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永宏光教你如何選用伺服電機(jī)

伺服電機(jī)有直流、交流之分

，一般來說選擇合適的伺服電機(jī)要根據(jù)機(jī)器的負(fù)載大小和速度來選

一、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)的選擇　　

1.原則上應(yīng)該根據(jù)負(fù)載條件來選擇伺服電機(jī)

。在電機(jī)軸上所有的負(fù)載有兩種，即阻尼轉(zhuǎn)矩和慣量負(fù)載

。這兩種負(fù)載都要正確地計(jì)算

，其值應(yīng)滿足下列條件:　　1)當(dāng)機(jī)床作空載運(yùn)行時(shí)，在整個(gè)速度范圍內(nèi)

，加在伺服電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)在電機(jī)連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)

，即應(yīng)在轉(zhuǎn)矩速度特性曲線的連續(xù)工作區(qū)

。　　2)最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩

，加載周期以及過載時(shí)間都在提供的特性曲線的準(zhǔn)許范圍以內(nèi)

。　　3)電機(jī)在加速/減速過程中的轉(zhuǎn)矩應(yīng)在加減速區(qū)(或間斷工作區(qū))之內(nèi)

?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">！　?)對(duì)要求頻繁起，制動(dòng)以及周期性變化的負(fù)載

，必須檢查它的在一個(gè)周期中的轉(zhuǎn)矩均方根值

。并應(yīng)小于電機(jī)的連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">！　?)加在電機(jī)軸上的負(fù)載慣量大小對(duì)電機(jī)的靈敏度和整個(gè)伺服系統(tǒng)的精度將產(chǎn)生影響

。通常，當(dāng)負(fù)載小于電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量時(shí)

，上述影響不大

。但當(dāng)負(fù)載慣量達(dá)到甚至超過轉(zhuǎn)子慣量的5倍時(shí)，會(huì)使靈敏度和響應(yīng)時(shí)間受到很大的影響

。甚至?xí)顾欧糯笃鞑荒茉谡Ｕ{(diào)節(jié)范圍內(nèi)工作

。所以對(duì)這類慣量應(yīng)避免使用。

推薦對(duì)伺服電機(jī)慣量Jm和負(fù)載慣量Jl之間的關(guān)系如下:

Jl<5×Jm

、負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算

負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算方法加到伺服電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式

，因機(jī)械而異。但不論何種機(jī)械

，都應(yīng)計(jì)算出折算到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩

。

通常，折算到伺服電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩可由下列公式計(jì)算:　　

Tl=(F*L/2πμ)+T0　　

式中:Tl折算到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩(N.M)

；　　

F：軸向移動(dòng)工作臺(tái)時(shí)所需要的力

；　　

L：電機(jī)軸每轉(zhuǎn)的機(jī)械位移量(M)；

To：滾珠絲杠螺母

，軸承部分摩擦轉(zhuǎn)矩折算到伺服電機(jī)軸上的值(N.M)；

Μ：驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率

F：取決于工作臺(tái)的重量

，摩擦系數(shù)

，水平或垂直方向的切削力，是否使用了平衡塊(用在垂直軸)

。

無切削時(shí): F=μ*(W+fg)

，切削時(shí): F=Fc+μ*(W+fg+Fcf)。

W：滑塊的重量(工作臺(tái)與工件)Kg

；　　

Μ：摩擦系數(shù)

；　　

Fc：切削力的反作用力

；　　

Fg：用鑲條固緊力；　　

Fcf：由于切削力靠在滑塊表面作用在工作臺(tái)上的力(kg)即工作臺(tái)壓向?qū)к壍恼驂毫?div id="m50uktp" class="box-center"> ?div id="m50uktp" class="box-center"> ！　?計(jì)算轉(zhuǎn)矩時(shí)下列幾點(diǎn)應(yīng)特別注意：　　

(a)由于鑲條產(chǎn)生的摩擦轉(zhuǎn)矩必須充分地考慮。通常

，僅僅從滑塊的重量和摩擦系數(shù)來計(jì)算的轉(zhuǎn)矩很小的

。請(qǐng)?zhí)貏e注意由于鑲條加緊以及滑塊表面的精度誤差所產(chǎn)生的力矩?div id="m50uktp" class="box-center"> ！　?/FONT>

(b)由于軸承

，螺母的預(yù)加載，以及絲杠的預(yù)緊力滾珠接觸面的摩擦等所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩均不能忽略

。尤其是小型輕重量的設(shè)備

。這樣的轉(zhuǎn)矩回應(yīng)影響整個(gè)轉(zhuǎn)矩。所以要特別注意

?div id="d48novz" class="flower left">

！　?/FONT>

(c)切削力的反作用力會(huì)使工作臺(tái)的摩擦增加，以此承受切削反作用力的點(diǎn)與承受驅(qū)動(dòng)力的點(diǎn)通常是分離的

。如圖所示

，在承受大的切削反作用力的瞬間，滑塊表面的負(fù)載也增加

。當(dāng)計(jì)算切削期間的轉(zhuǎn)矩時(shí)

，由于這一載荷而引起的摩擦轉(zhuǎn)矩的增加應(yīng)給予考慮?div id="4qifd00" class="flower right">

！　?/FONT>

(d)摩擦轉(zhuǎn)矩受進(jìn)給速率的影響很大

，必須研究測量因速度工作臺(tái)支撐物(滑塊，滾珠

，壓力)

，滑塊表面材料及潤滑條件的改變而引起的摩擦的變化。已得出正確的數(shù)值

?div id="4qifd00" class="flower right">

！　?/FONT>

(e)通常，即使在同一臺(tái)的機(jī)械上

，隨調(diào)整條件

，周圍溫度，或潤滑條件等因素而變化

。當(dāng)計(jì)算負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)

，請(qǐng)盡量借助測量同種機(jī)械上而積累的參數(shù)，來得到正確的數(shù)據(jù)

?div id="4qifd00" class="flower right">

！　?

2.負(fù)載慣量的計(jì)算

。

由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的所有運(yùn)動(dòng)部件，無論旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的部件

，還是直線運(yùn)動(dòng)的部件

，都成為電機(jī)的負(fù)載慣量。電機(jī)軸上的負(fù)載總慣量可以通過計(jì)算各個(gè)被驅(qū)動(dòng)的部件的慣量

，并按一定的規(guī)律將其相加得到

。　　

1)圓柱體慣量如滾珠絲杠

，齒輪等圍繞其中心軸旋轉(zhuǎn)時(shí)的慣量可按下面公式計(jì)算:　　 J=(πγ/32)*D4L(kg cm2)　　如機(jī)構(gòu)為鋼材

，則可按下面公式計(jì)算:　　 J=(0.78*10-6)*D4L(kg cm2)　　式中: γ材料的密度(kg/cm2)　　 D圓柱體的直經(jīng)(cm)　　 L圓柱體的長度(cm)　　

2)軸向移動(dòng)物體的慣量工件，工作臺(tái)等軸向移動(dòng)物體的慣量

，可由下面公式得出:　　 J=W*(L/2π)2 (kg cm2)　　式中: W直線移動(dòng)物體的重量(kg)　　 L電機(jī)每轉(zhuǎn)在直線方向移動(dòng)的距離(cm)　　

3)圓柱體圍繞中心運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣量如圖所示:　　圓柱體圍繞中心運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣量　　屬于這種情況的例子:如大直經(jīng)的齒輪

，為了減少慣量，往往在圓盤上挖出分布均勻的孔這時(shí)的慣量可以這樣計(jì)算:　　 J=Jo+W*R2(kg cm2)　　式中:Jo為圓柱體圍繞其中心線旋轉(zhuǎn)時(shí)的慣量(kgcm2)　　 W圓柱體的重量(kg)　　 R旋轉(zhuǎn)半徑(cm)　　

4)相對(duì)電機(jī)軸機(jī)械變速的慣量計(jì)算將上圖所示的負(fù)載慣量Jo折算到電機(jī)軸上的計(jì)算方法如下:　　 J=(N1/N2)2Jo　　式中:N1 N2為齒輪的齒數(shù)　　

3.電機(jī)加速或減速時(shí)的轉(zhuǎn)矩　　

電機(jī)加速或減速時(shí)的轉(zhuǎn)矩　　

1)按線性加減速時(shí)加速轉(zhuǎn)矩計(jì)算如下:　　 Ta=(2πVm/60*104) *1/ta(Jm+JL)(1-e-ks

。ta)　　 Vr=Vm{1-1/ta.ks(1-e-ksta)　　 Ta加速轉(zhuǎn)矩(N.M)　　 Vm快速移動(dòng)時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min)　　 Ta加速時(shí)間(sec)　　 Jm電機(jī)慣量(N.m.s2)　　 JL負(fù)載慣量(N.m.s2) 　　 Vr加速轉(zhuǎn)矩開始減少的點(diǎn)　　 Ks伺服系統(tǒng)位置環(huán)增益(sec-1)

電機(jī)按指數(shù)曲線加速時(shí)的加速轉(zhuǎn)矩曲線　　此時(shí)

，速度為零的轉(zhuǎn)矩To可由下面公式給出:　　 To==(2πVm/60*104) *1/te(Jm+JL) 　　 Te指數(shù)曲線加減速時(shí)間常數(shù)　　

2)當(dāng)輸入階段性速度指令時(shí)?div id="d48novz" class="flower left">

！　?這時(shí)的加速轉(zhuǎn)矩Ta相當(dāng)于To

，可由下面公式求得(ts=ks)，　　 Ta==(2πVm/60*104)*1/ts(Jm+JL)

?div id="d48novz" class="flower left">

！　?

3.工作機(jī)械頻繁啟動(dòng)，制動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩

。

當(dāng)工作機(jī)械作頻繁啟動(dòng)

，制動(dòng)時(shí)，必須檢查電機(jī)是否過熱

，為此需計(jì)算在一個(gè)周期內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的均方根值