿轮比取值范围限制:0.02 ~ 200
  • 仅能在伺服系统关闭状态下进行参数设置
  • 参数设置后需重启伺服系统方可生效

三、电子齿轮比的核心用途及优势

1. 主要功能用途

  • 脉冲频率缩放:对上级控制器输出的脉冲频率进行放大或缩小,适配电机控制需求
  • 脉冲与机械量匹配:实现电机脉冲数与机械最小移动量的精准匹配,指令脉冲可灵活设置
  • 转速调节:调整电机旋转1圈所需的PLC指令脉冲数,确保电机达到目标转速
  • 精度优化:避免脉冲数出现小数,消除取整误差对定位精度的影响

2. 核心优势解析

优势1:突破控制器脉冲输出能力限制

示例场景:脉冲发生器输出频率200KHz,伺服编码器分辨率8388608

无电子齿轮比时:电机转1圈需发送8388608个脉冲,最快耗时 (8388608 / 200000 = 41.94) 秒,速度极慢

启用电子齿轮比后:伺服驱动接收10000脉冲即可转换为8388608个脉冲,电机1圈仅需0.05秒,大幅提升转速

优势2:消除定位误差

应用场景:移动工件10mm,LU=1μm,编码器分辨率2500ppr,滚珠丝杠螺距6mm

<
对比项 <不带电子齿轮比 <带电子齿轮比
单位脉冲对应长度 6mm / 10000 = 0.6μm 6mm / 6000 = 1μm
所需脉冲数 10mm / 0.6μm = 16666.66(小数取整产生误差) 10mm / 1μm = 10000(无小数,无误差)

四、电子齿轮比计算实例

1. 经典应用案例

案例1:滚珠丝杠传动结构

已知条件:

  • 长度当量 LU = 1μm
  • 编码器分辨率 = 2500ppr(实际等效10000脉冲)
  • 滚珠丝杠螺距 c = 6mm
  • 减速齿轮比 i = 1:1

计算过程:

负载轴每转运行距离 = 6mm / 0.001mm = 6000 LU

电子齿轮比 = (1 / 6000) / (1/1) × 10000 = 10000 / 6000 = 5/3

参数设置:P29012 = 5,P29013 = 3

案例2:圆盘旋转结构

已知条件:

  • 长度当量 LU = 0.01°
  • 编码器分辨率 = 2500ppr(实际等效10000脉冲)
  • 圆盘旋转角度 = 360°
  • 减速齿轮比 i = 1:3

计算过程:

负载轴每转运行距离 = 360° / 0.01° = 36000 LU

电子齿轮比 = (1 / 36000) / (1/3) × 10000 = 10000 / 12000 = 5/6

参数设置:P29012 = 5,P29013 = 6

2. 拓展应用案例

案例3:额定转速匹配计算

已知条件:

  • PLC最大脉冲频率 = 200KHz
  • 电机额定转速 = 3000rpm(50r/s)
  • 伺服电机编码器分辨率 = 524288
  • 无减速箱(减速齿轮比 i = 1)

问题1:电子齿轮比=1时,伺服电机最大转速是多少?

电机最大转速 = (200×1000×60) / 524288 = 22.89 rpm

结论:远低于额定转速3000rpm,无法满足需求

问题2:如何设置电子齿轮比使电机达到额定转速?

额定转速对应的脉冲频率 = 50r/s × 524288 = 26214400 Hz

电子齿轮比 = 26214400 / (200×1000) = 524288 / 4000

参数设置:P29011 = 4000,电子齿轮比 = 524288 / 4000


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