直驅電機選型與應用指南（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負載。負載的重量由環(huán)形軸承支撐。皮帶和皮帶輪的比例，實際上被限制在 3:1 左右，如果超過該比例，皮帶的角度會導致與驅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際。相反，伺服電機通常尺寸較大，以達到低速應用所需的扭矩。在圖 7中，隨著電機開始轉動，皮帶首先根據(jù)其彈簧常數(shù)偏擺。然后在負載最終移動之前，聯(lián)軸器也會偏擺。電機聯(lián)軸器、負載聯(lián)軸器和長機器軸也會導致剛性損失。

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

7、齒輪剛性

對于齒輪驅動的變速器，伺服聯(lián)軸器將齒輪箱輸出連接到旋轉負載。負載的重量再次由環(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用的首選。

齒輪箱的剛性比皮帶高得多，但原理相同。電機拖動輸入齒輪，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。與負載的耦合可能偏擺最大。

▲電機聯(lián)軸器、負載聯(lián)軸器和長機器軸也會導致剛性損失。

8、直驅剛性

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

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

9、負載慣量和加轉速度

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

直接驅動應用不使用彈性聯(lián)軸器，因此可以支持更高的慣量比。盡管如此，負載慣量對于直接驅動電機來說還是很重要的，因為根據(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。直接驅動電機的低摩擦意味著幾乎所有停止移動負載的動力，都必須由電子驅動系統(tǒng)提供，這也會限制最大負載。

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

10、間隙和旋轉驅動變速器

旋轉驅動變速器的性能受到間隙的影響。當機構反轉時，會造成空轉。齒輪箱在驅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)出方法來減少驅動傳輸中的間隙，并在控制系統(tǒng)中對其進行電子補償。但總會有一定程度的間隙，而且隨著傳輸機構的磨損，它往往會變得更糟。結果是，負載的位置不能完全由電機編碼器的位置確定。并且由于在反轉時負載會在短時間內(nèi)與電機斷開連接，它還可能導致調(diào)諧不穩(wěn)定和噪聲運營。

。

由于在反轉時，負載會在短時間內(nèi)與電機斷開連接，間隙會導致調(diào)諧不穩(wěn)定和噪聲運行。直接驅動電機是唯一可以實現(xiàn)零間隙的旋轉驅動機構。由于電機與負載直接相連，因此電機編碼器測得的負載位置更接近負載本身。

11、位置穩(wěn)定時間

剛性、負載慣量、慣量比和間隙，都是使傳動機構位置穩(wěn)定時間惡化的關聯(lián)因素。位置穩(wěn)定時間，是指從指令動作結束與機構實際停止之間的延遲。減少這種延遲對于許多具有短程動作的應用尤其重要。等待機器停止，可能占到整個周期相當大的一部分。

請記住，這些傳動機構的位置由旋轉伺服電機的編碼器測量。編碼器可以顯示負載以較短的時間穩(wěn)定下來。這意味著編碼器已停止移動。負載可能仍在運動中，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，在直接驅動電機中，編碼器本質上是固定在負載本身上的，報告負載的真實穩(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動電機的穩(wěn)定時間，同時還需要盡可能的減輕源自負載本身的振動。

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

編碼器可能表示負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。負載可能仍在運動中但尚未穩(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。在直接驅動電機中，編碼器基本上是固定在負載本身上，用于報告負載的真實穩(wěn)定時間。

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