伺服馬達的選用設(shè)計和轉(zhuǎn)動慣量的計算PPT課件

1,.,文章主要介紹了在實際應(yīng)用中對于需要選多大功率的伺服電機，用一個實例的計算過程和計算公式給大家參考。,2,.,物理概念及公式,3,.,力矩與轉(zhuǎn)動方程式,力矩：力矩的意義：使物體轉(zhuǎn)動狀態(tài)產(chǎn)生變化的因素，即當物體受到不為零的外力矩作用，原為靜止的將開始轉(zhuǎn)動，原來已在轉(zhuǎn)動的，轉(zhuǎn)速將產(chǎn)生改變。,力矩的定義：考慮開門的情況，如右圖，欲讓門產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，必須施一外力F。施力點離轉(zhuǎn)軸愈遠愈容易使門轉(zhuǎn)動。而外力平形於門面的分力對門的轉(zhuǎn)動並無效果，只有垂直於門面的分力能讓門轉(zhuǎn)動。綜合以上因素，定義力矩，以符號表示。,4,.,力矩的單位：S.I.制中的單位為牛頓公尺（Nm）力矩的方向與符號：繞固定軸轉(zhuǎn)動的物體，力矩可使物體產(chǎn)生逆時鐘方向，或順時鐘方向的轉(zhuǎn)動。因此力矩為一維向量。力矩符號規(guī)則一般選取如下：,轉(zhuǎn)動方程式：考慮一繞固定軸轉(zhuǎn)動的剛體（如右圖）。距離轉(zhuǎn)軸為r處的一質(zhì)量為m的質(zhì)點，受到一力量F的作用，根據(jù)切線方向的牛頓第二運動定律,5,.,將剛體看成是由許多質(zhì)點所構(gòu)成，則每一質(zhì)點都滿足類似的方程式,左邊的合力矩只需考慮外力所產(chǎn)生的力矩，由內(nèi)力所產(chǎn)生的力矩將會兩兩互相抵消，如右上圖所示。括號中的量稱為剛體的轉(zhuǎn)動慣量，以符號I表示,F,m,則上面導出的轉(zhuǎn)動方程式可寫成,6,.,此方程式為繞固定軸轉(zhuǎn)動的剛體所必須遵守的基本力學方程式，類似於移動力學中的牛頓第二運動定律。合外力對應(yīng)到合外力矩，質(zhì)量對應(yīng)到轉(zhuǎn)動慣量，加速度對應(yīng)到角加速度。,轉(zhuǎn)動慣量在轉(zhuǎn)動力學中的角色就像質(zhì)量在移動力學中所扮演的角色，即轉(zhuǎn)動慣量越大的剛體角速度越不容易產(chǎn)生變化。剛體的轉(zhuǎn)動慣量與其轉(zhuǎn)軸的位置與質(zhì)量的分布有關(guān)。剛體的質(zhì)量如呈連續(xù)的分布，則轉(zhuǎn)動慣量必須以積分計算。,圓盤,圓球,圓柱,薄圓環(huán),7,.,F=,扭矩計算,1/R,T,T,電機轉(zhuǎn)矩T（N.m）滑輪半徑r（m）提升力F（N）,T,經(jīng)過減速機后的提升力F=R,r,F,F,r,r,r,T,8,.,扭矩計算,F,1/R,PB,F,PB,T,T,電機轉(zhuǎn)矩T（N.m）螺桿導程PB（m）推力F（N）,9,.,慣量計算,一、負載旋轉(zhuǎn)時慣量計算JL（）（以電機軸心為基準計算轉(zhuǎn)動慣量）,實心圓柱,空心圓柱,L（m）,D（m）,L（m）,D1（m）,JKMK（D02D12）,8,1,經(jīng)過減速機之后的轉(zhuǎn)動慣量JL,R,JK,JKMKD,8,1,1/R,D0（m）,10,.,慣量計算,M,1/R,PB,直線運動部分JKM（）,2,PB,經(jīng)過減速機之后的轉(zhuǎn)動慣量JL,R,JK,二、負載直線運動時慣量計算JL（）（以電機軸心為基準計算轉(zhuǎn)動慣量）,11,.,慣量計算,三、皮帶類傳動時慣量計算JL（）（以電機軸心為基準計算轉(zhuǎn)動慣量）,M3,M2,M1,r1,r2,電機轉(zhuǎn)矩T（N.m）小輪1質(zhì)量M1(kg)小輪1半徑r1(m)小輪2質(zhì)量M2(kg)小輪2半徑r2(m)重物質(zhì)量M3(kg)減速比r1/r2=1/RJL=1/2*M1*r12+(1/2*M2*r22)/R2+M3*r12JL=1/2*M1*r12+1/2*M2*r12+M3*r12,12,.,伺服選型原則,連續(xù)工作扭矩伺服電機額定扭矩瞬時最大扭矩伺服電機最大扭矩(加速時)負載慣量25輸出轉(zhuǎn)速=2000/25=80rpm，滿足要求。這種傳動方式阻力很小，忽略扭矩計算。,15,.,舉例計算1,這種傳動方式與前一種傳動方式相同，選型時主要考慮負載慣量的計算，計算公式也與前面相同。總結(jié)：轉(zhuǎn)動型負載主要考慮慣量計算。,16,.,舉例計算2,M,1:R1,已知：負載重量M=50kg，同步帶輪直徑D=120mm，減速比R1=10，R2=2，負載與機臺摩擦系數(shù)=0.6，負載最高運動速度30m/min，負載從靜止加速到最高速度時間200ms，忽略各傳送帶輪重量，驅(qū)動這樣的負載最少需要多大功率電機？,D,1:R2,17,.,舉例計算2,1.計算折算到電機軸上的負載慣量JL=M*D2/4/R12=50*144/4/100=18kg.cm2按照負載慣量6kg.cm2,2.計算電機驅(qū)動負載所需要的扭矩克服摩擦力所需轉(zhuǎn)矩Tf=M*g*(D/2)/R2/R1=50*9.8*0.6*0.06/2/10=0.882N.m加速時所需轉(zhuǎn)矩Ta=M*a*(D/2)/R2/R1=50*(30/60/0.2)*0.06/2/10=0.375N.m伺服電機額定轉(zhuǎn)矩Tf，最大扭矩Tf+Ta,18,.,舉例計算2,3.計算電機所需要轉(zhuǎn)速N=v/(D)*R1=30/(3.14*0.12)*10=796rpm根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析，最小可以選擇ECMA-G31306ES電機。,19,.,舉例計算3,已知：負載重量M=200kg，螺桿螺距PB=20mm，螺桿直徑DB=50mm，螺桿重量MB=40kg，摩擦系數(shù)=0.2，機械效率=0.9，負載移動速度V=30m/min，全程移動時間t=1.4s，加減速時間t1=t3=0.2s，靜止時間t4=0.3s。請選擇滿足負載需求的最小功率伺服電機。,M,20,.,舉例計算3,1.計算折算到電機軸上的負載慣量重物折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量JW=M*(PB/2)2=200*(2/6.28)2=20.29kg.cm2螺桿轉(zhuǎn)動慣量JB=MB*DB2/8=40*25/8=125kg.cm2總負載慣量JL=JW+JB=145.29kg.cm2,2.計算電機轉(zhuǎn)速電機所需轉(zhuǎn)速N=V/PB=30/0.02=1500rpm,21,.,舉例計算3,3.計算電機驅(qū)動負載所需要的扭矩克服摩擦力所需轉(zhuǎn)矩Tf=M*g*PB/2/=200*9.8*0.2*0.02/2/0.9=1.387N.m重物加速時所需轉(zhuǎn)矩TA1=M*a*PB/2/=200*(30/60/0.2)*0.02/2/0.9=1.769N.m螺桿加速時所需要轉(zhuǎn)矩TA2=JB*/=JB*(N*2/60/t1)/=0.0125*(1500*6.28/60/0.2)/0.9=10.903N.m加速所需總轉(zhuǎn)矩TA=TA1+TA2=12.672N.m,22,.,舉例計算3,3.計算電機驅(qū)動負載所需要的扭矩另一種計算所需加速扭矩的方法：TA=2*N*(JW+JB)/(60*t1)/=6.28*1500*0.014529/12/0.9=12.672N.m計算瞬時最大扭矩：加速扭矩Ta=TA+Tf=14.059N.m勻速扭矩Tb=Tf=1.387N.m減速扭矩Tc=TATf=11.285N.m實效扭矩Trms=sqrt(Ta2*t1+Tb2*t2+Tc2*t3)/(t1+t2+t3)=sqrt(14.0592*0.2+1.3872*1+11.2852*0.2)/(0.2+1+0.2)=sqrt(39.531+1.924+25.47)/1.4=6.914N.m,23,.,舉例計