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永宏光介紹伺服電機工作原理

伺服電機有直流、交流之分

，一般來說選擇合適的伺服電機要根據(jù)機器的負載大小和速度來選

。

一

、進給驅(qū)動伺服電機的選擇　　

1.原則上應(yīng)該根據(jù)負載條件來選擇伺服電機

。在電機軸上所有的負載有兩種

，即阻尼轉(zhuǎn)矩和慣量負載

。這兩種負載都要正確地計算

，其值應(yīng)滿足下列條件:　　

1)當機床作空載運行時，在整個速度范圍內(nèi)

，加在伺服電機軸上的負載轉(zhuǎn)矩應(yīng)在電機連續(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)?div id="m50uktp" class="box-center"> ！?/FONT>

2)最大負載轉(zhuǎn)矩

，加載周期以及過載時間都在提供的特性曲線的準許范圍以內(nèi)?div id="m50uktp" class="box-center"> ！　?/FONT>

3)電機在加速/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)

。　　

4)對要求頻繁起

，制動以及周期性變化的負載

，必須檢查它的在一個周期中的轉(zhuǎn)矩均方根值

。并應(yīng)小于電機的連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩

。　　

5)加在電機軸上的負載慣量大小對電機的靈敏度和整個伺服系統(tǒng)的精度將產(chǎn)生影響

。通常

，當負載小于電機轉(zhuǎn)子慣量時，上述影響不大

。但當負載慣量達到甚至超過轉(zhuǎn)子慣量的5倍時

，會使靈敏度和響應(yīng)時間受到很大的影響

。甚至?xí)顾欧糯笃鞑荒茉谡Ｕ{(diào)節(jié)范圍內(nèi)工作。所以對這類慣量應(yīng)避免使用

。

、負載轉(zhuǎn)矩的計算

負載轉(zhuǎn)矩的計算方法加到伺服電機軸上的負載轉(zhuǎn)矩計算公式，因機械而異

。但不論何種機械

，都應(yīng)計算出折算到電機軸上的負載轉(zhuǎn)矩。

通常

，折算到伺服電機軸上的負載轉(zhuǎn)矩可由下列公式計算:　　

Tl=(F*L/2πμ)+T0　　

式中:Tl折算到電機軸上的負載轉(zhuǎn)矩(N.M)

；　　

F：軸向移動工作臺時所需要的力；　　

L：電機軸每轉(zhuǎn)的機械位移量(M)

；

To：滾珠絲杠螺母

，軸承部分摩擦轉(zhuǎn)矩折算到伺服電機軸上的值(N.M)；

Μ：驅(qū)動系統(tǒng)的效率

F：取決于工作臺的重量

，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: F=μ*(W+fg)

，切削時: F=Fc+μ*(W+fg+Fcf)。

W：滑塊的重量(工作臺與工件)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上的力(kg)即工作臺壓向?qū)к壍恼驂毫?div id="m50uktp" class="box-center"> 。　?nbsp;

計算轉(zhuǎn)矩時下列幾點應(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)來計算的轉(zhuǎn)矩很小的。請?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)影響整個轉(zhuǎn)矩

。所以要特別注意

。　　

(c)切削力的反作用力會使工作臺的摩擦增加，以此承受切削反作用力的點與承受驅(qū)動力的點通常是分離的

。如圖所示

，在承受大的切削反作用力的瞬間，滑塊表面的負載也增加

。當計算切削期間的轉(zhuǎn)矩時

，由于這一載荷而引起的摩擦轉(zhuǎn)矩的增加應(yīng)給予考慮。　　

(d)摩擦轉(zhuǎn)矩受進給速率的影響很大，必須研究測量因速度工作臺支撐物(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

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(e)通常，即使在同一臺的機械上

，隨調(diào)整條件

，周圍溫度，或潤滑條件等因素而變化

。當計算負載轉(zhuǎn)矩時

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

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2.負載慣量的計算。

由電機驅(qū)動的所有運動部件

，無論旋轉(zhuǎn)運動的部件

，還是直線運動的部件，都成為電機的負載慣量

。電機軸上的負載總慣量可以通過計算各個被驅(qū)動的部件的慣量

，并按一定的規(guī)律將其相加得到?div id="4qifd00" class="flower right">

！　?/SPAN>

1)圓柱體慣量如滾珠絲杠

，齒輪等圍繞其中心軸旋轉(zhuǎn)時的慣量可按下面公式計算:　　 J=(πγ/32)*D4L(kg cm2)如機構(gòu)為鋼材，則可按下面公式計算: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)軸向移動物體的慣量工件，工作臺等軸向移動物體的慣量

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

3)圓柱體圍繞中心運動時的慣量如圖所示:　　圓柱體圍繞中心運動時的慣量　　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的慣量可以這樣計算:　　 J=Jo+W*R2(kg cm2)　　式中:Jo為圓柱體圍繞其中心線旋轉(zhuǎn)時的慣量(kgcm2)　　 W圓柱體的重量(kg)　　 R旋轉(zhuǎn)半徑(cm)　　

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

3.電機加速或減速時的轉(zhuǎn)矩　　

電機加速或減速時的轉(zhuǎn)矩　　

1)按線性加減速時加速轉(zhuǎn)矩計算如下:　　 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快速移動時的電機轉(zhuǎn)速(r/min)　　 Ta加速時間(sec)　　 Jm電機慣量(N.m.s2)　　 JL負載慣量(N.m.s2) 　　 Vr加速轉(zhuǎn)矩開始減少的點　　 Ks伺服系統(tǒng)位置環(huán)增益(sec-1)

電機按指數(shù)曲線加速時的加速轉(zhuǎn)矩曲線　　此時

，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)曲線加減速時間常數(shù)　　

2)當輸入階段性速度指令時?div id="m50uktp" class="box-center"> ！　?nbsp;這時的加速轉(zhuǎn)矩Ta相當于To

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

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！　?/FONT>

3.工作機械頻繁啟動，制動時所需轉(zhuǎn)矩

。

當工作機械作頻繁啟動

，制動時，必須檢查電機是否過熱

，為此需計算在一個周期內(nèi)電機轉(zhuǎn)矩的均方根值

，并且應(yīng)使此均方根值小于電機的連續(xù)轉(zhuǎn)矩。