伺服電機(jī)選型技術(shù)指南

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1、http://www.elecfans.com電子發(fā)燒友http://bbs.elecfans.com電子技術(shù)論壇研發(fā)部伺服電機(jī)選型技術(shù)指南1、機(jī)電領(lǐng)域中伺服電機(jī)的選擇原則現(xiàn)代機(jī)電行業(yè)中經(jīng)常會碰到一些復(fù)雜的運(yùn)動,這對電機(jī)的動力荷載有很大影響。伺服驅(qū)動裝置是許多機(jī)電系統(tǒng)的核心,因此,伺服電機(jī)的選擇就變得尤為重要。首先要選出滿足給定負(fù)載要求的電動機(jī),然后再從中按價格、重量、體積等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)選擇最適合的電機(jī)。各種電機(jī)的T-曲線(1)傳統(tǒng)的選擇方法這里只考慮電機(jī)的動力問題,對于直線運(yùn)動用速度v(t),加速度a(t)和所需外力

2、F(t)表示,對于旋轉(zhuǎn)運(yùn)動用角速度(t),角加速度(t)和所需扭矩T(t)表示,它們均可以表示為時間的函數(shù),與其他因素?zé)o關(guān)。很顯然。電機(jī)的最大功率P電機(jī),最大應(yīng)大于工作負(fù)載所需的峰值功率P峰值,但僅僅如此是不夠的,物理意義上的功率包含扭矩和速度兩部分,但在實(shí)際的傳動機(jī)構(gòu)中它們是受限制的。用峰值,T峰值表示最大值或者峰值。電機(jī)的最大速度決定了減速器減速比的上限,n上限=峰值,最大/峰值,同樣,電機(jī)的最大扭矩決定了減速比的下限,n下限=T峰值/T電機(jī),最大,如果n下限大于n上限,選擇的電機(jī)是不合適的。反之,則可以通過對每種

3、電機(jī)的廣泛類比來確定上下限之間可行的傳動比范圍。只用峰值功率作為選擇電機(jī)的原則是不充分的,而且傳動比的準(zhǔn)確計(jì)算非常繁瑣。(2)新的選擇方法一種新的選擇原則是將電機(jī)特性與負(fù)載特性分離開,并用圖解的形式表示,這種表示方法使得驅(qū)動裝置的可行性檢查和不同系統(tǒng)間的比較更方便,另外,還提供了傳動比的一個可能范圍。這種方法的優(yōu)點(diǎn):適用于各種負(fù)載情況;將負(fù)載和電機(jī)的特性分離開;有關(guān)動力的各個參數(shù)均可用圖解的形式表示并且適用于各種電機(jī)。因此,不再需要用大量的類比來檢查電機(jī)是否能夠驅(qū)動某個特定的負(fù)載。在電機(jī)和負(fù)載之間的傳動比會改變電機(jī)提供

4、的動力荷載參數(shù)。比如,一個大的傳動比會減小外部扭矩對電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的影響,而且,為輸出同樣的運(yùn)動,電機(jī)就得以較高的速度旋轉(zhuǎn),產(chǎn)生較大的加速度,因此電機(jī)需要較大的慣量扭矩。選擇一個合適的傳動比就能平衡這相反的兩個方面。通常,應(yīng)用有如下兩種方法可以找到這個傳動比n,它會把電機(jī)與工作任務(wù)很好地協(xié)調(diào)起來。一是,從電機(jī)得到的最大速度小于電機(jī)自身的最大速度電機(jī),最大;二是,電機(jī)任意時刻的標(biāo)準(zhǔn)扭矩小于電機(jī)額定扭矩M額定。麥特斯(無錫)機(jī)電有限公司Metronix(Wuxi)Machinery&ElectricalCo.,Ltd.http:

5、//www.elecfans.com電子發(fā)燒友http://bbs.elecfans.com電子技術(shù)論壇研發(fā)部2、一般伺服電機(jī)選擇考慮的問題(1)電機(jī)的最高轉(zhuǎn)速 電機(jī)選擇首先依據(jù)機(jī)床快速行程速度??焖傩谐痰碾姍C(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)嚴(yán)格控制在電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速之內(nèi)。式中,為電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速(rpm);n為快速行程時電機(jī)的轉(zhuǎn)速(rpm);為直線運(yùn)行速度(m/min);u為系統(tǒng)傳動比,u=n電機(jī)/n絲杠;絲杠導(dǎo)程(mm)。(2)慣量匹配問題及計(jì)算負(fù)載慣量為了保證足夠的角加速度使系統(tǒng)反應(yīng)靈敏和滿足系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求,負(fù)載慣量JL應(yīng)限制在2.5倍電機(jī)

6、慣量JM之內(nèi),即。式中,為各轉(zhuǎn)動件的轉(zhuǎn)動慣量,kg.m2;為各轉(zhuǎn)動件角速度,rad/min;為各移動件的質(zhì)量,kg;為各移動件的速度,m/min;為伺服電機(jī)的角速度,rad/min。(3)空載加速轉(zhuǎn)矩  空載加速轉(zhuǎn)矩發(fā)生在執(zhí)行部件從靜止以階躍指令加速到快速時。一般應(yīng)限定在變頻驅(qū)動系統(tǒng)最大輸出轉(zhuǎn)矩的80%以內(nèi)。式中,為與電機(jī)匹配的變頻驅(qū)動系統(tǒng)的最大輸出轉(zhuǎn)矩(N.m);為空載時加速轉(zhuǎn)矩(N.m);為快速行程時轉(zhuǎn)換到電機(jī)軸上的載荷轉(zhuǎn)矩(N.m);為快速行程時加減速時間常數(shù)(ms)。(4)切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩在正常工作狀態(tài)下,切削負(fù)載

7、轉(zhuǎn)矩不超過電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的80%。式中,為最大切削轉(zhuǎn)矩(N.m);D為最大負(fù)載比。(5)連續(xù)過載時間連續(xù)過載時間應(yīng)限制在電機(jī)規(guī)定過載時間之內(nèi)。麥特斯(無錫)機(jī)電有限公司Metronix(Wuxi)Machinery&ElectricalCo.,Ltd.http://www.elecfans.com電子發(fā)燒友http://bbs.elecfans.com電子技術(shù)論壇研發(fā)部3、根據(jù)負(fù)載轉(zhuǎn)矩選擇伺服電機(jī)根據(jù)伺服電機(jī)的工作曲線,負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足:當(dāng)機(jī)床作空載運(yùn)行時,在整個速度范圍內(nèi),加在伺服電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)在電機(jī)的連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩

8、范圍內(nèi),即在工作曲線的連續(xù)工作區(qū);最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩,加載周期及過載時間應(yīng)在特性曲線的允許范圍內(nèi)。加在電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩可以折算出加到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。式中,為折算到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩(N.m);F為軸向移動工作臺時所需的力(N);L為電機(jī)每轉(zhuǎn)的機(jī)械位移量(m);為滾珠絲杠軸承等摩擦轉(zhuǎn)矩折算到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩(N.m);為驅(qū)動系統(tǒng)的

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