直驱电机选型与应用指南（二）

6、皮带刚性

在基于皮带的传输中，伺服联轴器将输出皮带轮连接到旋转负载。负载的重量由环形轴承支撑。皮带和皮带轮的比例，实际上被限制在 3:1 左右，如果超过该比例，皮带的角度会导致与驱动皮带的皮带轮的表面接触过少。尝试多级皮带轮或过长的皮带来改善这种情况通常不切实际。相反，伺服电机通常尺寸较大，以达到低速应用所需的扭矩。在图 7中，随着电机开始转动，皮带首先根据其弹簧常数偏摆。然后在负载最终移动之前，联轴器也会偏摆。电机联轴器、负载联轴器和长机器轴也会导致刚性损失。

▲随着电机开始转动，皮带首先根据其弹簧常数偏摆。然后在负载最终移动之前，联轴器也会偏摆。

7、齿轮刚性

对于齿轮驱动的变速器，伺服联轴器将齿轮箱输出连接到旋转负载。负载的重量再次由环形轴承支撑。行星齿轮箱和多级齿轮箱通常是低间隙和高刚性应用的首选。

齿轮箱的刚性比皮带高得多，但原理相同。电机拖动输入齿轮，该齿轮偏摆，从而带动输出齿轮，该输出齿轮也发生一定程度的偏摆。与负载的耦合可能偏摆最大。

▲电机联轴器、负载联轴器和长机器轴也会导致刚性损失。

8、直驱刚性

直接驱动电机绕过所有传输组件及其柔性以及相关的谐振频率。直接驱动电机通常配置非常大的轴承，以增加轴向和径向负载能力。这并不是说没有谐振。

谐振频率仍然可以由负载本身产生，或者通过电机和负载之间的任何安装板或延伸部分产生。电机的定子和机架之间甚至会产生共振，就像在基于传输的系统中发现的那样。但是直接驱动系统的高刚性，会导致超出运行系统允许的高谐振频率。

9、负载惯量和加转速度

谐振频率也是负载惯量和电机惯量的函数。在关键性能指标中，这被称为负载与电机惯量比。伺服系统的负载与电机惯量比通常小于10:1，以便通过弹性联轴器对电机的负载进行可接受的控制。

直接驱动应用不使用弹性联轴器，因此可以支持更高的惯量比。尽管如此，负载惯量对于直接驱动电机来说还是很重要的，因为根据牛顿第二定律，它会限制加速度和减速度，还会影响轴承寿命。直接驱动电机的低摩擦意味着几乎所有停止移动负载的动力，都必须由电子驱动系统提供，这也会限制最大负载。

▲直接驱动电机的低摩擦意味着几乎所有停止移动负载的动力，都必须由电子驱动系统提供，这也会限制最大负载。

10、间隙和旋转驱动变速器

旋转驱动变速器的性能受到间隙的影响。当机构反转时，会造成空转。齿轮箱在驱动链轮和输出链轮之间，有一定的间隙。对于皮带系统，间隙发生在皮带和皮带轮的齿之间。

制造商已经开发出方法来减少驱动传输中的间隙，并在控制系统中对其进行电子补偿。但总会有一定程度的间隙，而且随着传输机构的磨损，它往往会变得更糟。结果是，负载的位置不能完全由电机编码器的位置确定。并且由于在反转时负载会在短时间内与电机断开连接，它还可能导致调谐不稳定和噪声运营。

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由于在反转时，负载会在短时间内与电机断开连接，间隙会导致调谐不稳定和噪声运行。直接驱动电机是唯一可以实现零间隙的旋转驱动机构。由于电机与负载直接相连，因此电机编码器测得的负载位置更接近负载本身。

11、位置稳定时间

刚性、负载惯量、惯量比和间隙，都是使传动机构位置稳定时间恶化的关联因素。位置稳定时间，是指从指令动作结束与机构实际停止之间的延迟。减少这种延迟对于许多具有短程动作的应用尤其重要。等待机器停止，可能占到整个周期相当大的一部分。

请记住，这些传动机构的位置由旋转伺服电机的编码器测量。编码器可以显示负载以较短的时间稳定下来。这意味着编码器已停止移动。负载可能仍在运动中，尚未稳定或正经历振动和振荡。

传输系统的刚性和间隙会干扰通过编码器测量的稳定时间。然而，在直接驱动电机中，编码器本质上是固定在负载本身上的，报告负载的真实稳定时间。由于其高刚性和零间隙，通过良好的调整可以显著减少直接驱动电机的稳定时间，同时还需要尽可能的减轻源自负载本身的振动。

齿轮箱和皮带可实现的稳定时间，通常受到机械刚性和间隙水平的影响，齿轮箱的性能通常优于皮带。这些机构的位置是通过旋转伺服电机的编码器测量的。

编码器可能表示负载已以较短的建立时间稳定，但它的真正含义是编码器已停止移动。负载可能仍在运动中但尚未稳定，或者可能正在经历振动。

传动装置的刚性和间隙会干扰通过编码器测量稳定时间。在直接驱动电机中，编码器基本上是固定在负载本身上，用于报告负载的真实稳定时间。

▲位置稳定时间是移动指令结束与机构停止之间的延迟。减少延迟，对于许多具有短程动作的应用尤其重要。等待机器停止，可能占整个周期相当大的一部分。