电机选型计算公式.docx

电机选型计算公式附录1：根据负载条件选用电机电机轴上有两种负载，一种是转矩负载，另一种是惯量负载。选用电机时，必须准确计算这些负载，以便确保知足如下条件：§(1).当机床处于非切削工作状态时，在整个速度范围内负载转矩应小于电机的连续额定转矩。假如在暂停或以非常低的速度运行时，由于摩擦系数增大，使得负载转矩增大并超过电机的额定转矩，电机有可能出现过热。另一方面，在高速运行时，假如受粘滞性影响，而使转矩增大且超过额定转矩，由于不能获得足够的加速转矩，加速时间常数有可能大大增加。§(2).最大切削转矩所占时间负载百分比即“ON时间知足所期望的值。§(3).以希望的时间常数进行加速。一般来讲，负载转矩有助于减速，假如加速不成问题，以同一时间常数进行减速亦无问题。加速检查按下面步骤进行。(I)假设电机轴根据NC或位控所确定的ACC/DEC方式进行理想的运动来得到加速速率。(II)用加速速率乘以总惯量电机惯量负载惯量计算出加速转矩。(III)将负载转矩摩擦转矩与加速转矩相加求得电机轴所需转矩。(IV)需要确认，第(III)项中的转矩应小于电机的转矩最大连续转矩，同时，小于伺服放大器电流限制回路所限制的转矩。第(II)项中的加速转矩由下式来计算。A.对于线性加速情况 ()()()TNtJJeNNtKeamamlKtrMasKtsasa=?+-=-?-?-?-?60211111式中：Ta:加速转矩Kg·CmNM:快速进给时的电机速度rpmta:加速时间secJm:电机惯量Kg·Cm·S2§(4).快进频率：一般来讲，在正常切削加工中，此项不成问题，但对于特殊加工设备来讲如冲压、钻床、激光加工、包装机械等，要求频繁快速进给，此时，需要检查能否由于频繁加、减速而使电机过热。在这种情况下，应计算每个循环电机转矩的均方根RMS值，以保证此值小于电机的额定转矩。 ()()TTTtTtTTtTttRMSaffaf=+-+212221023式中：Ta:加速转矩Tf:摩擦转矩To:停止时的转矩§(5).当负载条件在一个循环周期内变化不定时，TRMS按下式计算，并确认此值在电机的额定转矩范围内。TTtTtTtTttRMSnn=+1212223232式中：to=t1+t2+t3+tn§(6).负载惯量限制负载惯量的大小对于伺服系统的动态性能及快进加/减速时间有很大影响。对于大的负载惯量，当指令速度改变时，电机需要更长的时间到达指令速度，当多轴联动进行圆弧插补切削时，跟踪误差就大于较小惯量时的情况进而影响加工精度。通常，当负载惯量小于电机转子惯量时，上述问题不会出现。假如大于转子惯量3倍，动态影响就会变差，用于加工普通金属的机械，还不存在任何实际问题。不过，在诸如以高速加工各种形状复杂的木材的木工机械等特殊场合，最好使负载惯量小于转子惯量。当负载惯量大于转子惯量3倍时，就会牺牲响应时间。假如大大超过3倍，恐怕超出伺服放大器的参数调整范围，因而，应避免这种使用。由于机械设计限制，而无法小于3倍转子惯量时。附录2:负载转矩计算施加于电机轴上的负载转矩通常用下面简单公式计算。TFlTLc=?+2式中：TL:电机轴上的负载转矩Kgcm?F:需要使滑台工作台或刀架以轴向运动的力Kg:传动系统的效率。l:电机轴每转机械移动量Tc:不包含在“内的滚珠丝杠副，轴承等部件折算到电机轴上的摩擦转矩。F取决于工作台重量，摩擦系数，水平或垂直方向的切削推力，垂直轴场合能否配重平衡等因素。在水平方面使用场合，F值大小下列图所给举例计算如下：非切削时间：()FWfg=+切削时间：()FFWfgFfcC=+式中：W：滑台重量工作台及工件Kg:摩擦系数fg:拉紧销拉紧力Fc:由切削力产生的反向推力KgFcf:工作台相对导轨外表由切削运动而产生的力Kg计算转矩时，务必注意如下几点：1必须充分考虑由于拉紧销的夹紧产生的摩擦转矩。一般来讲，由滑动体的重量和摩擦系数计算出的转矩值很小。请务必注意由于拉紧销的夹紧力及滑台外表的精度而产生的转矩。2有两种情况不可忽略，一种是由于滚珠和滚珠螺母的预紧力引起的滚动接触部件的摩擦转矩，另一种是丝杠的预紧力产生的摩擦转矩。十分对于小型机械来讲，此转矩对整个转矩有很大影响，因而，必须加以考虑。3必须考虑由于切削反作用力引起的滑动外表摩擦力的增大因素。一般来讲，切削反作用力的吸收点与驱动力的吸收点不在同一位置，滑动体外表的负载就会由于吸收大的切削反作用力而产生的运动而增大，如下列图所示。计算切削经过中的转矩时，必须考虑由于这种负载而引起的摩擦转矩的增大。4进给速率对摩擦转矩产生很大影响。必须对不同速度下摩擦力的变化，工作台支撑体滑台，滚动体，静压，滑动体外表材料及润滑条件进行研究和测量，以便得到准确数据。5通常，即便是同一种机械，摩擦转矩也依调整状态，环境温度或润滑条件等因素而发生变化。计算负载转矩时，请设法对同种机械进行测量，并对测量数据进行处理以便得到准确数值。也就是讲，必须对夹紧力，间隙进行调整，来有效地控制摩擦转矩，以便避免产生过大转矩。另一种计算折合到电机轴上的负载转矩的方法如下：()TWPRNmLB=?982.水平直线运动轴式中：PB：滚珠丝杠螺距m1/R:减速比()()TWWPRNmLCB=?-?982.垂直直线运动轴式中：Wc:配重块重量Kg()TTRNmLl=?旋转轴运动式中：Tl:负载转矩(Nm?)附录3:负载惯量计算与负载转矩不同的是，只通过计算即可得到负载惯量的准确数值。不管是直线运动还是旋转运动，对所有由电机驱动的运动部件的惯量分别计算，并根据规则相加即可得到负载惯量。由下面基本公式就能得到几乎所有情况下的负载惯量。1.圆柱体的惯量由下式计算有中心轴的圆柱体的惯量。如滚珠丝杠，齿轮等。JDLK=?329804Kg·cm·sec2或()JLDKgmK=?3242式中：密度Kg/cm3铁：7.87×10-3Kg/cm3=7.87×103Kg/m3铝：2.70×10-3Kg/cm3=2.70×103Kg/m3JK：惯量Kg·cm·sec2Kg·m2D:圆柱体直径cm.mL:圆柱体长度cm.m2.直线运动体的惯量用下式计算诸如工作台、工件等部件的惯量JWPLB129802=?()Kgcm?sec2=?WPB22()Kgm?2式中：W：直线运动体的重量KgPB:以直线方向电机每转移动量cm或m3.有变速机构时折算到电机轴上的惯量ZZ21，：齿轮齿数JZZJL11220=?()Kgcm?sec2()Kgm?24.具有图中所示旋转中心的圆柱体的惯量JJMR=+02980()Kgcm?sec2式中：J0：圆柱体中心周围的惯量()Kgcm?sec2M:圆柱体重量KgR:旋转半径cm5.空心圆柱体的惯量 ()JLDD=?-329800414式中：密度Kg/cm3L:柱体长度cmDo：柱体外径cmD1：柱体内径cm6.对于垂直轴直线运动，当有配重时，务必考虑配重体的惯量，此时，()()JWWPRKgmLCB1222=+?式中：Wc：配重体重量Kg1/R:减速比PB:滚珠丝杠螺距m附录4:运转功率及加速功率计算在电机选用中，除惯量、转矩之外，另一个注意事项即是电机功率计算。一般可按下式求得。1.运转功率计算PNTML0260=?W式中：P0:运转功率WNM:电机运行速度rpmTL:负载转矩Nm?2.加速功率计算PNJtaMLa=?2602式中：Pa:加速功率(W)NM:电机运行速度(rpm)Jl：负载惯性()kgm?2ta:加速时间常数sec附录5：定位控制用伺服电机选用指南1.几个基本问题就一般而言，定位控制系统有两种构造形式。一种是全闭环位置控制系统，其位置检测元件一般采用光栅或感应同步器，这种控制构造固然可获得较高的精度，但由于传动机构的间隙，误差等非线性因素影响，系统的稳定性往往受其影响，调整起来比拟困难.但在大多数场合，采用另一种方法，即半闭环位置控制系统即可知足定位精度要求，其位置检测元件一般采用与电机同轴安装的光电脉冲编码器或旋转变压器。即使是具有插补功能的轮廓控制也是如此。其典型构造如下：对于这种构造的定位系统来讲，有如下几个基本问题需要考虑：1位置检测单位APFRkKBPG=?1000mm/脉冲式中：PB:滚珠丝杠螺距mFPG:：脉冲编码器每转脉冲数P/rk:脉冲编码器反应脉冲的细分比。K:脉冲编码器反应脉冲倍乘比.2指令脉冲频率()vs()vVAPPSsl=?100060式中：Vl:进给速率m/min此值不能大于位置伺服系统的最大接收脉冲频率。3PG反应脉冲频率vFB()vVFPPSFBmPG=?60式中：Vm:电机速度r/min此值不能大于位置伺服系统的最大PG反应脉冲频率。4位置环增益KP，误差计数器跟踪脉冲a.指令脉冲阶跃输入