伺服电机选型介绍

伺服电机选型介绍2012-11-15-2-一、选择电机时候的考虑因素概括言之，即选择与机械相匹配的电机，主要包括以下因素：1.负载惯量比；2.加减速特性（短时加工因素）；3.连续负载扭矩；4.电机速度；5.扭矩的均方根值；6.动态刹车距离。影响电机选择的因素为机床选择进给驱动电机时，需要考虑机械部分的传动结构与电机的匹配、电机的运转速度、机床的加减速时间大小、电机的停止距离等因素。影响选择伺服电机的因素影响选择伺服电机的因素-3-一、负载惯量比负载惯量比是指进给轴的负载惯量与进给轴电机惯量的比值。该值反映了电机对于负载的控制能力。该值越小，电机的控制力越强。要确保伺服电机能够有效的工作，需要为机床选择具有恰当惯量的电机。而其选择的技术指标称为负载惯量比（负载惯量/电机惯量）。推荐选取范围：负载惯量/电机惯量=3~5,用于模具加工或有频繁加减速要求的机床要求小于300%，用于零件加工的机床最大可至500%。影响选择伺服电机的因素影响选择伺服电机的因素-4-二、加减速特性（短时加工因素）在机械加工中，除了需要保证推动负载加工的连续推力之外，还必须要考虑短时的加工因素，即：电机在加减速过程中的输出特性。在加减速过程中，会达到机械需要的最大推力。因此，在选择电机时，需要考虑电机的最大扭矩与机械加减速过程中所需要的最大扭矩是否匹配。电机的最大扭矩直接影响加减速时间常数的设定。空载扭矩指不进行切削时电机所承受的扭矩，主要包括机械摩擦以及重力轴中重力的作用力矩，通常空载的扭矩应该不超过伺服电机堵转扭矩的30%。在无配重重力轴电机的使用中，空载扭矩最高可至伺服电机堵转扭矩的70%。三、空载扭矩影响选择伺服电机的因素影响选择伺服电机的因素-5-四、扭矩的均方根值¾扭矩的均方根值在一个加工周期内应该小于电机的堵转扭矩的90%0t8t7t6t5t4t3t2t1tT2827262524232221rms⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅+⋅=TTTTTTTT90%Trms×≤堵转扭矩影响选择伺服电机的因素影响选择伺服电机的因素-6-五、电机速度动态刹车距离是指当意外事故发生时，需要机床停止时的刹车距离。动态刹车的方法是将电机动力线的两端进行短接（系统放大器内完成，不需要进行额外的连线）。动态刹车的过程分为三个过程：1）放大器接收时间延迟产生的移动距离。延时时间为t1；2）电磁接触器（MCC）的关断时间产生的移动距离。延时时间为t2；3）电磁接触器关断后，动态刹车过程产生的距离。通常，t1+t2=0.05秒。六、动态刹车距离在实际机械运转中，电机的旋转速度不可以超过电机旋转的最大速度。影响选择伺服电机的因素影响选择伺服电机的因素-7-六、动态刹车距离刹车距离=[mm/deg]L)0NB0N(A)J(J2)t1(tVm3LM××+××+++×影响选择伺服电机的因素影响选择伺服电机的因素B：BA：AVL60/0N]deg[]mm[L][min0N]m[kgJ]m[kgJsec]/deg[sec/mmVmm12L2M车系数计算动态刹车距离的刹车系数计算动态刹车距离的刹）（或者：电机一转的移动距离：电机快速移动速度：负载惯量：电机惯量或者：快速移动速度，=×⋅⋅−注：刹车系数A与B可以查询说明书65262EN以及65302EN。-8-伺服电机选定所必须的项目伺服电机选定所必须的项目一．①移动物重量(W)、②一次旋转移动量(I)、移动方向(判断是水平轴还是重力轴)z工件转动惯量(Jw)＝移动物重量×（一次旋转移动量／２π）2•移动物重量1000kg、一次旋转移动量12mm(=0.012m)、Jw=0.0365kgm2z重力轴负载(Tw)＝移动物重量×（一次旋转移动量／２π）×9.8÷机械效率•移動物重量1000kg、一次旋转移动量12mm(=0.012m)、機械効率0.8、Tw=23.4Nmz水平轴摩擦负载(Tf)＝移动物重量×（一次旋转移动量／２π）×9.8×摩擦系数•移動物重量1000kg、一次旋转移动量12mm(=0.012m)、摩擦系数0.1、Tf=1.87Nm二．丝杠（③直径(D)、④长度(L)、⑤螺距(p)）z丝杠转动惯量(Jb)＝765×（丝杆直径）4×长度×(一次旋转移动量／螺距)2•螺纹直径40mm、长度1m765×(0.04)4×1=0.00196kgm2•螺纹直径100mm、长度3m765×(0.1)4×3=0.230kgm2相同的螺纹一次旋转移动量10mm、螺距20mm765×(0.1)4×3×(10/20)2=0.0574kgm2三．⑥快速进给速度(V)z电机旋转速度(N)＝快速进给速度V÷一次旋转移动量•快速进给速度36m/分、一次旋转移动量12mmN=3000rpm-9-一转移动量的计算一转移动量的计算一转移动量为电机旋转一圈机床的移动距离1、丝杆传动一转移动量（I）=丝杆螺距*减速比比如10mm螺距，减速比为1：2，则一转移动量=10*（1/2）=5mmP*n=F（其中P为螺距，n为转速，单位为rpm/min；F为进给速度，单位为mm/min）2、齿轮齿条传动一转移动量（I）=2π*R*减速比（R为分度圆半径）（注：分度圆直径=齿数*模数）比如齿轮齿条传动时，齿轮分度圆的半径为10mm，减速比为1/2，则:一转移动量=2π*10*（1/2）=10π3、涡轮蜗杆传动一转移动量（I）=(R*减速比*P)/r(注：R为涡轮半径，r为蜗杆半径，P为蜗杆导程)-10-一．水平轴、重量1000kg、丝杠D40mm,L1000mm,p12mm、快速进给36m/分1.摩擦负载＝1000×(0.012/6.28)×9.8×0.1=1.87Nm在额定扭矩的30%以内αiS8以上型号都可以2.负载转动惯量＝1000×(0.012/6.28)2+765×(0.04)4×1=0.00561为Jm的3倍左右αiS8(Jm=0.00117)为4.8倍、αiS12(Jm=0.00228)或βiS12则是2.5倍没问题3.快速进给旋转速度＝36m/分÷0.012=3000rpmαiS12/4000、βiS12/3000可以4.快速进给时间常数＝快速进给旋转速度×0.105×总计转动惯量÷最大扭矩αiS12/4000时＝3000×0.105×(0.00561+0.00228)÷46＝0.054=54msec1.1G!!βiS12/3000时＝3000×0.105×(0.00561+0.00228)÷27＝0.092=92msec0.6G小型加工中心的电机选定例(1/2)小型加工中心的电机选定例(1/2)小型加工机械水平轴电机选定的基本3点（＋确认1点）1.摩擦负载在选定电机额定扭矩的30%以内2.负载转动惯量(=工件转动惯量Jw+丝杆转动惯量Jb)为选定电机惯量Jm的3倍左右3.快速进给电机旋转速度小于最高旋转速度（有若干超过时需商谈）＋4.快速进给时间常数值适当（100msec左右）-11-二、垂直轴、重量500kg、丝杠D40mm,L1000mm,p12mm、快速进给40m/分1.重力负载＝500×(0.012/6.28)×9.8÷0.8=11.7Nm在额定扭矩的70%以内αiS22以上型号都可以2.负载转动惯量＝500×(0.012/6.28)2+765×(0.04)4×1=0.00378为Jm的3倍左右αiS22(Jm=0.00527)是0.7倍没问题3.快速进给旋转速度＝40m/分÷0.012=3333rpmαiS22/4000、βiS22/3000没问题4.快速进给时间常数＝快速进给旋转速度×0.105×合计转动惯量÷（最大扭矩－重力负载）αiS22/4000时＝3000×0.105×0.00905÷(76-11.7)＝0.044=44msec1.5G!!βiS22/3000时＝3000×0.105×0.00905÷(30-11.7)＝0.156=156msec0.4G小型加工中心的电机选定例(2/2)小型加工中心的电机选定例(2/2)小型加工机械重力轴电机选定的基本３点（＋确认１点）1.摩擦负载在额定扭矩的70%以内2.负载转动惯量为Jm的3倍左右3.快速进给旋转速度应小于最高旋转速度4.快速进给时间常数值适当（100msec左右）对于不带配重的重力轴，由于摩擦负载相对重力负载太小，可以不考虑-12-一．水平轴,重量10000kg,螺纹直径D100mm,L4000mm,p20mm,快速进给20m/分,移动量10mm,减速比1:21.摩擦负载＝10,000×(0.010/6.28)×9.8×0.1=15.6Nm应在额定扭矩的30%以内αiS50刚刚够2.转动惯量＝10,000×(0.010/6.28)2+765×(0.1)4×4×(1/2)2=0.102为Jm的5倍左右αiS50(Jm=0.0145)为7倍、αiS100(Jm=0.0252)是4倍没问题3.快速进给旋转速度＝20m/分÷0.010=2000rpmαiS100/25004.快速进给时间常数＝快速进给旋转速度×0.105×合计转动惯量÷最大扭矩αiS50/3000时＝2000×0.105×0.117÷200＝0.123=123msec足够快αiS100/2500时＝2000×0.105×0.126÷200＝0.138=132msec足够快5.如一次旋转移动量为8mm（丝杠的减速比2/5）、①摩擦负载＝12.5Nm、②负载转动惯量＝0.065kgm2为Jm的4.5倍（许可范围内）③快速进给旋转速度2500rpm、④快速进给时间常数140msecαiS50/3000足够减速比选择的最佳结果是，在合适的减速比下，最大限度的使用到电机的转速范围比如本例减速比为2.5时电机快速进给的速度为2500rpm，更靠近电机最高转速3000rpm大型加工中心用电机的选定例(1/2)大型加工中心用电机的选定例(1/2)大型加工机械（要点）1.负载转动惯量为选定电机惯量Jm的5倍左右2.减少一次旋转移动量-13-二、垂直轴,重量2000kg,螺纹D80mm,L2000mm,p20mm,快速进给20m/分,移动量10mm1.重力负载＝2000×(0.010/6.28)×9.8÷0.8=39Nm应在额定扭矩的70%以内αiS50Fan没问题2.转动惯量＝2000×(0.01/6.28)2+765×(0.08)4×2×(1/2)2=0.0207为Jm的5倍左右αiS50Fan(Jm=0.0145)为1.4倍没问题3.快速进给旋转速度＝20m/分÷0.01=2000rpmαiS50/3000Fan没问题4.快速进给时间常数＝快速进给旋转数×0.105×合计转动惯量÷（最大扭矩－重力负载）αiS50/3000Fan时＝2000×0.105×0.0352÷(200-39)＝0.046=46msec过快αiS100/2500时＝2000×0.105×0.0459÷(200-39)=0.060=60msec过快5.如一次旋转移动量動为6.666mm（丝杠减速比1/3）,①重力负载26Nm、②负载转动惯量0.00922kgm2、③快速进给旋转速度3000rpm、④快速进给时间常数为111msec（还是过快）,用αiS40/4000驱动足够大型加工机械（要点）1.负载转动惯量为Jm的5倍左右2.减少一次旋转移动量3.对于不带配重的重力轴，由于摩擦负载相对重力负载太小，可以不考虑大型加工中心用电机的选定例(2/2)大型加工中心用电机的选定例(2/2)-14-●大型机床，垂直轴,重量1000kg,配重1000kg，螺纹D80mm,L2000mm,p20mm,快速进给20m/分,移动量10mm1、重力负载Tw=(1000-1000)×(0.010/6.28)×9.8÷0.8=0NM摩擦负载Tf=(1000+1000)×(0.010/6.28)×9.8×0.1=3.12NMT=Tw+Tf=3.12NM在额定扭矩的70%以内，ais8以内均可2、负载转动惯量=(1000+1000)×(0.010/6.28)2+765×(0.08)4×