直驅(qū)電機(jī)選型與應(yīng)用指南（二）

6、皮帶剛性

在基于皮帶的傳輸中，伺服聯(lián)軸器將輸出皮帶輪連接到旋轉(zhuǎn)負(fù)載。負(fù)載的重量由環(huán)形軸承支撐。皮帶和皮帶輪的比例，實(shí)際上被限制在 3:1 左右，如果超過該比例，皮帶的角度會導(dǎo)致與驅(qū)動皮帶的皮帶輪的表面接觸過少。嘗試多級皮帶輪或過長的皮帶來改善這種情況通常不切實(shí)際。相反，伺服電機(jī)通常尺寸較大，以達(dá)到低速應(yīng)用所需的扭矩。在圖 7中，隨著電機(jī)開始轉(zhuǎn)動，皮帶首先根據(jù)其彈簧常數(shù)偏擺。然后在負(fù)載最終移動之前，聯(lián)軸器也會偏擺。電機(jī)聯(lián)軸器、負(fù)載聯(lián)軸器和長機(jī)器軸也會導(dǎo)致剛性損失。

▲隨著電機(jī)開始轉(zhuǎn)動，皮帶首先根據(jù)其彈簧常數(shù)偏擺。然后在負(fù)載最終移動之前，聯(lián)軸器也會偏擺。

7、齒輪剛性

對于齒輪驅(qū)動的變速器，伺服聯(lián)軸器將齒輪箱輸出連接到旋轉(zhuǎn)負(fù)載。負(fù)載的重量再次由環(huán)形軸承支撐。行星齒輪箱和多級齒輪箱通常是低間隙和高剛性應(yīng)用的首選。

齒輪箱的剛性比皮帶高得多，但原理相同。電機(jī)拖動輸入齒輪，該齒輪偏擺，從而帶動輸出齒輪，該輸出齒輪也發(fā)生一定程度的偏擺。與負(fù)載的耦合可能偏擺最大。

▲電機(jī)聯(lián)軸器、負(fù)載聯(lián)軸器和長機(jī)器軸也會導(dǎo)致剛性損失。

8、直驅(qū)剛性

直接驅(qū)動電機(jī)繞過所有傳輸組件及其柔性以及相關(guān)的諧振頻率。直接驅(qū)動電機(jī)通常配置非常大的軸承，以增加軸向和徑向負(fù)載能力。這并不是說沒有諧振。

諧振頻率仍然可以由負(fù)載本身產(chǎn)生，或者通過電機(jī)和負(fù)載之間的任何安裝板或延伸部分產(chǎn)生。電機(jī)的定子和機(jī)架之間甚至?xí)a(chǎn)生共振，就像在基于傳輸?shù)南到y(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的那樣。但是直接驅(qū)動系統(tǒng)的高剛性，會導(dǎo)致超出運(yùn)行系統(tǒng)允許的高諧振頻率。

9、負(fù)載慣量和加轉(zhuǎn)速度

諧振頻率也是負(fù)載慣量和電機(jī)慣量的函數(shù)。在關(guān)鍵性能指標(biāo)中，這被稱為負(fù)載與電機(jī)慣量比。伺服系統(tǒng)的負(fù)載與電機(jī)慣量比通常小于10:1，以便通過彈性聯(lián)軸器對電機(jī)的負(fù)載進(jìn)行可接受的控制。

直接驅(qū)動應(yīng)用不使用彈性聯(lián)軸器，因此可以支持更高的慣量比。盡管如此，負(fù)載慣量對于直接驅(qū)動電機(jī)來說還是很重要的，因?yàn)楦鶕?jù)牛頓第二定律，它會限制加速度和減速度，還會影響軸承壽命。直接驅(qū)動電機(jī)的低摩擦意味著幾乎所有停止移動負(fù)載的動力，都必須由電子驅(qū)動系統(tǒng)提供，這也會限制最大負(fù)載。

▲直接驅(qū)動電機(jī)的低摩擦意味著幾乎所有停止移動負(fù)載的動力，都必須由電子驅(qū)動系統(tǒng)提供，這也會限制最大負(fù)載。

10、間隙和旋轉(zhuǎn)驅(qū)動變速器

旋轉(zhuǎn)驅(qū)動變速器的性能受到間隙的影響。當(dāng)機(jī)構(gòu)反轉(zhuǎn)時，會造成空轉(zhuǎn)。齒輪箱在驅(qū)動鏈輪和輸出鏈輪之間，有一定的間隙。對于皮帶系統(tǒng)，間隙發(fā)生在皮帶和皮帶輪的齒之間。

制造商已經(jīng)開發(fā)出方法來減少驅(qū)動傳輸中的間隙，并在控制系統(tǒng)中對其進(jìn)行電子補(bǔ)償。但總會有一定程度的間隙，而且隨著傳輸機(jī)構(gòu)的磨損，它往往會變得更糟。結(jié)果是，負(fù)載的位置不能完全由電機(jī)編碼器的位置確定。并且由于在反轉(zhuǎn)時負(fù)載會在短時間內(nèi)與電機(jī)斷開連接，它還可能導(dǎo)致調(diào)諧不穩(wěn)定和噪聲運(yùn)營。

。

由于在反轉(zhuǎn)時，負(fù)載會在短時間內(nèi)與電機(jī)斷開連接，間隙會導(dǎo)致調(diào)諧不穩(wěn)定和噪聲運(yùn)行。直接驅(qū)動電機(jī)是唯一可以實(shí)現(xiàn)零間隙的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動機(jī)構(gòu)。由于電機(jī)與負(fù)載直接相連，因此電機(jī)編碼器測得的負(fù)載位置更接近負(fù)載本身。

11、位置穩(wěn)定時間

剛性、負(fù)載慣量、慣量比和間隙，都是使傳動機(jī)構(gòu)位置穩(wěn)定時間惡化的關(guān)聯(lián)因素。位置穩(wěn)定時間，是指從指令動作結(jié)束與機(jī)構(gòu)實(shí)際停止之間的延遲。減少這種延遲對于許多具有短程動作的應(yīng)用尤其重要。等待機(jī)器停止，可能占到整個周期相當(dāng)大的一部分。

請記住，這些傳動機(jī)構(gòu)的位置由旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)的編碼器測量。編碼器可以顯示負(fù)載以較短的時間穩(wěn)定下來。這意味著編碼器已停止移動。負(fù)載可能仍在運(yùn)動中，尚未穩(wěn)定或正經(jīng)歷振動和振蕩。

傳輸系統(tǒng)的剛性和間隙會干擾通過編碼器測量的穩(wěn)定時間。然而，在直接驅(qū)動電機(jī)中，編碼器本質(zhì)上是固定在負(fù)載本身上的，報告負(fù)載的真實(shí)穩(wěn)定時間。由于其高剛性和零間隙，通過良好的調(diào)整可以顯著減少直接驅(qū)動電機(jī)的穩(wěn)定時間，同時還需要盡可能的減輕源自負(fù)載本身的振動。

齒輪箱和皮帶可實(shí)現(xiàn)的穩(wěn)定時間，通常受到機(jī)械剛性和間隙水平的影響，齒輪箱的性能通常優(yōu)于皮帶。這些機(jī)構(gòu)的位置是通過旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)的編碼器測量的。

編碼器可能表示負(fù)載已以較短的建立時間穩(wěn)定，但它的真正含義是編碼器已停止移動。負(fù)載可能仍在運(yùn)動中但尚未穩(wěn)定，或者可能正在經(jīng)歷振動。

傳動裝置的剛性和間隙會干擾通過編碼器測量穩(wěn)定時間。在直接驅(qū)動電機(jī)中，編碼器基本上是固定在負(fù)載本身上，用于報告負(fù)載的真實(shí)穩(wěn)定時間。

▲位置穩(wěn)定時間是移動指令結(jié)束與機(jī)構(gòu)停止之間的延遲。減少延遲，對于許多具有短程動作的應(yīng)用尤其重要。等待機(jī)器停止，可能占整個周期相當(dāng)大的一部分。