伺服電機(jī)選型實(shí)例

1．選擇電機(jī)時(shí)的計(jì)算條件本節(jié)敘述水平運(yùn)動(dòng)伺服軸（見(jiàn)下圖）的電機(jī)選擇步驟。

伺服電機(jī)選型應(yīng)用實(shí)例

例：工作臺(tái)和工件的

W：運(yùn)動(dòng)部件（工作臺(tái)及工件）的重量（kgf）=1000kgf機(jī)械規(guī)格μ：滑動(dòng)表面的摩擦系數(shù)=0.05

π：驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（包括滾珠絲杠）的效率=0.9fg：鑲條鎖緊力（kgf）=50kgf

Fc：由切削力引起的反推力（kgf）=100kgf

Fcf

：由切削力矩引起的滑動(dòng)表面上工作臺(tái)受到的力（kgf）=30kgf

Z1/Z2：變速比=1/1

例：進(jìn)給絲杠的（滾珠Db：軸徑=32mm絲杠）的規(guī)格Lb：軸長(zhǎng)=1000mmP：節(jié)距=8mm

例：電機(jī)軸的運(yùn)行規(guī)格Ta：加速力矩（kgf.cm）

Vm:快速移動(dòng)時(shí)的電機(jī)速度(mm-1)=3000mm-1ta:加速時(shí)間(s)=0.10s

Jm:電機(jī)的慣量(kgf.cm.sec2)Jl:負(fù)載慣量(kgf.cm.sec2)

ks:伺服的位置回路增益(sec-1)=30sec-1

1.1負(fù)載力矩和慣量的計(jì)算計(jì)算負(fù)載力矩加到電機(jī)軸上的負(fù)載力矩通常由下式算出:

Tm=+TfTm:加到電機(jī)軸上的負(fù)載力矩(Nm)F:沿坐標(biāo)軸移動(dòng)一個(gè)部件(工作臺(tái)或刀架)所需的力(kgf)L:電機(jī)轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)機(jī)床的移動(dòng)距離=P×(Z1/Z2)=8mm

Tf:滾珠絲杠螺母或軸承加到電機(jī)軸上的摩擦力矩=2Nm

F×L2πη無(wú)論是否在切削，是垂直軸還是水平軸，F(xiàn)值取決于工作臺(tái)的重量，摩擦系數(shù)。若坐標(biāo)軸是垂直軸，F(xiàn)值還與平衡錘有關(guān)。對(duì)于水平工作臺(tái)，F(xiàn)值可按下列公式計(jì)算：不切削時(shí)：

F=μ（W+fg）

例如：

F=0.05×(1000+50)=52.5(kgf)Tm=(52.5×0.8)/(2×μ×0.9)+2=9.4(kgf.cm)=0.9(Nm)

切削時(shí):F=Fc+μ(W+fg+Fcf)

例如:

F=100+0.05×(1000+50+30)=154(kgf)Tmc=(154×0.8)/(2×μ×0.9)+2=21.8(kgf.cm)=2.1(Nm)

為了滿足條件1，應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)單選擇電機(jī)，其負(fù)載力矩在不切削時(shí)應(yīng)大于0.9（Nm），最高轉(zhuǎn)速應(yīng)高于3000（min-1）。考慮到加/減速，可選擇α2/3000（其靜止時(shí)的額定轉(zhuǎn)矩為2.0Nm）。

·注計(jì)算力矩時(shí)，要注意以下幾點(diǎn)：。考慮由鑲條鎖緊力（fg）引起的摩擦力矩

根據(jù)運(yùn)動(dòng)部件的重量和摩擦系數(shù)計(jì)算的力矩通常相當(dāng)小。鑲條鎖緊力和滑動(dòng)表面的質(zhì)量對(duì)力矩有很大影響。。滾珠絲杠的軸承和螺母的預(yù)加負(fù)荷，絲杠的預(yù)應(yīng)力及其它一些因素有可能使得滾動(dòng)接觸的Fc相當(dāng)大。小型和輕型機(jī)床其摩擦力矩會(huì)大大影響電機(jī)的承受的力矩。

?？紤]由切削力引起的滑動(dòng)表面摩擦力（Fcf）的增加。切削力和驅(qū)動(dòng)力通常并不作用在一個(gè)公共點(diǎn)上如下圖所示。當(dāng)切削力很大時(shí)，造成的力矩會(huì)增加滑動(dòng)表面的負(fù)載。

當(dāng)計(jì)算切削時(shí)的力矩時(shí)要考慮由負(fù)載引起的摩擦力矩。

伺服電機(jī)選型應(yīng)用實(shí)例

。進(jìn)給速度會(huì)使摩擦力矩變化很大。欲得到精確的摩擦力矩值，應(yīng)仔細(xì)研究速度變化，工作臺(tái)支撐結(jié)構(gòu)（滑動(dòng)接觸，滾動(dòng)接觸和靜壓力等），滑動(dòng)表面材料，潤(rùn)滑情況和其它因素對(duì)摩擦力的影響。

。機(jī)床的裝配情況，環(huán)境溫度，潤(rùn)滑狀況對(duì)一臺(tái)機(jī)床的摩擦力矩影響也很大。大量搜集同一型號(hào)機(jī)床的數(shù)據(jù)可以較為精確的計(jì)算其負(fù)載力矩。調(diào)整鑲條鎖緊力時(shí)，要監(jiān)測(cè)其摩擦力矩，注意不要產(chǎn)生過(guò)大的力矩。

計(jì)算負(fù)載慣量

與負(fù)載力矩不同，負(fù)載慣量可以精確地算出。由電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的物體的慣量形成電機(jī)的負(fù)載慣量，無(wú)論該物體是轉(zhuǎn)動(dòng)還是沿直線運(yùn)動(dòng)。對(duì)各運(yùn)動(dòng)物體分別計(jì)算其慣量，然后按一定規(guī)則將各物體的慣量加在一起，即可得出總慣量?？倯T量可按下述方法計(jì)算：

·圓柱體（滾珠絲杠，齒輪，聯(lián)軸節(jié)等）的慣量計(jì)算

伺服電機(jī)選型應(yīng)用實(shí)例

圓柱體繞其中心軸回轉(zhuǎn)的慣量可按下式計(jì)算：J=Db4Lb（kgf.Cm.s2）

J:慣量(kgf.cm.s2)

γ：物體的比重（kg/cm3）Db：直徑（cm）

Lb：長(zhǎng)度（cm）

若物體的材料是鐵（其比重為7.8×10-3kg/cm3）,則慣量的近似值為：J=0.78×10-6Db4Lb（kgf.cm.s2）

例如:滾珠絲杠的Db為32mm，Lb為1000mm，其慣量為Jb為：J=0.78×10-6×3.24×100=0.0082(kg.cm.s2)·沿直線運(yùn)動(dòng)物體(工作臺(tái),工件等)的慣量

J=×()2(kgf.cm.s2)

W:沿直線運(yùn)動(dòng)物體的重量(kg)

L:電機(jī)一轉(zhuǎn)物體沿直線的移動(dòng)距離(cm)

例如:

工作臺(tái)和工件的W為1000kg，L為8mm，則其慣量計(jì)算得：JW=1000/980×（0.8/2/π）2=0.0165(kgf.cm.s2)

·速度高于或低于電機(jī)πγ32×980W980L2π