伺服电机的选型计算及应用案例介绍课件

伺服电机的选型及应用案例介绍?一，扭矩的概念及计算方法?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?五，与选择相关的项目情况说明?六，实例应用讲解一.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=Tr?RrTFr1/RTF6.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?2πP经过减速机提升后的提升力为：F=T?2πP?RFTPBFT1/RPB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3.转动惯量的计算：（1）单个质点的转动惯量:2J=mr（2）质量离散分布刚体的转动惯量:r1m1J???mr?mr?mr?L2jj211222jm2r2r3m3转轴（3）质量连续分布刚体的转动惯量:J??rdm2dm:质量元5.3定轴转动的转动惯量?质量离散分布的刚体?质量连续分布的刚体J???miri2J??r2dmdm为质量元，简称质元。其计算方法如下：质量为线分布dm??dl质量为面分布质量为体分布dm??dsdm??dV常见刚体的转动惯量J与质量大小、质量分布、转轴位置有关演示程序：影响刚体转动惯量的因素J?mr2J?mr/22J?mr/2J?m(r?r)/222122J?ml/122J?mr/22J?2mr/52J?2mr/32三.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?惯量比<电机规定的惯量比?连续工作速度<电机额定转速加速时)(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=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：32Bw=ρxV=7.9*10*π(0.02/2)*0.5=1.24kg2.负载部分的惯量：JL=JC+JB=JC+BW*BD2/8+WA*BP2/4π2222=0.00001+(1.24*0.02)/8+10*0.02/4π=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.计算转矩移动转矩Tf=Bp/2πη*(μgWA+F)=0.02/2π*0.9(0.1*9.8*10+0)=0.035N.M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滚珠丝杆机构工件部分的质量铁的密度铝的密度黄铜的密度滚珠丝杆的长度滚珠丝杆的直径滚珠丝杆的螺距滚珠丝杆的效率联轴器的惯量摩擦系数外力重力加速度运行模式移动距离加速时间匀速时间减速时间循环时间计算量滚珠丝杆的质量变化量WAP1P2P3BLBDBPBNJCUFgLtatbtdtcBW变化量值2007900280085000.550.020.010.90.000010.3150600.15单位KgKg/m3Kg/m3Kg/m3MMMKg.m2Nm/s2MSSSS1.36Kg0.000585Kg.m20.000014Kg.m241.80975倍0.007m/s0.7r/s39.93r/min1.306N.M1.331N.M-1.281N.MN.M4.531N.M加速时转矩=Ta定位快的