伺服電機(jī)的選型計(jì)算及應(yīng)用案例介紹

1、伺服電機(jī)的選型及應(yīng)用案例介紹二，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的概念及計(jì)算方法三，伺服電機(jī)選型的原則四，伺服電機(jī)選型的步驟一，扭矩的概念及計(jì)算方法六，實(shí)例應(yīng)用講解五，與選擇相關(guān)的項(xiàng)目情況說(shuō)明一.力矩1.定義定義:使物體轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)產(chǎn)生變化的因素，即物體在受到不為零的外力矩作用下，原為靜止的將開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，原為轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)速將發(fā)生變化。2.扭矩：扭矩：轉(zhuǎn)動(dòng)力矩轉(zhuǎn)動(dòng)力矩又稱(chēng)為轉(zhuǎn)矩或扭矩。3.公式公式:力矩等于徑向矢量徑向矢量與作用力作用力的如右圖所示：欲讓門(mén)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，必須施加一外力F。施力點(diǎn)離轉(zhuǎn)軸越遠(yuǎn)越容易使門(mén)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)。平行于門(mén)面的分力對(duì)門(mén)的轉(zhuǎn)動(dòng)沒(méi)有效果，只有垂直于門(mén)面的分力才能讓門(mén)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)。力矩的符號(hào)經(jīng)常用T表示。單位N

2、 mT=rFsin =有效作用力有效作用力x力臂力臂 4.電機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩（轉(zhuǎn)矩）公式電機(jī)轉(zhuǎn)速和扭矩（轉(zhuǎn)矩）公式扭矩公式：扭矩公式：T=9550P/nT是扭矩，單位Nm；P是輸出功率，單位KW；n是電機(jī)轉(zhuǎn)速，單位r/min扭矩公式：扭矩公式：T=973P/nT是扭矩，單位kgm；P是輸出功率，單位KW；n是電機(jī)轉(zhuǎn)速，單位r/min5.扭矩扭矩計(jì)算計(jì)算TFr電機(jī)轉(zhuǎn)矩T （N.m）滑輪半徑r （m）提升力F （N）F= Tr經(jīng)過(guò)減速機(jī)提升后的提升力為：F=1/RTFrTr RF1/RPBTFPBT6.電機(jī)帶動(dòng)絲桿扭矩計(jì)算電機(jī)帶動(dòng)絲桿扭矩計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)矩T （N.m）螺桿導(dǎo)程PB （m）推力F （N）F=

3、T P2經(jīng)過(guò)減速機(jī)提升后的提升力為：F=T2P R二.轉(zhuǎn)動(dòng)慣量1.定義定義:是剛體繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)慣性的量度。通常以字母I或J來(lái)表示。單位為kgm2.與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量有關(guān)的因素與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量有關(guān)的因素：1.剛體的總質(zhì)量 2.質(zhì)量分布3.轉(zhuǎn)軸的位置1r3r2r1m2m3m轉(zhuǎn)軸3.轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算：（1）單個(gè)質(zhì)點(diǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量: J=mrJ=mr2 2（2）質(zhì)量離散分布剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:jjjJm r2 m rm r221 12 2（3）質(zhì)量連續(xù)分布剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:Jrm2d dm:質(zhì)量元常見(jiàn)剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量常見(jiàn)剛體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量2mrJ 2/2mrJ 2/ )(2221rrmJ2/2mrJ 2/2mrJ 12

4、/2mlJ 5/22mrJ 3/22mrJ 三.伺服電機(jī)的選型原則 連續(xù)工作扭矩 伺服電機(jī)額定扭矩 瞬時(shí)最大扭矩 伺服電機(jī)最大扭矩 (加速時(shí)) 慣量比 電機(jī)規(guī)定的慣量比 連續(xù)工作速度 電機(jī)額定轉(zhuǎn)速四.伺服電機(jī)選型步驟1.1.確定機(jī)構(gòu)部確定機(jī)構(gòu)部次外，還要確定各機(jī)構(gòu)零件（滾珠絲桿的長(zhǎng)度，導(dǎo)程和帶輪直徑等）的細(xì)節(jié)機(jī)構(gòu)部典型示例機(jī)構(gòu)部典型示例2.2.確定運(yùn)轉(zhuǎn)模式確定運(yùn)轉(zhuǎn)模式加減速時(shí)間、勻速時(shí)間、停止時(shí)間、循環(huán)時(shí)間、移動(dòng)距離等。注：運(yùn)轉(zhuǎn)模式對(duì)電機(jī)的容量選擇有很大的影響。除了特別需要的情況，加減速時(shí)間、停止時(shí)間盡量取得大點(diǎn)，就可以選擇小容量的電機(jī)3.3.計(jì)算負(fù)載慣量和慣量比計(jì)算負(fù)載慣量和慣量比結(jié)合各機(jī)構(gòu)

5、部計(jì)算負(fù)載慣量。（請(qǐng)參照普通的慣量及其計(jì)算方法）并且用所選的電機(jī)的慣量去除負(fù)載慣量，計(jì)算慣量比。4.4.計(jì)算轉(zhuǎn)速計(jì)算轉(zhuǎn)速根據(jù)移動(dòng)距離、加減速時(shí)間、勻速時(shí)間計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)速。5.5.計(jì)算轉(zhuǎn)矩計(jì)算轉(zhuǎn)矩根據(jù)負(fù)載慣量和加減速時(shí)間、勻速時(shí)間計(jì)算所需的電機(jī)轉(zhuǎn)矩。6.6.選擇電機(jī)選擇電機(jī)選擇能滿足以上35項(xiàng)條件的電機(jī)。五.和選擇相關(guān)的項(xiàng)目說(shuō)明1.轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩 a 峰值轉(zhuǎn)矩運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中（主要是加減速時(shí)）電機(jī)所需的最大轉(zhuǎn)矩，通常為電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩的80%以下。 b 移動(dòng)轉(zhuǎn)矩電機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)所需的轉(zhuǎn)矩。通常為電機(jī)的額額定轉(zhuǎn)矩定轉(zhuǎn)矩的80%以下。各機(jī)構(gòu)移動(dòng)轉(zhuǎn)矩的計(jì)算公式： c 有效轉(zhuǎn)矩運(yùn)轉(zhuǎn)、停止全過(guò)程所需轉(zhuǎn)矩的平方平均值的

6、單位時(shí)間數(shù)值，通常為電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩的80%以下。2.轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速最高轉(zhuǎn)速通常要在額定轉(zhuǎn)速以下。需使用電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速時(shí)，應(yīng)注意轉(zhuǎn)矩和溫度的上升。3.慣量比慣量比慣量比是用電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量去除負(fù)載慣負(fù)載慣量量的數(shù)值。按照通常的標(biāo)準(zhǔn)，750W以下的電機(jī)為20倍以下，1000W以上的電機(jī)為10倍以下，若要求快速響應(yīng)，則需更小的慣量比。反之，如果加速時(shí)間允許數(shù)秒，就可以采用更大的慣量比。六.實(shí)例應(yīng)用講解案例案例1已知：負(fù)載重量WA=10kg，螺桿螺距BP=20mm，螺桿直徑BD=20mm，螺桿長(zhǎng)BL=0.5m，機(jī)械效率=0.9，摩擦系數(shù)=0.1，負(fù)載移動(dòng)距離0.3m，加減速時(shí)間ta=td

7、=0.1s，勻速時(shí)間tb=0.8s，靜止時(shí)間t4=1s。聯(lián)軸器的慣量Jc= 10 x10-6 kg.m2 .請(qǐng)選擇滿足負(fù)載需求的最小功率伺服電機(jī)。1.滾珠絲桿的質(zhì)量滾珠絲桿的質(zhì)量：Bw=xV=7.9*103*(0.02/2)2*0.5 =1.24kg 2.負(fù)載部分的慣量負(fù)載部分的慣量：JL=JC+JB=JC+BW*BD2/8+WA*BP2/42 =0.00001+(1.24*0.022)/8+10*0.022/42 =1.731.73* *1010-4-4kg.m2 3.預(yù)選電機(jī)預(yù)選電機(jī)若選200W,則JM= 0.140.14* *1010-4-4kg.m2 4.慣量比慣量比JL /JM =1

8、.73/0.14 =12.330 5.最高速度最高速度 Vmax S=1/2*ta*Vmax+tb*Vmax+1/2*td*Vmax0.3=1/2*0.1*Vmax+0.8*Vmax+1/2*0.1*VmaxVmax=0.334m/s所以 N N=0.334/0.02=16.7r/s =16.7*60=1002r/min3000r/min6.計(jì)算轉(zhuǎn)矩計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tf=Bp/2*(gWA+F) =0.02/2*0.9(0.1*9.8*10+0)=0.035N.M移動(dòng)轉(zhuǎn)矩移動(dòng)轉(zhuǎn)矩加速時(shí)轉(zhuǎn)矩加速時(shí)轉(zhuǎn)矩Ta=(JL+JM)*2N/加速時(shí)間+移動(dòng)轉(zhuǎn)矩 =0.231N.M減速時(shí)轉(zhuǎn)矩減速時(shí)轉(zhuǎn)矩Td=(JL+JM)*2N/加速時(shí)間-移動(dòng)轉(zhuǎn)矩 =0.161N.M7.確認(rèn)最大轉(zhuǎn)矩確認(rèn)最大轉(zhuǎn)矩加速時(shí)轉(zhuǎn)矩=Ta=0.2