伺服电机的选择原则.docx

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1、I、机电领域中伺服电机的选择原那么现代机电行业中常常会遇到一些困难的运动，这对电机的动力荷载有很大影响。伺服驱动装苴是很多机电系统的核心，因此，伺服电机的选择就变得尤为盎要。首先要选出满意给定负载要求的电动机，然后再从中按价格、虫量、体枳等技术经济指标选择板适合的电机。各种电机的T-曲线(1)传统的选择方法这里只考虑电机的动力问题，对于直线运动用速度v(t),加速度a(t)和所需外力F(t)表示，对于下转运动用角速度(t),角加速度(t)和所需扭矩T(t)表示，它们均可以表示为时间的函数，与其他因素无关。很明显.电机的最大功率P电机，最大应大于工作负毂所需的峰值功率P峰值，但仅仅如此是不够的，

2、物理意义上的功率包含扭矩和速度两局部，但在实际的传动机构中它们是受限制的。用峰值，T峰值表示最大值或行峰值。电机的最大速度确定了减速器减速比的上限，n上限=峰值，最大/峰值，同样，电机的最大扭矩确定/减速比的下限，n下限力峰值/T电机，最大，假如n下限大于n上限，选择的电机是不相宜的。反之，那么可以通过对每种电机的广泛类比来确定上卜限之间可行的传动比范围。只用峰值功率作为选择电机的原那么是不充分的，而I1.传动比的精确计算特别繁琐。(2)新的选择方法种新的选择原那么是将电机特性与负载特性别离开，并用图解的形式表示，这种表示方法使得驱动装置的可行性检查和不同系统间的比拟更便利，另外，还供应/传动

3、比的一个可能范围。这种方法的优点：适用于各种负栽状况：将负载和电机的特性别高开；有关动力的各个参数均可用图解的形式表示并且适用于各种电机。因此，不再须要用大任的类比来检查电机是否能够驱动某个特定的负载.在电机和负我之间的传动比会变更电机供应的动力荷载参数。比方，一个大的传动比会减小外部扭矩对电机运转的影响，而且，为输出同样的运动，电机就得以较高的速度旋转，产生较大的加速度，因此电机须要较大的惯量扭矩。选择个相宜的传动比就能平衡这相反的两个方面.通常，应用有如下两种方法可以找到这个传动比n,它会把电机与工作任务很好地协调起来。一是,从电机得到的最大速度小于电机自身的最大速度电机，最大：二是，电机

4、随意时刻的标准扭矩小于电机额定扭矩M额定。2、一般伺服电机选择考虑的问题(1)电机的最高转速电机选择首先依据机床快速行程速度。快速行程的电机转速应严格限制在电机的额定转速之内。式中，为电机的额定转速(rpm)；n为快速行程时电机的转速(rpm)；为直线运行速度(mmin)：U为系统传动比，U=n电机/n丝杠；丝杠导程(mm)。(2)惯量匹配问题及计算负我惯珏为了保证足够的附加速度使系统反响灵做和满意系统的稔定性要求，负载惯量J1.应限制在2.5倍电机惯量JM之内，即。式中，为各转动件的转动惯量，kg.m2；为各转动件角速度，rad/min；为谷移动件的痂量，kg；为各移动件的速度，m/min：

5、为伺服电机的角速度，rad/min。空载加速转矩空载加速转矩发生在执行部件从静止以阶跃指令加速到快速时。股应限定在变频驱动系统最大输出转矩的80%以内I,式中，为与电机匹配的变频驱动系统的最大输出转矩(Mm)：为空载时加速转矩Nm):为快速行程时转换到电机轴上的载荷转矩(N.m)：为快速行程时加减速时间常数(InS)(4)切削负载转矩在正常工作状态下，切削负载转矩不超过电机额定转矩的80M式中，为最大切削转矩IN.m):D为最大负数比。(5)连续过载时间连续过教时间应限制在电机规定过载时间之内。3、依据负载转矩选择伺服电机依据伺服电机的工作曲线，负我转矩应满意：当机床作空载运行时，在整个速度范

6、围内，加在伺服电机轴上的负载转矩应在电机的连续额定转矩范围内，即在工作曲线的连续工作区：最大负我转矩，加戏周期及过效时间应在特性曲线的允许范用内。加在电机轴上的负数转矩可以折匏出加到电机轴上的负数转矩.式中，为折算到电机轴上的负载转矩(Mm)：F为轴向移开工作台时所需的力(N)；1.为电机每转的机械位移量(m)；为滚珠丝杠轴承等摩擦转矩折算到电机轴上的负载转矩(N.m)；为驱动系统的效率。式中,为切削反作用力(N):为齿轮作用力(N)：制为工作台工件等滑动同部总歪量(N)：为由于切削力使工作台压向导轨的正压力(N)；为摩擦系数。无切削时，计算转矩时以下几点应特殊留意.（八）由于镶条产生的摩擦转

7、矩必需充分地考虑.通常，仅仅从滑块的宙量和摩擦系数来计算的转矩很小的。请特殊留意由于镶条加紧以及滑块外表的精度误差所产生的力矩。(b)由于轴承，螺母的预加载，以及丝杠的预紧力滚珠接触面的摩擦等所产生的转矩均不能忽视。尤其是小型轻重员的设备。这样的转矩回应影响整个转矩。所以要特殊招意。(c)切削力的反作用力会使工作台的摩擦增加，以此承受切削反作用力的点与承受业动力的点通常是别离的。如下图，在承受大的切削反作用力的瞬间，滑块外表的负数也增加。当计算切削期间的转矩时，由丁这一载荷而引起的摩擦转矩的增加应赐予考虑。(d)摩擦转矩受进给速率的影响很大，必需探讨测量因速度工作台支控物(滑块，滚珠,压力)，

8、滑块外表材料及润滑条件的变更而引起的摩擦的变更。已得出正确的数值。Ie)通常，即使在同一台的机械上，随调整条件，四周温度，或润滑条件等因素而变更。当计算负载转矩时，谙尽量借助测量同种机械上而枳累的参数，来得到正确的数据。4、依据负我惯量选择伺服电机为了保证轮廓切削形态精度和低的外表加工粗糙度，要求数控机床具有良好的快速响应特性。随着限制信号的变更，电机应在较短的时间内完成必需的动作。负载惯址与电机的响应和快速移动AeC/DEC时间休戚相关。带大惯用负数时，当速度指令变更时，电机需较长的时间才能到达这一速度，当二轴同步插补进展圆弧高速切削时大惯量的负载产生的误差会比小惯量的大一些。因此，加在电机

9、轴上的负载惯量的大小，将干脆影响电机的灵敏度以及整个伺服系统的精度。当负载惯星5倍以上时，会使转子的灵敏度受影响，电机惯量和负数惯垃必需满意：由电机驱动的全部运动部件，无论旋转运动的部件，还是直线运动的部件,都成为电机的负载惯量,电机轴上的负载总惯量可以通过计算各个被驱动的部件的惯斌，并按肯定的规律将其相加得到。（八）01柱体惯量如滚珠丝杠，齿轮等围绕其中心轴旋转时的惯量可按下面公式计算：(kgcm2)式中，Y为材料的密度(kgcm3);D为圆柱体的直经(Cm)；1.为圆柱体的长度(Cm).(b)轴向移动物体的惯量工件，工作台等轴向移动物体的惯量.可由下面公式得出:(kgcm2)式中，W为直线

10、移动物体的重量(kg)：1.为电机每转在直线方向移动的距离(Cm).(c)圆柱体围绕中心运动时的惯量如下图：圆柱体围绕中心运动时的惯量属于这种状况的例子：如大直经的齿轮，为了削减惯量，往往在圆盘上挖出分布匀称的孔这时的惯用可以这样计算：(kgcm2)式中，为例柱体闱绕其中心线旋转时的惯量(kgcM：邛为例柱体的重室(kg)：R为旋转半径(Cm)Id)相对电机轴机械变速的惯地计算将上图所示的负载惯量Jo折算到电机轴上的计算方法如下：(kgcm2)式中，、为齿.轮的齿数。5、电机加减速时的转矩(1)按线性加减速时加速转矩电机加速或减速时的转矩按线性加减速时加速转矩计算如下:(N.m)式中，为电机的

11、稔定速度：为加速时间：为电机转子惯量(kg2)；为折算到电机轴上的负毂惯量(kg2)；为位置伺服开环增益。加速转矩开场减小时的转速如下：(2)按指数曲线加速电机按指数曲线加速时的加速转矩曲线此时，速度为零的转矩TO可由下面公式绐出：(N.In)式中，为指数曲线加速时间常数。(3)输入阶段性速度指令这时的加速转矩Ta相当于To,可由下面公式求得(ts=Ks).(N.n)6、依据电机转矩均方根值选择电机工作机械频繁启动，制动时所需转矩，当工作机械作频繁启动，制动时，必需检杳电机是否过热，为此需计算在一个周期内电机转矩的均方根值，并且应使此均方根值小于电机的连续转矩。电机的均方根值由下式给出：式中，

12、为加速转矩(Nm)：为摩擦转矩(Nn1)：在仲顿期间的转矩(Nm)：,如以下图所示。.，的转矩曲线负载周期性变更的转矩计算，也须要计算出一个周期中的转矩均方根值，且该值小于额定转矩。这样电机才不会过热，正常工作。负数周期性变更的转矩计算图设计时进给何服电机的选择原那么是：首先依据转矩一速度特性曲线检查负数转矩，加减速帏矩是否满意要求，然后对负我惯量进展校合，对要求频繁起动、制动的电机还应对其转矩均方根进展校合，这样选择出来的电机才能既满意要求，又可防止由于电机选择偏大而引起的问题。8、伺服电机选择的步骤、方法以及公式(1)确定运行方式依据机械系统的限制内容，确定电机运行方式，启动时间ta、减速

13、时间td由实际状况合机械刚度确定。典型运行方式(2)计算负载换算到电机轴上的转动惯量GD2为了计算启动转矩，要先求出负我的转动惯量：式中，1.为圆柱体的长cm；D为圆柱体的直径cm。式中，为负载健齿轮厚度：为负载侧齿轮直径：为电机侧齿轮厚度：为电机侧齿轮直径：为材料密度；为负载转动惯量(kg.m2)；为负载轴转速rpm：为电机轴转速rpm；为减速比。初选电机计算电机稳定运行时的功率Po以及转矩TJT1.为折兜到电机轴上的负载转矩：式中，为机械系统的效率：负载轴转矩。(4)核算加减速时间或加减速功率对初选电机依据机械系统的要求，核算加减速时间，必需小于机械系统要求值。加速时间:减速时间:上两式中

14、运用电机的机械数值求出，故求出参与起动信号后的时间，必需加算作为限制电路滞后的时间510ms0负载加速转矩可由起动时间求出，假设大于初选电机的额定转矩，但小于电机的瞬时圾大转矩(510倍额定转矩)，也可以认为电机初选相宜。(5)考虑工作循环与占空因素的实效转矩计奥在机器人等猛烈工作场合，不能忽视加减速超过额定电流这一影响，那么须要以占空因素求实效转矩。该值在初选电机额定转矩以下,那么选择电机相宜。以典型运行方式中图a为例：式中，为起动时间s：为正常运行时间s：为减速时间s：为波形系数。假设不满意额定转矩式，须要提高电机容用，再次核算”逸飞一、电动机起动方式的选择作为应用最广泛的鼠笼型异步电动机

15、,它采纳降压起动的条件:一是电动机起动时,机械不能承受全压起动的冲击转矩；二是电动机起动时，其端电压不能满意标准要求；三是电动机起动时，影响其他负荷的正常运行。对下降压起动目前有两种方式，一种是降压起动，一种是软起动.他经过f：个开屣阶段，一是“Y-A”起动器和自痛降压起动器，二是磁控式软启动器，三是目前最先进最流行的电子软启动器。电子轨启动器一般都是采纳16位单片机进展智能化限制,他既能保证电动机在负载要求的起动特性下平滑起动，乂能降低对电网的冲击，同时，还能实现干脆计算机通讯限制，为自动化智能限制打下乩好的根底.它们的造价比拟是：Y-A”起动器须六根出线而且故障率太高，修理战也高已不常采纳，自稿方式每个千瓦80元左右,磁控的每千乩150元左右,自刷和磁控的体积较大且故障率较高，修理费较高，电子软启动器每个千瓦在80元到150元之间，一般状况下，一台开关柜能放多台电子软启动器，节约工程造价，且故障率较低，修理费也低。所以，电子软启动器应是我们首选的目标。二、电子软启动器的选择通过以上所述，毋席置疑地在工程设计和工程改造中，要想改善工艺提高自动化水平，降低本钱提高企业效益，对电动机的起动就必需首先采纳先进的起动设算一一电了软启动器.在应用电子软启动涔时应考虑哪些问题呢？做为软启动涔首先要看它的起动性能和停车性能，目前的软启动器有以下五种起动