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伺服电机的选型计算及应用案例介绍

更新时间:2020-04-18

  伺服电机的选型及使用案例 先容 ?一,扭矩的观念及策画法子 ?二,转动惯量的观念及策画法子 ?三,伺服电机选型的准则 ?四,伺服电机选型的办法 ?五,与拔取联系的项目情景阐发 ?六,实例使用讲授 一.力矩 1.界说:使物体转动形态爆发变更的要素,即 物体正在受到不为零的外力矩效用下,原为静 止的将初阶转动,原为转动的转速将发作变 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效用力的 如右图所示:欲让门爆发转动,务必 施加一外力F。施力点离转轴越远越容 易使门爆发转动。平行于门面的分力 对门的转动没有用果,只要笔直于门 面的分力本领让门爆发转动。力矩的 符号通常用T流露。单元N ? m T=rFsin θ=有用效用力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,单元N· m; P是输出功率,单元KW; n是电机转速,单元r/min 扭矩公式:T=973P/n T是扭矩,单元kg· m; P是输出功率,单元KW; n是电机转速,单元r/min 5.扭矩策画 r 电机转矩T (N.m) 滑轮半径r (m) T T 晋升力F (N)F= r 历程减速机晋升后的提 F r T 升力为:F= ?R r 1/R T F 6.电机启发丝杆扭矩策画 F 电机转矩T (N.m) 螺杆导程PB (m) 推力F (N)F=T? T PB 2π P F 历程减速机晋升后的提 T 2π 升力为:F=T? ?R P 1/R PB 二.转动惯量 1.界说:是刚体绕轴转动时惯性的量度。一般 以字母I或J来流露。单元为kg· m? 2.与转动惯量相合的要素: 1.刚体的总质地 2.质地分散 3.转轴的位子 3.转动惯量的策画: (1)单个质点的转动惯量: J=mr2 (2)质地离散分散刚体的转动惯量: r1 J ? ? ?m j rj2 ? m1r12 ? m2r22 ? ? j m1 m2 r2 r3 m3 转轴 (3)质地继续分散刚体的转动惯量: J ? ? r dm 2 dm:质地元 5.3 定轴转动的转动惯量 ? 质地离散分散的刚体 ? 质地继续分散的刚体 J ? ??mi ri2 J ? ? r 2dm dm为质地元,简称质元。其策画法子如下: 质地为线分散 dm ? ?dl 质地为面分散 dm ? ?ds 质地为体分散 dm ? ?dV 常睹刚体的转动惯量 J与质地巨细、质地分散、转轴位子相合 演示法式: 影响刚体转动惯量的要素 J ? m r2 J ? mr2 / 2 J ? mr2 / 2 J ? m(r12 ? r22 ) / 2 J ? m l2 / 12 J ? mr2 / 2 J ? 2m r2 / 5 J ? 2 m r2 / 3 三.伺服电机的选型准则 ? ? ? ? 继续事业扭矩 伺服电机额定扭矩 瞬时最大扭矩 伺服电机最大扭矩 (加快时) 惯量比 电机划定的惯量比 继续事业速率 电机额定转速 四.伺服电机选型办法 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 机构部规范示例 2.确定运转形式 加减速光阴、匀速光阴、休止光阴、循 环光阴、搬动间隔等。 注:运转形式对电机的容量拔取有很大的影 响。除了更加必要的情景,加减速光阴、停 止光阴尽量获得大点,就能够拔取小容量的 电机 3.策画负载惯量和惯量比 联结各机构部策画负载惯量。(请参照普 通的惯量及其策画法子)而且用所选的电 机的惯量去除负载惯量,策画惯量比。 4.策画转速 依据搬动间隔、加减速光阴、匀速光阴计 算电机转速。 5.策画转矩 依据负载惯量和加减速光阴、匀速光阴计 算所需的电机转矩。 6.拔取电机 拔取能知足以上3~5项要求的电机。 五.和拔取联系的项目阐发 1.转矩 a 峰值转矩 运转进程中(合键是加减速时)电机所需的最 大转矩,一般为电机最大转矩的80%以下。 b 搬动转矩 电机长光阴运转所需的转矩。一般为电机的额 定转矩的80%以下。 各机构搬动转矩的策画公式: c 有用转矩 运转、休止全进程所需转矩的平方均匀值的单 位光阴数值,一般为电机的额定转矩的80%以 下。 2.转速 最高转速一般要正在额定转速以下。需应用电机 的最高转速时,应留神转矩和温度的上升。 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。依据一般的圭表,750W以下 的电机为20倍以下,1000W以上的电机 为10倍以下,若请求敏捷呼应,则需更 小的惯量比。反之,假使加快光阴同意 数秒,就能够采用更大的惯量比。 六.实例使用讲授 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,机器效能η=0.9,摩擦系数 μ=0.1,负载搬动间隔0.3m,加减速光阴ta=td=0.1s,匀速 光阴tb=0.8s,静止光阴t4=1s。联轴器的惯量Jc= 10x10-6 kg.m2 .请拔取知足负载需求的最小功率伺服电机。 1.滚珠丝杆的质地: Bw=ρ xV=7.9*103*π (0.02/2)2*0.5 =1.24kg 2.负载个别的惯量: JL=JC+JB=JC+BW*BD2/8+WA*BP2/4π 2 =0.00001+(1.24*0.022)/8+10*0.022/4π =1.73*10-4kg.m2 2 3.预选电机 若选200W,则JM= 0.14*10-4kg.m2 4.惯量比 JL /JM =1.73/0.14 =12.330 (若选100W,则JM= 0.14*10-4kg.m2,比值为 33.930 5.最高速率 Vmax S=1/2*ta*Vmax+tb*Vmax+1/2*td*Vmax 0.3=1/2*0.1*Vmax+0.8*Vmax+1/2*0.1*Vmax Vmax=0.334m/s 于是 N=0.334/0.02=16.7r/s =16.7*60=1002r/min3000r/min 6.策画转矩 搬动转矩 Tf=Bp/2π η *(μ gWA+F) =0.02/2π *0.9(0.1*9.8*10+0)=0.035N.M 加快时转矩 Ta=(JL+JM)*2π N/加快光阴+搬动转矩 =0.231N.M 减速时转矩 Td=(JL+JM)*2π N/加快光阴-搬动转矩 =0.161N.M 7.确认最大转矩 加快时转矩=Ta=0.231N.M1.91N.M(电机最 大转矩) 8.确认有用转矩=0.0670.64(电机额定转矩) 8.确认电机型号 依据以上策画可知转矩固然有较大余量, 但依据惯量比拔取200w电机 电机选型策画软件 滚珠丝杆机构 工件个别的质地 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 滚珠丝杆的效能 联轴器的惯量 摩擦系数 外力 重力加快率 运转形式 搬动间隔 加快光阴 匀速光阴 减速光阴 轮回光阴 策画量 滚珠丝杆的质地 变更量 WA P1 P2 P3 BL BD BP BN JC U F g L ta tb td tc BW 变更量值 200 7900 2800 8500 0.55 0.02 0.01 0.9 0.00001 0.3 150 9.8 0.4 0.1 60 0.1 5 单元 Kg Kg/m3 Kg/m3 Kg/m3 M M M Kg.m2 N m/s2 M S S S S 1.36 Kg 0.000585 Kg.m2 0.000014 Kg.m2 41.80975 倍 0.007 m/s 0.7 r/s 39.93 r/min 1.306 N.M 1.331 N.M -1.281 N.M N.M 4.531 N.M 加快时转矩=Ta 定位速的请求惯量比正在3-5倍之间,定位慢的请求惯量比正在5-8倍之间 负载个别的惯量 JL 预选电机的惯量 JM 惯量比 最高速率 转速 电机转速 搬动转矩 加快时转矩 减速时转矩 确认最大转矩 确认有用转矩 JL/JM Vmax N N Tf Ta Td Tmax Trms 感谢

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