自動化項目設(shè)計過程中伺服電機(jī)的選型計算

伺服電機(jī)選型是自動化項目開發(fā)過程中常用的控制電機(jī)，在進(jìn)行設(shè)計選型過程中。需要對電機(jī)的各項參數(shù)進(jìn)行選型計算，如運行速度、轉(zhuǎn)動力矩等。以匹配合適大小的電機(jī)。這里就電機(jī)的各項參數(shù)計算過程進(jìn)行整理如下：

1、確定使用的機(jī)械機(jī)構(gòu)形式

一般地，常見的結(jié)構(gòu)為滾珠絲桿機(jī)構(gòu)、皮帶傳動機(jī)構(gòu)、齒輪齒條等。在確定機(jī)械機(jī)構(gòu)的形式的過程中，還需要確定機(jī)構(gòu)中滾珠絲桿的長度、導(dǎo)程、帶輪直徑等。以備計算過程中的使用。

幾種機(jī)械結(jié)構(gòu)形式

2、確定運行過程中的相關(guān)參數(shù)

如機(jī)構(gòu)運行過程中的加減速時間，勻速運行時間、移動距離等。以方便計算確定電機(jī)的相關(guān)技術(shù)參數(shù)。

電機(jī)運行速度位置曲線

3、計算負(fù)載慣量和慣量比

運用一般的慣量計算方法，確定設(shè)備的負(fù)載慣量；并用選型電機(jī)的慣量除負(fù)載慣量，以計算慣量比。

慣量相當(dāng)于保持一種狀態(tài)所需要立的大小。慣量比是用電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量除以負(fù)載慣量的數(shù)值。

電機(jī)使用過程中，依照經(jīng)驗值，750W以下的電機(jī)一般為20倍以下、1000W以上的電機(jī)一般為10倍以下。在需要快速響應(yīng)的應(yīng)用場景，應(yīng)選擇更小的慣量比。

4、計算電機(jī)的轉(zhuǎn)速

依照機(jī)構(gòu)的移動距離、加減速時間、勻速時間計算電機(jī)的轉(zhuǎn)速。其中最主要的是要核算運行過程中需要的電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速值。計算出的最大轉(zhuǎn)速應(yīng)小于或等于選型電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速。

5、計算電機(jī)運行轉(zhuǎn)矩

計算電機(jī)運行轉(zhuǎn)矩的過程中，需要從以下幾個方面進(jìn)行核算：

1）電機(jī)峰值轉(zhuǎn)矩

運行過程中電機(jī)所需要的最大轉(zhuǎn)矩，主要為電機(jī)加減速時所需要的轉(zhuǎn)矩。一般應(yīng)為電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩的80%以下。

2）移動轉(zhuǎn)矩、停止時的保持轉(zhuǎn)矩

電機(jī)使用過程中，絕大部分時間點應(yīng)該都是處于這中狀態(tài)，即電機(jī)常時間運轉(zhuǎn)所需要的轉(zhuǎn)矩。一般應(yīng)為電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的80%以下。

轉(zhuǎn)矩計算方法

3）有效轉(zhuǎn)矩

此參數(shù)為，電機(jī)運行、停止保持等全閉過程所需轉(zhuǎn)矩的平方平均值的單位時間值。同樣大致約為電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩的80%以下。

有效轉(zhuǎn)矩計算方法

6、選型確定伺服電機(jī)選型

通過以上的計算，就可以依照以上計算過程中的結(jié)果，選型確定電機(jī)。所選擇的電機(jī)參數(shù)，應(yīng)大于等于以上計算需求參數(shù)。（轉(zhuǎn)載請注明來源函控自動化工程師頭條號）

7、應(yīng)用舉例（使用滾珠絲桿機(jī)構(gòu)的示例）

1）確定基本參數(shù)

機(jī)構(gòu)上的工件質(zhì)量 Wa=10Kg

滾珠絲桿的長度 BL=0.5m

滾珠絲桿的直徑 Bd=0.02m

滾珠絲桿的螺距 Bp=0.02m

滾珠絲桿的效率 Bn=0.9

移動距離 0.3m

聯(lián)軸器的慣量 Jc=10*10^-6Kg.m^2

2)運行模式

加速時間 Ta=0.1s

勻速時間 Tb=0.8s

減速時間 Td=0.1s

循環(huán)時間 Tc=2s

移動距離 0.3m

運行參數(shù)

3）負(fù)載慣量

預(yù)估絲桿的質(zhì)量為1.24Kg。則

負(fù)載慣量計算

4）慣量比

若預(yù)先電機(jī)為200W，則Jm=0.14x10^-4(Kg.m^2)。

慣量比計算

5）最高速度Vmax

最高速度計算

6）轉(zhuǎn)速

電機(jī)轉(zhuǎn)速計算

7）轉(zhuǎn)矩

移動轉(zhuǎn)矩

移動轉(zhuǎn)矩計算

加速時轉(zhuǎn)矩

加速轉(zhuǎn)矩計算

減速時轉(zhuǎn)矩

減速轉(zhuǎn)矩計算

8）有效轉(zhuǎn)矩

有效轉(zhuǎn)矩計算

通過以上計算，可以知道，選擇200W伺服電機(jī)選型 滿足使用要求。

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