伺服電機選型實例

1．選擇電機時的計算條件本節敘述水平運動伺服軸（見下圖）的電機選擇步驟。

伺服電機選型應用實例

例：工作臺和工件的

W：運動部件（工作臺及工件）的重量（kgf）=1000kgf機械規格μ：滑動表面的摩擦系數=0.05

π：驅動系統（包括滾珠絲杠）的效率=0.9fg：鑲條鎖緊力（kgf）=50kgf

Fc：由切削力引起的反推力（kgf）=100kgf

Fcf

：由切削力矩引起的滑動表面上工作臺受到的力（kgf）=30kgf

Z1/Z2：變速比=1/1

例：進給絲杠的（滾珠Db：軸徑=32mm絲杠）的規格Lb：軸長=1000mmP：節距=8mm

例：電機軸的運行規格Ta：加速力矩（kgf.cm）

Vm:快速移動時的電機速度(mm-1)=3000mm-1ta:加速時間(s)=0.10s

Jm:電機的慣量(kgf.cm.sec2)Jl:負載慣量(kgf.cm.sec2)

ks:伺服的位置回路增益(sec-1)=30sec-1

1.1負載力矩和慣量的計算計算負載力矩加到電機軸上的負載力矩通常由下式算出:

Tm=+TfTm:加到電機軸上的負載力矩(Nm)F:沿坐標軸移動一個部件(工作臺或刀架)所需的力(kgf)L:電機轉一轉機床的移動距離=P×(Z1/Z2)=8mm

Tf:滾珠絲杠螺母或軸承加到電機軸上的摩擦力矩=2Nm

F×L2πη無論是否在切削，是垂直軸還是水平軸，F值取決于工作臺的重量，摩擦系數。若坐標軸是垂直軸，F值還與平衡錘有關。對于水平工作臺，F值可按下列公式計算：不切削時：

F=μ（W+fg）

例如：

F=0.05×(1000+50)=52.5(kgf)Tm=(52.5×0.8)/(2×μ×0.9)+2=9.4(kgf.cm)=0.9(Nm)

切削時:F=Fc+μ(W+fg+Fcf)

例如:

F=100+0.05×(1000+50+30)=154(kgf)Tmc=(154×0.8)/(2×μ×0.9)+2=21.8(kgf.cm)=2.1(Nm)

為了滿足條件1，應根據數據單選擇電機，其負載力矩在不切削時應大于0.9（Nm），最高轉速應高于3000（min-1）。考慮到加/減速，可選擇α2/3000（其靜止時的額定轉矩為2.0Nm）。

·注計算力矩時，要注意以下幾點：。考慮由鑲條鎖緊力（fg）引起的摩擦力矩

根據運動部件的重量和摩擦系數計算的力矩通常相當小。鑲條鎖緊力和滑動表面的質量對力矩有很大影響。。滾珠絲杠的軸承和螺母的預加負荷，絲杠的預應力及其它一些因素有可能使得滾動接觸的Fc相當大。小型和輕型機床其摩擦力矩會大大影響電機的承受的力矩。

。考慮由切削力引起的滑動表面摩擦力（Fcf）的增加。切削力和驅動力通常并不作用在一個公共點上如下圖所示。當切削力很大時，造成的力矩會增加滑動表面的負載。

當計算切削時的力矩時要考慮由負載引起的摩擦力矩。

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。進給速度會使摩擦力矩變化很大。欲得到精確的摩擦力矩值，應仔細研究速度變化，工作臺支撐結構（滑動接觸，滾動接觸和靜壓力等），滑動表面材料，潤滑情況和其它因素對摩擦力的影響。

。機床的裝配情況，環境溫度，潤滑狀況對一臺機床的摩擦力矩影響也很大。大量搜集同一型號機床的數據可以較為精確的計算其負載力矩。調整鑲條鎖緊力時，要監測其摩擦力矩，注意不要產生過大的力矩。

計算負載慣量

與負載力矩不同，負載慣量可以精確地算出。由電機的轉動驅動的物體的慣量形成電機的負載慣量，無論該物體是轉動還是沿直線運動。對各運動物體分別計算其慣量，然后按一定規則將各物體的慣量加在一起，即可得出總慣量。總慣量可按下述方法計算：

·圓柱體（滾珠絲杠，齒輪，聯軸節等）的慣量計算

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圓柱體繞其中心軸回轉的慣量可按下式計算：J=Db4Lb（kgf.Cm.s2）

J:慣量(kgf.cm.s2)

γ：物體的比重（kg/cm3）Db：直徑（cm）

Lb：長度（cm）

若物體的材料是鐵（其比重為7.8×10-3kg/cm3）,則慣量的近似值為：J=0.78×10-6Db4Lb（kgf.cm.s2）

例如:滾珠絲杠的Db為32mm，Lb為1000mm，其慣量為Jb為：J=0.78×10-6×3.24×100=0.0082(kg.cm.s2)·沿直線運動物體(工作臺,工件等)的慣量

J=×()2(kgf.cm.s2)

W:沿直線運動物體的重量(kg)

L:電機一轉物體沿直線的移動距離(cm)

例如:

工作臺和工件的W為1000kg，L為8mm，則其慣量計算得：JW=1000/980×（0.8/2/π）2=0.0165(kgf.cm.s2)

·速度高于或低于電機πγ32×980W980L2π