《伺服选型计算》PPT课件.ppt

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1、伺服选型计算1物理概念及公式2 力矩與轉動方程式1.力矩：1)力矩的意義：使物體轉動狀態產生變化的因素，即當物體受到不為零的外力矩作用，原為靜止的將開始轉動，原來已在轉動的，轉速將產生改變。2)力矩的定義：考慮開門的情況，如右圖，欲讓門產生轉動，必須施一外力 F。施力點離轉軸愈遠愈容易使門轉動。而外力平形於門面的分力對門的轉動並無效果，只有垂直於門面的分力能讓門轉動。綜合以上因素，定義力矩，以符號 表示。Fr作用線33)力矩的單位：S.I.制中的單位為 牛頓公尺（Nm）4)力矩的方向與符號：繞固定軸轉動的物體，力矩可使物體產生逆時鐘方向，或順時鐘方向的轉動。因此力矩為一維向量。力矩符號規則一般

2、選取如下：2.轉動方程式：考慮一繞固定軸轉動的剛體（如右圖）。距離轉軸為 r 處的一質量為 m 的質點，受到一力量 F 的作用，根據切線方向的牛頓第二運動定律FFtmr轉軸4將剛體看成是由許多質點所構成，則每一質點都滿足類似的方程式左邊的合力矩只需考慮外力所產生的力矩，由內力所產生的力矩將會兩兩互相抵消，如右上圖所示。括號中的量稱為剛體的轉動慣量，以符號 I 表示Fm則上面導出的轉動方程式可寫成5此方程式為繞固定軸轉動的剛體所必須遵守的基本力學方程式，類似於移動力學中的牛頓第二運動定律。合外力對應到合外力矩，質量對應到轉動慣量，加速度對應到角加速度。轉動慣量在轉動力學中的角色就像質量在移動力學

3、中所扮演的角色，即轉動慣量越大的剛體角速度越不容易產生變化。剛體的轉動慣量與其轉軸的位置與質量的分布有關。剛體的質量如呈連續的分布，則轉動慣量必須以積分計算。圓盤圓球圓柱薄圓環6F=扭矩计算1/RTT电机转矩T（N.m）滑轮半径r（m）提升力F（N）T经过减速机后的提升力F=RrFFrrrT7扭矩计算F1/RPBFPBTT电机转矩T（N.m）螺杆导程PB（m）推力F（N）PB2F=T 经过减速机后的推力F=T R2PB8惯量计算一、负载旋转时惯量计算 JL（）（以电机轴心为基准计算转动惯量）实心圆柱空心圆柱L（m）D（m）L（m）D1（m）JK MK（D02 D12）81经过减速机之后的转动惯

4、量JLRJKJK MK D811/RD0（m）9惯量说明（惯量是指电机转子的惯性）1 中惯量标准电机（数控机床，机器人，自动化生产线）2 小惯量电机（印刷，食品，传送，纺织机械，注塑机负载惯量小速度要求高）3 超低惯量电机（印刷，工业缝纫机高频，高速）4 大惯量电机（传送带，升降控制设备负载惯量大，启动/速度较慢，运行平稳）10惯量计算M1/RPB直线运动部分JKM （）2PB经过减速机之后的转动惯量JLRJK二、负载直线运动时惯量计算 JL（）（以电机轴心为基准计算转动惯量）11惯量计算三、皮带类传动时惯量计算 JL（）（以电机轴心为基准计算转动惯量）M3M2M1r1r2电机转矩T（N.m）

5、小轮1质量M1(kg)小轮1半径r1(m)小轮2质量M2(kg)小轮2半径r2(m)重物质量M3(kg)减速比r1/r2=1/RJL=1/2*M1*r12+(1/2*M2*r22)/R2+M3*r12JL=1/2*M1*r12+1/2*M2*r12+M3*r1212伺服选型原则连续工作扭矩 伺服电机额定扭矩瞬时最大扭矩 伺服电机最大扭矩(加速时)负载惯量 3（三菱的？）倍电机转子惯量 连续工作速度 电机额定转速13举例计算1已知：圆盘质量M=50kg，圆盘直径D=500mm，圆盘最高转速60rpm，请选择伺服电机及减速机。14举例计算1计算圆盘转动惯量JL=MD2/8=50*2500/8=15

6、625 kg.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为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，2，则15625/R2 18803，R 137输出转速=3000/137=22 rpm，不能满足要求。如果选择500W电机，2，则15625/R2 637，R 25输出转速=2000/25=80 rpm，满足要求。这种传动方式阻力很小，忽略扭矩计算。15举例计算1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。16举例计算2M1:R1已知：负载重量M=50kg，同步带轮直

7、径D=120mm，减速比R1=10，R2=2，负载与机台摩擦系数=0.6，负载最高运动速度30m/min，负载从静止加速到最高速度时间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？D1:R217举例计算21.计算折算到电机轴上的负载惯量JL=M*D2/4/R12=50*144/4/100=18 kg.cm2按照负载惯量 6 kg.cm22.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*(D/2)/R2/R1 =50*9.8*0.6*0.06/2/10 =0.882 N.m加速时所需转矩Ta=M*a*(D/2)/R2/R1 =50*(30/60/0.2)*0.

8、06/2/10 =0.375 N.m伺服电机额定转矩 Tf，最大扭矩 Tf+Ta18举例计算23.计算电机所需要转速N=v/(D)*R1 =30/(3.14*0.12)*10 =796 rpm根据以上数据分析，最小可以选择ECMA-G31306ES电机。19举例计算3已知：负载重量M=200kg，螺杆螺距PB=20mm，螺杆直径DB=50mm，螺杆重量MB=40kg，摩擦系数=0.2，机械效率=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。M20举例计算31.计算折算到电机轴上的负

9、载惯量重物折算到电机轴上的转动惯量JW=M*(PB/2)2 =200*(2/6.28)2 =20.29 kg.cm2螺杆转动惯量JB=MB*DB2/8=40*25/8=125 kg.cm2总负载惯量JL=JW+JB=145.29 kg.cm22.计算电机转速电机所需转速 N=V/PB=30/0.02=1500 rpm21举例计算33.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*PB/2/=200*9.8*0.2*0.02/2/0.9 =1.387 N.m重物加速时所需转矩TA1=M*a*PB/2/=200*(30/60/0.2)*0.02/2/0.9 =1.769 N.m螺杆加

10、速时所需要转矩TA2=JB*/=JB*(N*2/60/t1)/=0.0125*(1500*6.28/60/0.2)/0.9 =10.903 N.m加速所需总转矩TA=TA1+TA2=12.672 N.m22举例计算33.计算电机驱动负载所需要的扭矩另一种计算所需加速扭矩的方法：TA=2*N*(JW+JB)/(60*t1)/=6.28*1500*0.014529/12/0.9 =12.672 N.m计算瞬时最大扭矩：加速扭矩Ta=TA+Tf=14.059 N.m匀速扭矩Tb=Tf=1.387 N.m减速扭矩Tc=TA Tf=11.285 N.m实效扭矩Trms=sqrt(Ta2*t1+Tb2*t2+Tc2*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=6.914 N.m23举例计算34.选择伺服电机伺服电机额定扭矩 T Tf 且 T Trms伺服电机最大扭矩 Tmax Tf+TA最后选定ECMA-E31820ES电机。24决定伺服电机大小的因素传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25END26