伺服油压与伺服马达之比较2.doc

伺服油壓與伺服馬達之比較能量轉換效率：油壓控制的能量轉換原理基本上是由電氣能經由油壓馬達變成旋轉之機械能再由旋轉之機械能帶動油壓幫浦轉成油壓能此後經過P、Q閥及方向閥的控制後送至油壓缸由油壓缸負責轉成直線運動之推力促使機械本體致動。因能量每經過一次轉換即會產生一次損失這些損失一但產生即會轉變成熱且經由熱量消耗掉而且額外產生的熱量又必須經由冷卻系統來處理因此以能量轉換的觀點而言油壓式控制是比較沒有效率的機械能量轉換裝置。反觀伺服馬達控制其能量轉換是由電氣能經由電動伺服馬達變成旋轉之機械能再經滾珠導螺杆帶動產生直線運動之推力促使機械本體致動如此一來能量轉換次數減少；且熱量的產生亦相對降低且冷卻系統同時也省略掉因此能源效率自然提升。傳統油壓傳動機械具有油壓控制損失(△P)、管損、閥阻等流動損失以及泵浦之容積效率、摩擦損失等等且尤其在高流量時特別明顯同時油壓系統在待機狀態下亦仍有上列損失。而伺服馬達在待機時不轉動且運轉時無法流動損失控制損失問題且磁滯損失極低。因此能源損耗低而且與速度無關。伺服馬達系列大都使用BallScrew將伺服馬達的旋轉運動轉成直線運動而BallScrew之摩擦阻力遠低於油壓缸且無任何冷卻系統因此整體效率而言遠遠超過油壓機械。伺服馬達優點伺服馬達控制之主要致動元件是交流同步伺服馬達而伺服馬達的控制特性為低噪音、慣性低、啟動阻力小、加減速特性控制容易無液壓泵浦脈衝問題、氣泡問題、泄壓聲等因此更容易設定啟動及停止斜率因此啟動振動低。既無油壓缸因此無漏油問題亦無油氣問題對於高潔淨要求產品很有幫助（通常亦需黃油Grease潤滑曲手軸心、BallScrew、軸承等但其揮發性低甚至有不具揮發性之Grease）相對提高系統的潔淨性。伺服馬達輸出功率恆定以負載10噸為例：伺服馬達可恆定0~10噸之力量精度液壓伺服受到油壓回路之影響在1~10噸的力量輸出精度沒問題而1噸以下之力量輸出精度則受到油管影響。液壓伺服優點液壓伺服系統又名液壓隨動系統也叫液壓控制系統。液壓伺服系統以其優良的動態性能著稱尤其對於直線運動的控制物件它的優勢更加突出因此被廣泛的應用於航空、航太、武器控制、機械、冶金等部門。同機電伺服系統、氣動伺服系統相比較液壓伺服系統具有以下的突出特點以致成為採用液壓系統而不採用其他控制系統的主要原因：功率－重量比大。在同樣功率的控制系統中液壓系統體積小重量輕。這是因為對機電元件例如電動機來說由於受到激磁性材料飽和作用的限制單位重量的設備所能輸出的功率比較小。液壓系統可以通過提高系統的壓力來提高輸出功率這時只受到機械強度和密封技術的限制。在典型的情況下發電機和電動機的功率比僅為16.8W/N而液壓泵和液壓馬達的功率－重量比為168W/N是機電元件的10倍。這個特點在許多場合下在採用液壓伺服而不採用其他伺服系統的重要原因也是直線運動系統控制系統中多用液壓系統的重要原因。例如在航空、特別是導電、飛行器的控制中液壓伺服系統得到了很廣泛的應用。幾乎所有的中遠端導彈的控制系統都是採用液壓控制系統。力矩慣量比大。一般回轉式液壓馬達的力矩慣量比是同容量電動機的10倍至20倍一般液壓馬達為61x10Nm/Kgm2。力矩慣量比大意味著液壓系統能夠產生大的加速度也意味著時間常數小回應速度快具有優良的動態性能。因為液壓馬達或者電動機消耗的功率一部分來克服負載另一部分消耗在加速液壓馬達或者電動機本身的轉子。所以一個執行元件是否能夠產生所希望的加速度能否給負載以足夠的實際功率主要受到它的力矩慣量比的限制。這個特點也是許多場合下採用液壓系統而不是採用其他控制系統的重要原因。例如火箭炮武器的防空系統中要求平臺有極大的加速度具有很高的回應頻率這個任務只有液壓系統可以勝任。液壓伺服系統很容易通過液壓缸實現大功率的直線伺服驅動而且結構簡單。若採用以電動機為執行元件的機電系統則需要通過齒輪齒條等裝置將旋轉運動變換為直線運動從而結構邊的複雜而且會因為傳動鏈的間隙而帶來很多問題；若採用直線式電機體積重量將大大增加。從力－品質比來說支流直線式電動機的力－品質比為130N/Kg而直線式液壓馬達（油缸）的力－品質比是13000N/Kg是電機元件的100倍。所以在負載要求做直線運動的伺服系統中液壓系統比機電系統有著明顯的優勢。液壓伺服的剛度比較大。在大的後坐力或衝擊震動下如不採用液壓系統有可能導致整體機械結構的變形或損壞。特別是在導彈發射或火箭炮發射時候由於瞬間衝擊波比較大為了保證整個系統的穩定以及安全性必須採用液壓伺服系統技術。由於液壓缸可以裝載溢流閥所以在大的震動和衝擊下可以有溢流作用保證了整個系統的安全和穩定性。液壓控制系統的缺點：使用不方便維護困難。在研製過程中經常需要增添或者更換甚至去掉一些元件修改一些管路；在使用過程中一旦出現故障需要檢測和排除故障不可避免的要