伺服选型原则
1.连续工作扭矩﹤电机额定扭矩
2.瞬时MAX扭矩﹤伺服电机MIN扭矩(加速时)
3.负载惯量﹤3倍电机转子惯量
4.连续工作速度<电机额定转速
举例计算1
已知:圆盘质量M=50kg,圆盘直径D=500mm,圆盘MAX转速60rpm,请选择伺服电机及减速机。
计算圆盘转动惯量
JL=MD²/8=50*2500/8=15625kg.cm²假设减速机减速比1:R,则折算到伺服电机轴上负载惯量15625/R²。
按照负载惯量﹤3倍电机转子惯量JM的原则
如果选择400W电机,JM=0.277kg.cm²,则15625/R²﹤3*0.277,R²>18803,R>137输出转速=3000/137=22rpm,不能满足要求。
如果选择500W电机,JM=8.17kg.cm²,则15625/R²﹤3*8.17,R²>637,R>25输出转速=2000/25=80rpm,满足要求。
这种传动方式阻力很小,忽略扭矩计算。
这种传动方式与前一种传动方式相同,选型时主要考虑负载惯量的计算,计算公式也与前面相同。
总结:转动型负载主要考虑惯量计算。
已知:负载重量M=50kg,同步带轮直径D=120mm,减速比R1=10,R2=2,负载与机台摩擦系数μ=0.6,负载MAX运动速度30m/min,负载从静止加速到MAX速度时间200ms,忽略各传送带轮重量,驱动这样的负载最少需要多大功率电机?
举例计算2
1.计算折算到电机轴上的负载惯量
JL=M*D²/4/R1²=50*144/4/100=18kg.cm²
安装负载惯量﹤3倍电机转子惯量JM的原则JM>6kg.cm²
2.计算电机驱动负载所需要的扭矩
客服摩擦力所需转矩
Tf=M*g*μ*(D/2)/R2/R1
=50*9.8*0.6*0.06/2/10
=0.882N.m
加速时所需转矩
Ta=M*a*(D/2)/R2/R1
=50*(30/60/0.2)*0.06/2/10
=0.375N.m
伺服电机额定转矩>Tf,MAX扭矩>Tf+Ta
3.计算电机所需要转速
N=v/(πD)*R1
=30/(3.14*0.12)*10
=769rpm
根据以上数据分析,最小可以选择SM1301520电机。
举例计算3
已知:负载重量MB=200kg,螺杆螺距PB=20mm,螺杆直径DB=50mm,螺杆重量MB=50kg,摩擦系数μ=0.2,机械效率η=0.9,负载移动速度V=30m/min,全程移动时间t=1.4s,加减速时间t1=t3=0.2s,静止时间t4=0.3s。请选择满足负载需求的最小功率伺服电机。
1.计算折算到电机轴上的负载惯量
重物折算到电机轴上的转动惯量
JW=M*(PB/2π)²
=200*(2/6.28)²
=20.29kg.cm²
螺杆转动惯量
JB=MB*DB²/8
=40*25/8
=125kg.cm²
总负载惯量JL=JW+JB=145.29kg.cm²
2.计算电机转速
电机所需转速
N=v/pb
=30/0.02
=1500rpm
3.计算电机驱动负载所需要的扭矩
克服摩擦力所需转矩
Tf=M*g*μ*PB/2π/η
=200*9.8*0.2*0.02/2π/0.9
=1.387N.m
重物加速时所需转矩
TA1=M*a*PB/2π/η
=200*(30/60/0.2)*0.02/2π/0.9
=1.769N.m
螺杆加速时所需要转矩
TA2=JB*α/η=JB*(N*2π/60/t1)η
=0.0125*(1500*6.28/60/0.2)/0.9
=10.903N.m
加速所需总转矩TA=TA1+TA2=12.672N.m
另一种计算所需要加速扭矩的方法:
TA=2π*N(JW+JB)/(60*t1)/η
=6.28*1500*0.014529/12/0.9
=12.672N.m
计算瞬时MAX扭矩:
加速扭矩Ta=TA+Tf=14.059N.m
匀速扭矩Tb=Tf=1.387N.m
减速扭矩Tc=TA-Tf=11.285N.m
实效扭矩
Trms=sqrt[(Ta²*t1+Tb²*t3)/(t1+t2+t3)]
=sqrt[(14.059²*0.2+1.387²*1+11.285²*0.2)/(0.2+1+0.2)]
= sqrt[(39.531+1.924+25.47)/1.4]
=6.914N.m
4.选择伺服电机
伺服电机额定扭矩T>Tf且T>Trms
伺服电机MAX扭矩Tmax>Tf+TA
最后选定SM180电机
⊙转动方式
⊙负载重量
⊙皮带轮/滚珠丝杆等传动件重量
⊙减速比
⊙皮带轮直径/滚珠丝杆螺距
⊙加减速特性
⊙运行速度
⊙摩擦系数
⊙机械效率
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