9.5.3 定义伺服电动机

2025年09月26日

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9.5.3 定义伺服电动机

伺服电动机可以单一自由度在两个主体之间强加某种运动。添加伺服电动机，是为机构运行作准备。定义伺服电动机时，可定义速度、位置或加速度与时间的函数关系，并可显示运动的轮廓图。常用的函数有下列几种：

●常量：y=A，其中A=常量；该函数类型用于定义恒定运动。

●斜插入：y=A+B*t，其中A=常量，B=斜率；该类型用于定义恒定运动或随时间成线性变化的运动。

●余弦：y=A*cos（2*Pi*t/T+B）+C，其中A=振幅，B=相位，C=偏移量，T=周期；该类型用于定义振荡往复运动。

●摆线：y=L*t/T L*sin（2*Pi*t/T）/2*Pi，其中L=总上升数，T=周期；该类型用于模拟一个凸轮轮廓输出。

●表：通过输入一个表来定义位置、速度或加速度与时间的关系，表文件的扩展名为.tab，可以在任何文本编辑器创建或打开。文件采用两栏格式，第一栏是时间，该栏中的时间值必须从第一行到最后一行按升序排列；第二栏是速度、加速度或位置。

可以在连接轴或几何图元（如零件平面、基准平面和点）上放置伺服电动机。对于一个图元，可以定义任意多个伺服电动机。但为了避免过于约束模型，要确保进行运动分析之前，已关闭所有冲突的或多余的伺服电动机。例如沿同一方向创建一个连接轴旋转伺服电动机和一个平面—平面旋转角度伺服电动机，则在同一个运行内不要同时打开这两个伺服电动机。可以使用下列类型的伺服电动机：

●连接轴伺服电动机——用于创建沿某一方向明确定义的运动。

●几何伺服电动机——利用下列简单伺服电动机的组合，可以创建复杂的三维运动，如螺旋或其他空间曲线。

☑平面—平面平移伺服电动机：这种伺服电动机是相对于一个主体中的一个平面来移动另一个主体中的平面，同时保持两平面平行。以两平面间的最短距离来测量伺服电动机的位置值。当从动平面和参考平面重合时，出现零位置。平面—平面平移伺服电动机的一种应用，是用于定义开环机构装置的最后一个链接和基础之间的平移。

☑平面—平面旋转伺服电动机：这种伺服电动机是移动一个主体中的平面，使其与另一主体中的某一平面成一定的角度。在运行期间，从动平面围绕一个参考方向旋转，当从动平面和参考平面重合时定义为零位置。因为未指定从动主体上的旋转轴，所以平面—平面旋转伺服电动机所受的限制要少于销钉或圆柱接头的伺服电动机所受的限制，因此从动主体中旋转轴的位置可能会任意改变。平面—平面旋转伺服电动机可用来定义围绕球接头的旋转。平面—平面旋转伺服电动机的另一个应用，是定义开环机构装置的最后一个主体和基础之间的旋转。

☑点—平面平移伺服电动机：这种伺服电动机是沿一个主体中平面的法向移动另一主体中的点。以点到平面的最短距离测量伺服电动机的位置值。仅使用点—平面伺服电动机，不能相对于其他主体来定义一个主体的方向。还要注意从动点可平行于参考平面自由移动，所以可能会沿伺服电动机未指定的方向移动，使用另一个伺服电动机或连接可锁定这些自由度。通过定义一个点相对于一个平面运动的x、y和z分量，可以使一个点沿一条复杂的三维曲线运动。

☑平面—点平移伺服电动机：这种伺服电动机除了要定义平面相对于点运动的方向外，其余都和点—平面伺服电动机相同，在运行期间，从动平面沿指定的运动方向运动，同时保持与之垂直。以点到平面的最短距离测量伺服电动机的位置值。在零位置处，点位于该平面上。

☑点—点平移伺服电动机：这种伺服电动机是沿一个主体中指定的方向移动另一主体中的点。可用到某一个平面的最短距离来测量该从动点的位置，该平面包含参考点并垂直于运动方向。当参考点和从动点位于一个法向是运动方向的平面内时，出现点—点伺服电动机的零位置。点—点平移伺服电动机的约束很宽松，所以必须十分小心，才可以得到可预期的运动。仅使用点—点伺服电动机，不能定义一个主体相对于其他主体的方向。实际上，需要六个点—点伺服电动机才能定义一个主体相对于其他主体的方向。使用另一个伺服电动机或连接可锁定一些自由度。

下面以实例介绍定义伺服电动机的一般过程。

Step1.单击功能选项卡区域中的“伺服电动机”按钮。

Step2.此时系统弹出图9.5.77所示的“伺服电动机定义”对话框，在该对话框中进行下列操作：

（1）输入伺服电动机名称。在该对话框的“名称”文本框中输入伺服电动机名称，或采用默认名。

（2）选择从动图元。在图9.5.78所示的模型上，可采用“从列表中拾取”的方法选取图中所示的连接轴Connection_1c.axis_1。

图9.5.77 “伺服电动机定义”对话框

图9.5.78 选取连接轴

注意：如果选取点或平面来放置伺服电动机，则创建的是几何伺服电动机。

（3）此时模型中出现一个洋红色的箭头，表明连接轴中从动图元将相对于参考图元移动的方向，可以单击按钮来改变方向，正确方向如图9.5.79所示。

（4）定义运动函数。单击对话框中的选项卡，在图9.5.80所示的选项卡界面中进行下列操作：

①选择规范。在区域的列表框中选择。

图9.5.80所示“轮廓”选项卡的下拉列表中的各项说明如下：

●——定义从动图元的位置函数。

——定义从动图元的速度函数。选择此选项后，需指定运行的初始位置，默认的初始位置为“当前”。

●——定义从动图元的加速度函数。选择此项后，可以指定运行的初始位置和初始速度，其默认设置分别为“当前”和0.0。

②定义位置函数。在区域的下拉列表中选择函数类型为，然后分别在A、B、C、T文本框中输入其参数值38、0、38、1。

图9.5.80 “轮廓”选项卡

Step3.单击对话框中的按钮，完成伺服电动机的定义。

说明：如果要绘制连接轴的位置、速度、加速度与时间的函数图形，可在对话框的“图形”区域单击按钮，系统弹出图9.5.81所示的函数图形窗口，在该窗口中单击按钮可打印函数图形；选择“文件”下拉菜单可按“文本”或EXCEL格式输出图形；单击该窗口中的按钮，系统弹出图9.5.82所示的“图形窗口选项”对话框，该对话框中有四个选项卡：、、和，选项卡用于修改图形Y轴的外观、标签和栅格线，以及更改图形的比例，如图9.5.82所示；选项卡用于修改图形X轴的外观、标签和栅格线，以及更改图形的比例；选项卡用于控制所选数据系列的外观及图例的显示，如图9.5.83所示；选项卡用于控制图形标题的显示，并可更改窗口的背景颜色，如图9.5.84所示。