机械系统驱动与控制辅导材料

机械系统驱动与控制辅导材料第1页，共16页，2023年，2月20日，星期一直流电机系统分析实例第2页，共16页，2023年，2月20日，星期一现在让我们以机床的某个进给驱动为例进行分析。进给驱动包含下列机械零部件：安装工件的工作台，螺母和滚珠丝杠，减速齿轮及伺服电机。考虑到在各种速度下扭矩传递的能力，在进给驱动中最常使用的伺服电机是直流电机，然而，由于交流伺服电机性能的改善，现在也开始被大量用作进给驱动的伺服电机。伺服电机系统的电气元部件主要有：伺服电机放大器，速度和位置反馈传感器，数字计算机，数字和模拟转换电路。直流电机系统分析实例第3页，共16页，2023年，2月20日，星期一机械零部件及驱动力矩进给驱动电机要克服机床的静态和动态载荷。静态载荷来源于导轨和轴承的摩擦损失及作用在工作台进给方向的切削力。电机必须具有足够的动态力矩使工作台、工件和丝杠螺母副加速运动，在很短的时间内达到期望的稳态速度。伺服电机制造商能使其制造的电机在2～3秒的周期内输出峰值力矩或峰值电流。电机必须具有足够高的持续力矩和足够的峰值力矩输出周期，以分别克服静态和动态载荷。下面将简单介绍电机静态和动态载荷的估计方法。直流电机系统分析实例第4页，共16页，2023年，2月20日，星期一机械零部件及驱动力矩进给驱动电机要克服机床的静态和动态载荷。静态载荷来源于导轨和轴承的摩擦损失及作用在工作台进给方向的切削力。电机必须具有足够的动态力矩使工作台、工件和丝杠螺母副加速运动，在很短的时间内达到期望的稳态速度。伺服电机制造商能使其制造的电机在2～3秒的周期内输出峰值力矩或峰值电流。电机必须具有足够高的持续力矩和足够的峰值力矩输出周期，以分别克服静态和动态载荷。下面将简单介绍电机静态和动态载荷的估计方法。直流电机系统分析实例第5页，共16页，2023年，2月20日，星期一静态载荷静态载荷来源于3个方面：导轨的摩擦损失，进给驱动轴承的摩擦损失和切削力。导轨间的摩擦取决于滑台和固定导轨之间的接触类型，在普通润滑导轨之间磨擦因数很高，这是因为金属滑台和金属导轨表面之间的接触面大。对于压力润滑，由于在滑台和导轨之间采用注入式压力润滑，静压和动压导轨之间接触面积大大减小。在滑台和导轨之间采用滚柱轴承设计的导轨摩擦因数相当小（见图）。静态载荷换算到电机上要求的力矩为:直流电机系统分析实例第6页，共16页，2023年，2月20日，星期一直流电机系统分析实例第7页，共16页，2023年，2月20日，星期一直流电机系统分析实例第8页，共16页，2023年，2月20日，星期一直流电机系统分析实例第9页，共16页，2023年，2月20日，星期一直流电机系统分析实例第10页，共16页，2023年，2月20日，星期一直流电机系统分析实例第11页，共16页，2023年，2月20日，星期一直流电机系统分析实例第12页，共16页，2023年，2月20日，星期一直流电机系统分析实例计算静态力矩和动态力矩第13页，共16页，2023年，2月20日，星期一直流电机系统分析实例第14页，共16页，2023年，2月20日，星期一直流电