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1、伺服电机的选型及应用案例介绍,吴志龙,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 m,T=r
2、Fsin=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/n,T是扭矩，单位Nm；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/n,T是扭矩，单位kgm；P是输出功率，单位KW；n是电机转速，单位r/min,5.扭矩计算,T,F,r,电机转矩T（N.m）滑轮半径r（m）提升力F（N）F=,T,r,经过减速机提升后的提升力为：F=,1/R,T,F,r,T,r,R,F,1/R,PB,T,F,PB,T,6.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,P,2,经过减速机提升后的提升力为：F=T,2,P,R,
3、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kgm,2.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,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
4、.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35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
5、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。按照通常的标准，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
6、=10kg，螺杆螺距BP=20mm，螺杆直径BD=20mm，螺杆长BL=0.5m，机械效率=0.9，摩擦系数=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=10 x10-6 kg.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=xV=7.9*103*(0.02/2)2*0.5=1.24kg,2.负载部分的惯量：,JL=JC+JB=JC+BW*BD2/8+WA*BP2/42=0.00001+(1.24*0.022)/8+10*0.022/42=1.73*10-4kg.m2,3.预选电机,若选2
7、00W,则JM=0.14*10-4kg.m2,4.惯量比,JL/JM=1.73/0.14=12.330,5.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*Vmax,Vmax=0.334m/s,所以 N=0.334/0.02=16.7r/s=16.7*60=1002r/min3000r/min,6.计算转矩,Tf=Bp/2*(gWA+F)=0.02/2,移动转矩,加速时转矩,Ta=(JL+JM)*2N/加速时间+移动转矩,减速时转矩,Td=(JL+JM)*2N/加速时间-移动转矩,7.确认最大转矩,加速时转矩=Ta=0.231N.M1.91N.M(电机最大转矩）,8.确认有效转矩=0.0670.64(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,
