富士伺服電機選型計算資料

附(1)機械系統(tǒng)的種類用可變速電機驅動的機械系統(tǒng)，一般有以下幾類。機構特點滾珠絲杠(直接連接)用于距離較短的高精度定位。電機和滾珠絲杠只用聯(lián)軸節(jié)連接，沒有間隙。滾珠絲杠(減速)選擇減速比，可加大向機械系統(tǒng)傳遞的轉矩。由于產(chǎn)生齒輪側隙，需要采取補償措施。齒條和小齒輪用于距離較長的(臺車驅動等)定位。小齒輪轉動一圈包含了π值，因此需要修正。同步皮帶(傳送帶)與鏈條比較，形態(tài)上的自由度變大。主要用于輕載。皮帶輪轉動一圈的移動量中包含π值，因此需要修正。將伺服系統(tǒng)用于機械系統(tǒng)中時，請注意以下各點。①減速比為了有效利用伺服電機的功率，應在接近電機的額定速度(最高旋轉速度)數(shù)值的范圍使用。在最高旋轉速度下連續(xù)輸出轉矩，還是比額定轉矩小。②預壓轉矩對絲杠加預壓力，剛性增強，負載轉矩值增大。由預壓產(chǎn)生的摩擦轉矩，請參照滾珠絲杠規(guī)格書。③保持轉矩升降機械在停止時，伺服電機繼續(xù)輸出保持力。在時間充裕的場合，建議使用保持制動。

機構特點鏈條驅動多用于輸送線上。必須考慮鏈條本身的伸長并采取相應的措施。在減速比比較大的狀態(tài)下使用，機械系統(tǒng)的移動速度小。進料輥將板帶上的材料夾入輥間送出。由于未嚴密確定輥子直徑，在尺寸長的物件上將產(chǎn)生誤差，需進行π補償。如果急劇加速，將產(chǎn)生打滑，送出量不足。轉盤分度轉盤的慣性矩大，需要設定足夠的減速比。轉盤的轉速低，多使用蝸輪蝸桿。主軸驅動在卷繞線材時，由于慣性矩大，需要設定夠的減速比。在等圓周速度控制中，必須把周邊機械考慮進來研究。

＜參考＞材質(zhì)密度材質(zhì)密度摩擦系數(shù)μ的目標值機構摩擦系數(shù)軌道和鐵車輪(臺車，吊車)0.05直線導軌0.05~0.2滾珠花鍵軸滾柱工作臺滾柱系統(tǒng)材質(zhì)材質(zhì)密度:kg/m3銅8.96×103黃銅8.54×103不銹鋼7.91×103鐵7.85×103鋁2.7×103聚縮醛1.43×103機械效率η的目標值機構機械效率臺式絲杠0.5~0.8滾珠絲杠0.9齒條和小齒輪0.8齒輪減速器0.8~0.95蝸輪減速器(起動)0.5~0.7蝸輪減速器(運行中)0.6~0.8皮帶傳動0.95鏈條傳動0.9(齒輪節(jié)圓直徑)模數(shù)(齒輪節(jié)圓直徑)(齒數(shù))(模數(shù))＝(齒數(shù))※※公制齒輪※模數(shù)※模數(shù)0.50.750.811.522.5345670.50.750.811.522.534567鏈條尺寸編號刻度編號刻度154.7628025.4256.3510031.75359.52512038.14012.714044.455015.87516050.86019.0518057.15

(2)容量選擇計算容量選擇計算，是由機械規(guī)格(構成)計算出必要的伺服電機容量的計算。容量選擇計算所需要的項目如下。負載負載慣性矩(機械系統(tǒng)的慣性矩)負載轉矩(驅動機械所需的轉矩)加速/減速時間運行模式一般地說，由于不能測定系統(tǒng)慣性矩和負載轉矩。因此，由機械的構成計算出近似值。容量選擇計算的次序如下。容量選擇流程圖繪制轉矩特性曲線計算負載慣性矩結束重新審定機械規(guī)格，變更運行模式計算再生電力計算實際的轉矩繪制轉矩特性曲線計算負載慣性矩結束重新審定機械規(guī)格，變更運行模式計算再生電力計算實際的轉矩計算最短加速/減速時間(計算加速/減速轉矩)臨時選定電機容量計算負載轉矩TL開始①由機械構成計算負載慣性矩。②由機械構成計算負載轉矩。③臨時選定電機容量。④確認最短加速/減速時間。指定時間時，計算必要的加速/減速轉矩。⑤由運行模式繪制轉矩特性曲線。⑥由轉矩特性曲線計算出實際轉矩。⑦如果實際轉矩(Trms)比額定轉矩(TR)小，則可按指定的運行模式運轉。⑧計算再生電力，必要時選擇再生電阻器。⑨在可能范圍內(nèi)，重新審定機械規(guī)格。

＜慣性矩計算＞?形狀?換算滾珠絲杠滾珠絲杠2BP12BP1××GL2＝J11032π××GL2＝J11032πWW:W:可動部分總重量[kg]BPBP:絲杠螺矩[mm]GLGL:減速比(無單位)齒條和小齒輪齒條和小齒輪·傳送帶·鏈條傳動2BP12BP1××GL21032π＝J1××GL21032π＝J1WWW:可動部分總重量[kg]小齒輪直徑[mm]D小齒輪直徑[mm]D:可動部分總重量[kg]:物體與旋轉軸的距離[mm]LW:通過物體重心的慣性矩GL:減速比(無単位)J:GL:減速比(無單位)W:物體的重量[kg]4鏈輪直徑[mm]D處在離開旋轉軸位置的某一物體的慣性矩(J4)求出慣性矩作為各自形狀之和。旋轉體·轉盤驅動進料輥GL:減速比(無單位):輥子直徑[mm]+W×可動部分總重量[kg]:物體與旋轉軸的距離[mm]LW:通過物體重心的慣性矩GL:減速比(無単位)J:GL:減速比(無單位)W:物體的重量[kg]4鏈輪直徑[mm]D處在離開旋轉軸位置的某一物體的慣性矩(J4)求出慣性矩作為各自形狀之和。旋轉體·轉盤驅動進料輥GL:減速比(無單位):輥子直徑[mm]+W×GL2＝J42103LJ×GL22103DW＝J3絲杠螺矩L電機軸旋轉速度N減速比GL可動部分重量絲杠螺矩L電機軸旋轉速度N減速比GL可動部分重量W移動速度V＜負載轉矩(TL)計算＞滾珠絲杠μ:摩擦系數(shù)BP:絲杠螺矩[mm]W，W1:可動部分重量[kg]W2:配重重量[kg]GL:減速比(無單位)F:推力[kg]上升時(垂直)下降時(垂直)停止時(垂直)電機軸旋轉速度N減速比GL移動速度電機軸旋轉速度N減速比GL移動速度V小齒輪直徑D傳送帶·齒條和小齒輪μ:摩擦系數(shù)D:直徑[mm]W，W1:可動部分重量[kg]W2:配重重量[kg]GL:減速比(無單位)上升時(垂直)下降時(垂直)停止時(垂直)可動部分重量可動部分重量W①計算負載慣性矩(JL)計算對于電機軸換算的機械系統(tǒng)負載慣性矩(GD2)。計算電機旋轉時隨轉動(移動)部分的慣性矩，并求出總和。②計算負載轉矩(TL)計算對于電機軸換算的負載轉矩。③臨時選定電機容量選定滿足以下兩個條件的電機容量。允許用負載慣性矩JL≦JM×100(30) 在速度控制中緩慢移動時JL≦JM×30(10) 在位置控制中定位時JL≦JM×10(-) 進行高頻度定位時 (參考值:在0.5秒內(nèi)，運轉/停止一次以上)※()內(nèi)的數(shù)值、是使用GYG電機時的值。■負載轉矩TL≦TR×0.9 0.9是安全系數(shù)(例子)④計算最短的加速/減速時間(計算加速/減速轉矩)確認考慮負載條件的最短加速/減速時間。指定加速/減速時間時，計算加速/減速轉矩。(J(JM＋JL)×2π×(N1－N0)60(TAC－TL)tAC＝?最短加速/減速時間+T+TL(JM＋JL)×2π×(N1－N0)60(tAC)TAC＝?加速/減速轉矩ttAC:加速/減速時間[s]JM:伺服電機慣性矩[kg·m2]JL:對電機軸換算的負載慣性矩[kg·m2]TL:對電機軸換算的負載轉矩[Nm]TAC:加速/減速轉矩[Nm]Ｎ１：変速後の回転速度[r/min]Ｎ０：変速前の回転速度[r/min]

⑤繪制轉矩特性曲線由運行模式，繪制輸出轉矩特性曲線?！褶D矩特性曲線●運●轉矩特性曲線●運行模式移動速度輸出轉矩時間時間TL:時間時間TL:負載轉矩TDC:減速轉矩TAC:加速轉矩⑥計算實際轉矩(Trms)計算運行模式1個循環(huán)的實際轉矩。(T(TAC2×tAC)＋(TL2×tL)＋(TDC2×tDC)tCYCTrms＝將各輸出轉矩的平方與輸出時間之積相加，再將所得之和除以1個循環(huán)的時間，然后開平方，所得平方根值為實際轉矩值。⑦Trms≦TR如果實際轉矩小于額定轉矩，則可以按指定的運行模式連續(xù)運行。

⑧計算再生電力一般在下述狀態(tài)下進行再生運行。水平方向進給:減速時垂直方向進給:下降時以一定速度進給以及在減速時。減速時的再生電力(P1)P1[W]＝(2π/60)×TDC[Nm]×N1[r/min]×(1/2)下降時以一定速度進給(P2)P2[W]＝(2π/60)×TDC[Nm]×N1[r/min]計算運行模式1時，循環(huán)時的平均再生電力(P)，確認再生電阻容量下降。如果升高，則應適當選用外部再生電阻。((P1[w]×t1[s]＋P2[w]×t2[s])tCYC[s]PP[W]＝⑨運行模式/機械構成的重新審查當Trms大于TR時，重新審查以下項目。在允許范圍內(nèi)，將加速/減速時間加長一些。延長運轉頻率(1循環(huán)時間)。當旋轉速度有余量時，加大減速比。加大電機容量。當升降機械停止時間長時，加機械制動。在高頻率運行時，盡量加大減速比，減小慣性矩。

(3)容量選擇計算實例■機械構成減速比1/1(直接連接)伺服電機伺服電機絲杠螺距10mm、輸送重量20kg、推力0kg(無)①最大移動速度(v)減速比1/1、電機軸旋轉速度3000[r/min]時:V＝(3000/60)×10×(1/1)＝500[mm/s]②對電機軸換算的負載慣性矩(JL)?假定絲杠(J1)φ20、長度為500mm?！?×(1/1)2＝0.6×10-4[kg·m2]４πρ32D11000GL2J1＝L1000π×7.85×10332201000４＝5001000×1BP×(GL)2×(1BP×(GL)2×(1/1)2＝0.5×10-4[kg·m2]WJ2＝2π2100020＝12π2101000

JJL＝1.1×10-4[kg·m2]③對電機換算的負載轉矩(TL)假定輸送重量20kg、摩擦系數(shù)(μ)0.1、機械效率(η)0.9。＝0.03[Nm](μW+F)×9.812πηBP1000×GLTL＝(0.1 ×20+0)×9.812π×0.9101000×(1/1)ＧＬ＝④容量選擇條件TTL≦TR×0.9JL≦JM×5(高頻率進給)TL＝0.03[Nm]JL＝1.1×10-4[kg·m2]⑤臨時選擇從容量選擇條件，得到GYS201DC2-T2A(0.2kW)。(JM＝0.135×10-4[kg·m2]，TR＝0.637[Nm]，TAC＝1.91[Nm])⑥最短加速/減速時間(tAC)(JM+JL)×2π×N60(TAC-TL)tAC＝＝60(1.91-0.03)＝0.021[s](0.135(0.135×10-4+1.1×10-4)×2π×3000加速/減速時間為0.05秒時的加速/減速轉矩:(JM+JL)×2π×N60(tAC)+TLTAC＝＝＝+0.0360×0.05(0.135×10-4+1.1×10-4)×2π×3000＝0.78[Nm]⑦運行模式50[mm]0.050.050.05速度時間5000.050.050.05速度時間500[mm/s]轉矩時間0.030.780.78轉矩時間0.030.780.78這是容量選擇上的模式。假設1個運行周期為0.5秒。⑧實效轉矩(Trms)為輸出轉矩的時間平均值。ttCYCTrms＝0.5＝＝0.25[Nm]TAC2×ta+TL2×tL+TDC2×td(0.782×0.05)×2+(0.032×0.05)×1由于GYS201DC2-T2A型號的額定轉矩在0.637[Nm]以下，可以用指定的運行模式連續(xù)運行。

⑨選擇結果伺服電機:GYS201DC2-T2A(0.2kW)⑩再生電力在減速時，再生電力返回。PP1[W]＝(2π/60)×T[Nm]×N[r/min]×(1/2)＝(2π/60)×0.78×3000×(1/2)≒123[W]１循環(huán)運行時的平均再生電力、P＝(123×0.05)/0.5≒12.3[W]RYC201D3型伺服放大器，沒有安裝再生電阻器?？紤]是否需要再生電阻器。步驟1)求減速時機械系統(tǒng)保持的能量(EG)。1122(JM+JL)?(2πN/60)2EG＝＝6.1[J]＝2π×3000602(0.135×10-4+1.1×10-4)×12步驟2)根據(jù)負載轉矩，計算消耗的能量(EL)。EEL＝(2π/60)×TL×N×tDC×(1/2)＝＝(2π/60)×0.03×3000×0.05×(1/2)＝＝0.24[J]步驟3)計算由伺服電機繞組線所消耗的能量(EM)。EEM＝3×(R×I2)×tDC＝＝3×R×((TDC/TR×IR)2)×tDC＝＝3×2.3×((0