新编图解伺服电机选型实例.doc

伺服电机计算选择应用实例
选择电机时的计算条件本节叙述水平运动伺服轴(见下图)的电机选择步骤。
例:工作台和工件的 W :运动部件(工作台及工件)的重量(kgf)=1000 kgf
机械规格μ :滑动表面的摩擦系数=
π :驱动系统(包括滚珠丝杠)的效率=
fg :镶条锁紧力(kgf)=50 kgf
Fc :由切削力引起的反推力(kgf)=100 kgf
Fcf :由切削力矩引起的滑动表面上工作台受到的力(kgf)
=30kgf
Z1/Z2: 变速比=1/1
例:进给丝杠的(滚珠 Db :轴径=32 mm
丝杠)的规格 Lb :轴长=1000 mm
P :节距=8 mm
例:电机轴的运行规格 Ta :加速力矩()
Vm :快速移动时的电机速度(mm-1)=3000 mm-1
ta :加速时间(s)= s
Jm :电机的惯量()
Jl :负载惯量()
ks :伺服的位置回路增益(sec-1)=30 sec-1
负载力矩和惯量的计算
计算负载力矩加到电机轴上的负载力矩通常由下式算出:
F×L
2πη

Tm = + Tf
Tm :加到电机轴上的负载力矩(Nm)
F :沿坐标轴移动一个部件(工作台或刀架)所需的力(kgf)
L :电机转一转机床的移动距离=P×(Z1/Z2)=8 mm
Tf :滚珠丝杠螺母或轴承加到电机轴上的摩擦力矩=2Nm
无论是否在切削,是垂直轴还是水平轴,F值取决于工作台的重量,摩擦系数。若坐标轴是垂直轴,F值还与平衡锤有关。对于水平工作台,F值可按下列公式计算:
不切削时:
F = μ(W+fg)
例如:
F=×(1000+50)= (kgf)
Tm = (×) / (2×μ×)+2=()
= (Nm)
切削时:
F = Fc+μ(W+fg+Fcf)
例如:
F=100+×(1000+50+30)=154(kgf)
Tmc=(154×) / (2×μ×)+2=()
=(Nm)
为了满足条件1,应根据数据单选择电机,(Nm),最高转速应高于3000(min-1)。考虑到加/减速,可选择α2/3000( Nm)。
·注计算力矩时,要注意以下几点:
。考虑由镶条锁紧力(fg)引起的摩擦力矩
根据运动部件的重量和摩擦系数计算的力矩通常相当小。镶条锁紧力和滑动表面的质量对力矩有很大影响。
。滚珠丝杠的轴承和螺母的预加负荷,丝杠的预应力及其它一些因素有可能使得滚动接触的Fc相当大。小型和轻型机床其摩擦力矩会大大影响电机的承受的力矩。
。考虑由切削力引起的滑动表面摩擦力(Fcf)的增加。切削力和驱动力通常并不作用在一个公共点上如下图所示。当切削力很大时,造成的力矩会增加滑动表面的负载。
当计算切削时的力矩时要考虑由负载引起的摩擦力矩。

。进给速度会使摩擦力矩变化很大。欲得到精确的摩擦力矩值,应仔细研究速度变化,工作台支撑结构(滑动接触,滚动接触和静压力等),滑动表面材料,润滑情况和其它因素对摩擦力的影响。
。机床的装配情况,环境温度,润滑状况对一台机床的摩擦力矩影响也很大。大量搜集同一型号机床的数据可以较为精确的计算其负载力矩。调整镶条锁紧力时,要监测其摩擦力矩,注意不要产生过大的力矩。
计算负载惯量与负载力矩不同,负载惯量可以精确地算出。由电机的转动
驱动的物体的惯量形成电机的负载惯量,无论该物体是转动还是沿直线运动。对各运动物体分别计算其惯量,然后按一定规则将各物体的惯量加在一起,即可得出总惯量。总惯量可按下述方法计算:
·圆柱体(滚珠丝杠,齿轮,
联轴节等)的惯量计算

圆柱体绕其中心轴回转的惯量可按下式计算:
πγ
32×980
J = D b4Lb ()
J : 惯量()
γ :物体的比重(kg/cm3)
Db :直径(cm)
Lb :长度(cm)
若物体的材料是铁(×10-3kg/cm3), 则惯量的近似值为:
J=×10-6Db4Lb ()
例如:
滚珠丝杠的Db为32mm,Lb为1000mm,其惯量为Jb为:
J = ×10-6××100 = ()
L
2π
W
980
·沿直线运动物体(工
作台,工件等)的惯量 J