史蒂夫·迈耶
Steve Meyer是总统扎实技术
严格来说，采用反馈的任何控制要素都是伺服。因此，当它与电动机结合使用时，术语“伺服额定值”均值是什么意思？如果与变速箱一起使用，那么这是否意味着变速箱必须具有内部反馈设备？
如图所示，不能从电机上的编码器测量或控制齿轮箱中的丢失运动。通常，使用替代控制结构，通常称为“轴和半”，因为相同的轴使用两个反馈设备，一个用于电动机/放大器，并且在负载处。然后，负载位置基于由第二反馈设备测量的实际位置，“半轴”。
在其187页的标准文档,工业控制和系统:运动/位置控制电机、控制和反馈设备,国家电气制造商协会定义了一个伺服电机作为“一个电动马达,采用反馈的目的与生产机械功率伺服机制的执行所需的运动。”这个定义与之前关于使用反馈的定义是一致的。
略有不同的观点将是将运动控制的所有方面视为“行为”。位置行为或速度行为是否会产生所需的运动？NEMA定义提示在这方面提及“伺服机制的所需运动”。
如果所需的运动需要两个或更多个轴的紧密协调，如在绘制-A圆的应用中，那么运动轮廓需要速度和位置行为。位置反馈的精度，电机/放大器中的速度反馈，控制系统的刷新率将定义可以精确地生成圆形路径。
因此，我们可以将“伺服额定”电机定义为使用反馈更准确地控制其速度或位置的电机。电动机设计的其他特性，如高极计数，变得重要，因为它们影响了许多级别的电机的精度。高极计数意味着对于给定的电动机直径，圆圈中有更多的磁极。
步进电机在其转子上有50个磁极，定子中有4个电磁杆，这相互作用，每次旋转产生200步位置，使它们非常准确。
与A 5：1螺距螺杆相结合，阶梯电机可以产生0.001英寸。无需反馈的线性运动，这使得它们可以轻松地使用许多精度
应用程序。
随着加工吞吐量的增加，每分钟更多零件（或小时）也转化为对电机和电气系统的更高性能的需求。了解所需响应能力的常见度量是带宽。在这种应用中，带宽是系统响应变化条件的能力。10 Hz的速度控制带宽对于大多数开放环路交流驱动器，意味着负载的变化可以在秒的1/10中得到补偿。伺服电机的带宽额定值通常为500至2000 Hz。
“绘制圆圈”要求可能是相当简单的，小负载和大量时间。但随着速度或负荷增加，设备对设备的要求呈指数增长。
伺服传动与齿轮传动相结合
关于齿轮箱，术语“伺服额定”意味着齿轮箱产品适用于伺服电机。如果系统的所需行为是位置，那么齿轮箱精度，定义为丢失或间隙是有意义的，成为了性能的重要标准。但齿轮箱更精确，它越贵。因此，您必须仔细平衡精度抵御组件的成本。精度始终是运动控制中的组件，无论是在半导体过程中控制大型液压致动器的十分之一英寸或一英寸。
有趣的是，美国齿轮制造商协会没有标准或指导方针，承认“伺服额定”的术语或齿轮设计意图使用伺服电机。即使精密行星齿轮箱和其他设计是“伺服评级”，AGMA评级齿轮设计严格从齿轮本身的几何形状，无论是正齿轮，螺旋齿轮，螺旋锥齿轮或其他。AGMA不提供定义“伺服额定”齿轮设计的指南。
AGMA和大多数齿轮箱供应商使用称为“服务因子”的传统评级方法来评估齿轮箱的操作条件，以确保长期的经营寿命。服务因子涉及电机将启动和停止的次数，以及在二十四小时内运行的小时数。热量和冲击载荷适用于限制变速箱的寿命，服务因素有助于调整环境条件。然而，评级系统仅限于设计用于传统恒速交流电机设计的齿轮减速器。
图1:
变速箱和反馈组合并不常见的做法，但是一些供应商提供集成的反馈，以帮助解决从电机反馈控制位置的问题。
图2：
对于变速箱失去运动无法测量或控制的情况，您可以使用“轴和半”配置。一个轴使用两个反馈装置，一个用于电机，一个用于负载，使负载位置基于第二反馈装置测量的实际位置。
在工业革命的早期，齿轮箱的主要作用是速度匹配，有时是用皮带和滑轮来完成。这暗示了最重要的问题时，评估变速箱伺服应用;输入电机转速。传统交流电机的运行速度是线路频率(60hz)的数倍。最常见的电机是1800转。因此，大多数变速箱都被设计成在这些输入速度下运行。可能因为这个，早期的直流电动机，可以被设计为任何基础速度所需，也被设计为速度2000转，以便他们将兼容现有的变速箱设计。
由于伺服电机设计具有较高的扭矩密度，更较小的高杆计数电动机在更多RPMS可以在更少的RPM下进行较大电机的工作。这与汽车发动机设计中的演变完全类似。我们运行更高的RPM较小的发动机，以获得更多的燃油效率，而不是较低的RPM的“旧学校”大型发动机。这里的连接是工作马力的衡量标准 - 我们将在未来的文章中详细处理。
马力是一种普遍的工作衡量标准，所以所以完全基于马力的设备可以导致问题。将6000 rpm伺服电机放入2000 rpm额定齿轮箱中会导致麻烦。然而，较新的变速箱设计被评定为更高的输入速度。因此，与变速箱设计有关的“伺服额定值”术语将具有一些特殊的含义，最有可能在高输入RPM下运行变速箱。
伺服额定术语也意味着齿轮箱更准确;也就是说，它表现出很少的间隙。伺服电机的共同行为是定位的。齿轮箱中的精度是基于输出轴角度的测量。传统的齿轮箱可以在输出轴处具有几度的间隙，但是由于大多数应用是单向（传送带等），因此在启动时占用了反斜杠，并且不是考虑因素。由于我们正在谈论高精度装置，因此角度测量通常是弧分钟（1/60度），有时弧秒（弧形分钟的1/60）。
伺服电机继续为高速而设计，对变速箱制造商提出了更好的性能要求。这种现象有时是由于需要在目标设计中减小尺寸和重量。一些应用程序将继续推动不断提高的功率大小要求，因此我们可以预期这一趋势将继续下去。
本文的一些材料由Cone Drive Textron的Mitch Machelski提供;AGMA的查理·费舍尔;以及约翰·马祖凯维奇(Baldor)。
快速评估清单
以下是评估电机和其他机械系统时需要考虑的几个因素。
检查您的供应商的评级。信息并不总是在目录的首页上，具体要求评级基础是您正在考虑的零件。如果您使用调整程序来评估零件，请确保明确定义评级和占空比要求。
电机是传感器电能输入到机械能输出。热量始终是副产品。实际运行需要至少四小时以达到热平衡。确保伺服电机供应商在施胶软件中注入了热性能。
当比较几个供应商时，请注意，每个制造商都有不同的评级技术。使用来自每个供应商的供应商提供的大小尺寸软件具有相同的应用程序数据来进行级别比较。这将确保您没有无意中误用了一个供应商与另一个供应商的评分。
关于变速箱，适用相同的规则。检查供应商是否输入速度额定值，并确保为应用程序预期的电机不超过额定值。如果他们这样做，请致电供应商。有时，目录数据非常保守，如果被问及，供应商可以确保超出印刷规范的性能。
附接的机械装置对于相同的属性，还应评估电动机和变速箱组合的输出。铅螺钉具有非常具体的加速度限制，称为“充满空调”，其限制了可以加速负载的快速。
皮带传动执行机构也可能根据所使用的滑轮的直径和皮带的弯曲半径，有速度或寿命限制。皮带供应商已经开发了许多巧妙的方法来提高皮带的性能，例如在皮带材料中的纤维复合材料，所以检查供应商，看看他们有什么可能会影响你的要求。
始终评估的工作周期和寿命。在许多情况下，决定新设备成功或失败的外部业务问题包括需要维护之前的操作时间。由供应商完成的占空比计算作为其尺寸软件的一部分，有助于确保设计将可靠地运行，并为您的客户提供持久的价值。
坚实的技术
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