伺服电机的选型计算及应用案例介绍

伺服电机的选型及应用案例介绍二，转动惯量的概念及计算方法三，伺服电机选型的原则四，伺服电机选型的步骤一，扭矩的概念及计算方法六，实例应用讲解五，与选择相关的项目情况说明一.力矩1.定义:使物体转动状态产生变化的因素，即物体在受到不为零的外力矩作用下，原为静止的将开始转动，原为转动的转速将发生变化。2.扭矩：转动力矩又称为转矩或扭矩。3.公式:力矩等于径向矢量与作用力的如右图所示：欲让门产生转动，必须施加一外力F。施力点离转轴越远越容易使门产生转动。平行于门面的分力对门的转动没有效果，只有垂直于门面的分力才能让门产生转动。力矩的符号经常用T表示。单位N▪mT=rFsinθ=有效作用力x力臂4.电机转速和扭矩（转矩）公式扭矩公式：T=9550P/nT是扭矩，单位N·m；P是输出功率，单位KW；n是电机转速，单位r/min扭矩公式：T=973P/nT是扭矩，单位kg·m；P是输出功率，单位KW；n是电机转速，单位r/min5.扭矩计算TFr电机转矩T（N.m）滑轮半径r（m）提升力F（N）F=Tr经过减速机提升后的提升力为：F=1/RTFrTr▪RF1/RPBTFPBT6.电机带动丝杆扭矩计算电机转矩T（N.m）螺杆导程PB（m）推力F（N）F=T▪P2π经过减速机提升后的提升力为：F=T▪2πP▪R二.转动惯量1.定义:是刚体绕轴转动时惯性的量度。通常以字母I或J来表示。单位为kg·m²2.与转动惯量有关的因素：1.刚体的总质量2.质量分布3.转轴的位置转轴3.转动惯量的计算：（1）单个质点的转动惯量:J=mr2（2）质量离散分布刚体的转动惯量:（3）质量连续分布刚体的转动惯量:dm:质量元常见刚体的转动惯量三.伺服电机的选型原则连续工作扭矩<伺服电机额定扭矩瞬时最大扭矩<伺服电机最大扭矩(加速时)惯量比<电机规定的惯量比连续工作速度<电机额定转速四.伺服电机选型步骤1.确定机构部次外，还要确定各机构零件（滚珠丝杆的长度，导程和带轮直径等）的细节机构部典型示例2.确定运转模式加减速时间、匀速时间、停止时间、循环时间、移动距离等。注：运转模式对电机的容量选择有很大的影响。除了特别需要的情况，加减速时间、停止时间尽量取得大点，就可以选择小容量的电机3.计算负载惯量和惯量比结合各机构部计算负载惯量。（请参照普通的惯量及其计算方法）并且用所选的电机的惯量去除负载惯量，计算惯量比。4.计算转速根据移动距离、加减速时间、匀速时间计算电机转速。5.计算转矩根据负载惯量和加减速时间、匀速时间计算所需的电机转矩。6.选择电机选择能满足以上3~5项条件的电机。五.和选择相关的项目说明1.转矩a峰值转矩运转过程中（主要是加减速时）电机所需的最大转矩，通常为电机最大转矩的80%以下。b移动转矩电机长时间运转所需的转矩。通常为电机的额定转矩的80%以下。各机构移动转矩的计算公式：c有效转矩运转、停止全过程所需转矩的平方平均值的单位时间数值，通常为电机的额定转矩的80%以下。2.转速最高转速通常要在额定转速以下。需使用电机的最高转速时，应注意转矩和温度的上升。3.惯量比惯量比是用电机的转动惯量去除负载惯量的数值。按照通常的，750W以下的电机为20倍以下，1000W以上的电机为10倍以下，若要求快速响应，则需更小的惯量比。反之，如果加速时间允许数秒，就可以采用更大的惯量比。六.实例应用讲解案例1已知：负载重量WA=10kg，螺杆螺距BP=20mm，螺杆直径BD=20mm，螺杆长BL=0.5m，机械效率η=0.9，摩擦系数μ=0.1，负载移动距离0.3m，加减速时间ta=td=0.1s，匀速时间tb=0.8s，静止时间t4=1s。联轴器的惯量Jc=10x10-6kg.m2.请选择满足负载需求的最小功率伺服电机。1.滚珠丝杆的质量：Bw=ρxV=7.9*103*π(0.02/2)2*0.5=1.24kg2.负载部分的惯量：JL=JC+JB=JC+BW*BD2/8+WA*BP2/4π2=0.00001+(1.24*0.022)/8+10*0.022/4π2=1.73*10-4kg.m23.预选电机若选200W,则JM=0.14*10-4kg.m24.惯量比JL/JM=1.73/0.14=12.3<30(若选100W,则JM=0.14*10-4kg.m2,比值为33.9>305.最高速度VmaxS=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=0.334/0.02=16.7r/s=16.7*60=1002r/min<3000r/min6.计算转矩Tf=Bp/2πη*(μgWA+F)=0.02/2π*0.9(0.1*9.8*10+0)=0.035N.M移动转矩加速时转矩Ta=(JL+JM)*2πN/加速时间+移动转矩=0.231N.M减速时转矩Td=(JL+JM)*2πN/加速时间-移动转矩=0.161N.M7.确认最大转矩加速时转矩=Ta=0.231N.M<1.91N.M(电机最大转矩）8.确认有效转矩=0.067<0.64(电机额定转矩）8.确认电机型号根据以上计算可知转矩虽然有较大余量，但根据惯量比选择200w电机电机选型计算软件谢谢