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1、伺服的選型,伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動器和伺服電機組成,其中最關(guān)鍵的又是伺服電機的確定,伺服電機型號的確定可以通過下列方法: 1. 電機最大轉(zhuǎn)速系統(tǒng)所需之最高移動轉(zhuǎn)速。 2. 電機的轉(zhuǎn)子慣量與負載慣量相匹配。 3. 連續(xù)負載工作扭力電機額定扭力 4. 電機最大輸出扭力系統(tǒng)所需最大扭力(加速時扭力) 總結(jié):扭矩、速度達到系統(tǒng)要求,轉(zhuǎn)子慣量與負載慣量相匹配。,選型計算,1. 扭矩計算 連續(xù)負載工作扭矩(TL); 加速時扭矩(TS); 2. 速度計算 負載端轉(zhuǎn)速; 電機端轉(zhuǎn)速; 3. 慣量匹配計算(JL/JM),扭矩和速度計算,電機扭矩計算包括負載扭矩TL和啟動扭矩TS,T=(TL+TS) *S,S: 安
2、全系數(shù)。 TL:克服外力所需要的力矩,跟機械結(jié)構(gòu)有關(guān),如果是水平運動時主要是克服摩擦力,垂直運動時還要克服重力等的影響。 TS: 啟動需要的扭矩,也就是產(chǎn)生加速度所需要的扭矩,根據(jù)公式Ts=J J = 電機轉(zhuǎn)子慣量和負載慣量折算到電機軸的慣量的和 =電機軸角加速度。 計算TS的關(guān)鍵為慣量的計算。,慣量的計算,轉(zhuǎn)動慣量的定義:各質(zhì)點的質(zhì)量與該質(zhì)點到轉(zhuǎn)軸距離平方乘積之和,為描述轉(zhuǎn)動慣性大小的物理量。定義公式: J=mipi2,單位:kgm2 圓柱體慣量計算: 實心圓柱體: JK= (/32)LD4=0.5MR2 空心圓柱體: JK= (/32)L(D04-D14)=0.5M(R
3、02-R12),各種傳動機構(gòu)下負載的慣量計算,下面是幾種常見傳動方式下負載的慣量計算。 一. 直接驅(qū)動 JT:負載折算到電機轉(zhuǎn)子的總慣量 JL:負載慣量;JM:電機轉(zhuǎn)子慣量 JT = JL+JM 二. 皮帶輸送傳動 JT:負載折算到電機轉(zhuǎn)子的總慣量 JL:負載慣量; JM :電機轉(zhuǎn)子慣量 M:負載和皮帶的質(zhì)量和;R:皮帶輪半徑;JP:皮帶輪慣量 JL= M*R2 ; JT= JL+ JP + JM,三. 絲桿傳動 P: 螺距,M: 負載的質(zhì)量,JB是絲桿慣量 JL = M(P/ 2 )2 ; JT = JL + JM + JB 四.齒輪傳動 JL :負載的慣量,n:齒輪
4、傳動比, JM :電機轉(zhuǎn)子慣量 JT = JL /n2 + JM 下面結(jié)合例子講解如何計算扭據(jù)。,例子1,滾珠絲桿傳動 物體運動速度要求V=5.0m/min; 滑動部分質(zhì)量:M=50Kg 絲桿長度 LB=1.4m; 絲桿直徑DB=0.012m; 絲桿導程PB=0.01m; 聯(lián)軸器質(zhì)量Mc=0.2Kg 聯(lián)軸器外徑DC=0.04m; 磨擦系數(shù):u =0.3 加速時間t0 =0.1s; 機械效率n=0.9則計算過程如下:,,,,,,(1) 電機轉(zhuǎn)速:N=V/PB=5.0/0.01=500(rpm) (2) 克服磨擦力需要的扭矩: f PB TL 2,
5、 f 摩擦力 f Mg TL=MgPB/(2)=50 x9.8x0.3x0.01/(2x0.9)=0.26N.m (3)根據(jù)前面的計算公式得出負載慣量為 水平直線運動負載 JLM=M(PB/ 2 )2 =50 x(0.01/2 )2 =1.26x10-4(Kg.m2 ) 滾珠絲桿 JB=0.224x10-4 (Kg.m2 )按圓柱體的方式計算 聯(lián)軸器 JC=0.4x10-4(Kg.m2 ) 負荷慣量 JL=JLM+JB+JC=1.88 x10-4(Kg.m2 ) (4)根據(jù)慣量計算啟動所需要的扭矩: Ts=(JL+JM) =2*N/60t0 =523.6 rad/s2
6、 Ts=0.0984+523.6JM(N.m) (5)最終計算的電機扭矩 負載扭矩:TL=0.26(N.m) 產(chǎn)生加速度所需扭力: Ts=0.0984+523 .6JM (N.m),必須扭矩 T=(TL+TS)x S, S為安全系數(shù),一般為23 TM= (0.26+0.0984+523.6JM)x2 =(0.36+523.6JM)x2 =(0.36+0.575)x2=1.87(N.m) 按最大慣量電機JM計算,JM=1.1x10-3 kg.m2,例子2,直接驅(qū)動 當電機直接驅(qū)動一個圓盤,要求轉(zhuǎn)速在300RPM, 啟動時間為1s,圓盤的質(zhì)量為10Kg,半徑10
7、0mm。 根據(jù)圓柱體慣量的計算公式 JL=0.5M R2 =0.5x10 x0.12=0.05kg.m2 計算角加速度 : =(2) x300/(60 x1)=31.4rad/s2 Ts=(JL+JM) x =(0.05+JM)x31.4 = 1.57+31.4JM Ts啟動扭矩 必須扭矩: T= S *Ts(在這里把克服空氣阻力略去) S2,得出:T=3.14+62.8JM3.14N.m 取最大慣量電機,慣量JM1.1x10-3 kg.m2, JL/JM=46 考慮到慣量比遠大于35的理想范圍,所以,該系統(tǒng)不適合直接驅(qū)動,可以 考慮通過減速提高慣量比,選型時也需要注意這點。,,,
8、,測試: 1. 滾珠絲桿傳動 物體運動速度要求V=3.6m/min; 滑動部分質(zhì)量:M=200Kg 絲桿長度 LB=1.4m; 絲桿直徑DB=0.025m; 絲桿導程PB=0.010m; 聯(lián)軸器質(zhì)量Mc=0.2Kg 聯(lián)軸器外徑DC=0.04m; 磨擦系數(shù):u =0.1 加速時間t0 =0.2s; 機械效率n=0.9 請計算需要電機扭矩和轉(zhuǎn)速? 直接傳動,圓盤 當電機直接驅(qū)動一個圓盤,要求轉(zhuǎn)速在200RPM, 啟動時間為0.5s,圓盤的質(zhì)量為10Kg,半徑100mm。 請計算需要電機的扭矩和轉(zhuǎn)速度?,力矩計算的另外一種簡化算法,以上的計算也可以從能量守恒的角度出發(fā)
9、。 (力)x(力運動方向的位移)電機扭力 x(軸旋轉(zhuǎn)角度) 簡單計算方法: 電機轉(zhuǎn)動一圈(2 角位移), 物體移動距離P, 得出 FxP =Tx2 計算。其中F是作用在負載上的合力 在以上的計算中F=M a+f,a=Vl/t0.,慣量匹配計算,慣量比:負載慣量JL與電機轉(zhuǎn)子慣量JM之比 1影響:傳動慣量對伺服系統(tǒng)的精度,穩(wěn)定性,動態(tài)響應都有影響,慣量大,系統(tǒng)的機械常數(shù)大,響應慢,會使系統(tǒng)的固有頻率下降,容易產(chǎn)生諧振,因而限制了伺服帶寬,影響了伺服精度和響應速度,因此,機械設計時在不影響系統(tǒng)剛度的條件下,應盡量減小慣量。 2. 確定:衡量機械系統(tǒng)的動態(tài)特性時,慣量越小,系統(tǒng)的動態(tài)特性反應越好;慣量越大,馬達的負載也就越大,越難控制,但機械系統(tǒng)的慣量需和馬達慣量相匹配才行。不同的機構(gòu),對慣量匹配原則有不同的選擇,且有不同的作用表現(xiàn)。 理論:JL3JM,案例分析,沖床項目分析 四色平板印刷機項目分析 貼標機項目分析 步進電機在高溫場合下的使用注意事項,