伺服电机精细估计选型

作者: 服务支持  发布:2020-03-12

  伺服电机周详企图选型_物理_自然科学_专业原料。α电机的抉择 进给伺服电机的抉择 (摘自 B-65262EN ) 王玉琪 电动机要继承 两种外面的力矩 :恒定的负载转矩和切削力矩(席卷摩擦力矩) 力矩。下面先容这两种力矩的企图办法及正在抉择电动机时

  α电机的抉择 进给伺服电机的抉择 (摘自 B-65262EN ) 王玉琪 电动机要继承 两种外面的力矩 :恒定的负载转矩和切削力矩(席卷摩擦力矩) 力矩。下面先容这两种力矩的企图办法及正在抉择电动机时应餍足的要求。 ;加 /减速 要求 1: 机床无负载运转时,加正在电动机上的力矩应小于电动机的继续额定力矩的 不然,正在切削或加减 要求 2: 加( /减)速年华要短,须正在电动机的首肯畛域内。 一般, 负载力矩助助电动机的减速, 可正在一致的年华内告竣。 的死板个性的断续区内。 因而, 假设加快能正在首肯年华内告竣的话, 减速也 云云咱们只需企图加快力矩, 并正在首肯年华内核算该力矩正在电动机 /速时电动机就或许过热。 50% 以下。 要求 3: 频仍地定位和加 /减速会使电动机发烧,伺服电机选型计算图解此时必要企图出电动机继承的力矩的均方根值 Tc。 Trms ,使其小于电动机的额定力矩 要求 4: 负载震动频仍时,要企图一个作事周期的负载力矩的均方根值 的额定力矩。 要求 5: 电动机以最大切削力矩运转的年华应正在首肯的畛域内(核算 要求 6:负载的惯量要小于电动机自身惯量的 本文譯自“α伺服电动机规格仿单( 择β i 电动机时也可行为参考。 Ton) 。 Tmrs ,使其小于电动机 3 倍( Mitsubishi 引荐为 2.5 倍) 。 B-65262EN ) ” ,但实用于α i 电动机的抉择;选 1 α电机的抉择 1. 抉择电机时的企图要求 本节论述水准运动伺服轴(睹下图)的电机抉择方法。 例:作事台和工件的 死板规格 W μ π fg Fc :运动部件(作事台及工件)的重量( :滑动轮廓的摩擦系数 =0.05 :驱动编制(席卷滚珠丝杠)的恶果 :镶条锁紧力( kgf ) =50 kgf :由切削力惹起的反推力( =30kgf kgf ) =1000 kgf =0.9 kgf ) =100 kgf ( kgf ) Fcf :由切削力矩惹起的滑动轮廓上作事台受到的力 Z1/Z2 : 例:进给丝杠的(滚珠 丝杠)的规格 Db Lb P 例:电机轴的运转规格 Ta 变速比 =1/1 :轴径 =32 mm :轴长 =1000 mm :节距 =8 mm :加快力矩( kgf.cm ) (mm )=3000 mm 2 -1 -1 Vm :急速转移时的电机速率 ta Jm Jl ks 1.1 负载力矩和惯量的企图 企图负载力矩 注: 直线运动的作事台 Tm=F ω d (1/ η )+Tf =F(L/2 π )(1/ η )+Tf ω d:电机一转转过的弧 度角。 :加快年华 (s)=0.10 s :电机的惯量 (kgf.cm.sec ) :负载惯量 (kgf.cm.sec ) :伺服的地点回道增益 (sec )=30 sec -1 -1 2 加到电机轴上的负载力矩一般由下式算出: Tm = F× L 2πη Tm F L Tf :加到电机轴上的负载力矩 :沿坐标轴转移一个部件 (Nm) ( 作事台或刀架 ) 所需的力 (kgf) =P × (Z1/Z2)=8 mm + Tf :电机转沿道色床的转移隔绝 :滚珠丝杠螺母或轴承加到电机轴上的摩擦力矩 无论是否正在切削, 是笔直轴依然水准轴, 的重量,摩擦系数。若坐标轴是笔直轴, F 值取决于作事台 F 值还与均衡锤有 2 α电机的抉择 闭。对付水准作事台, 不切削时: F 值可按下列公式企图: ( 设 Tf= =2kgf.cm=0.2Nm 时。 ) F = μ( W+fg ) 比如: F=0.05 × (1000+50)=52.5 (kgf) Tm = (52.5 × 0.8) / (2 ×π× 0.9)+2=9.4(kgf.cm) 注: L=8mm =0.8cm 切削时 : F = Fc+ μ(W+fg+Fcf) 比如 : F=100+0.05 × (1000+50+30)=154(kgf) Tmc=(154 × 0.8) / (2 ×π× 0.9)+2=21.8(kgf.cm) 即: 电机不带负载和 切削请求。 =2.1(Nm) 为了餍足运转要求 正在不切削时应大于 1,应按照数据单抉择电机,其负载力矩 0.9 ( Nm ) , 最高转速应高于 3000 ( min ) 。 -1 = 0.9(Nm) 商讨到加 / 减速,可抉择α 2.0 Nm ) 。 ? 注 2/3000 (其静止时的额定转矩为 企图力矩时,要小心以下几点: 。 商讨由镶条锁紧力( fg )惹起的摩擦力矩 按照运动部件的重量和摩擦系数企图的力矩一般相当 小。镶条锁紧力和滑动轮廓的质地对力矩有很大影响。 。滚珠丝杠的轴承和螺母的预加负荷 少许要素有或许使得滚动接触的 ,丝杠的预应力及其它 Fc 相当大。小型和轻型机 ( Fcf )的扩展。切 当 床其摩擦力矩会大大影响电机的继承的力矩。 。 商讨由切削力惹起的滑动轮廓摩擦力 削力和驱动力一般并不感化正在一个群众点上如下图所示。 切削力很大时,变成的力矩会扩展滑动轮廓的负载。 当企图切削时的力矩时要商讨由负载惹起的摩擦力矩。 。进给速率会使摩擦力矩转变很大 值,应注重咨议速率转变, 对摩擦力的影响。 。欲取得无误的摩擦力矩 作事台维持组织 (滑动接触, 滚 动接触和静压力等) ,滑动轮廓质料,润滑处境和其它要素 。机床的装置处境, 境遇温度, 润滑情形 对一台机床的摩擦 力矩影响也很大。 巨额征求统一型号机床的数据 可能较为精 3 α电机的抉择 确的企图其负载力矩。 调节镶条锁紧力时, 要监测其摩擦力 矩,小心不要形成过大的力矩。 企图负载惯量 与负载力矩分歧,负载惯量可能无误地算出。由电机自身 的转动而驱动的物体惯量酿成电机的负载惯量, 是转动依然沿直线运动。 总惯量可按下述办法企图: ?圆柱体(滚珠丝杠,齿轮,联轴节等)的惯量企图 无论该物体 然 对各运动物体分袂企图其惯量, 后按肯定规矩将各物体的惯量加正在沿道,即可得出总惯量。 注: 1 . J b= ( 1/2) MR 2 M (质地: Kg ) R(半径: cm ) 2 . M=W/g W ( 重量: Kgf) g (重加快率: 980cm/s ) M=(1/g)(1/4) πγ D b L b = (π /4g )γ D b L b 3 . Jb =(π /32g )γ D b4L b 2 2 圆柱体绕其核心轴反转的惯量可按下式企图: 2 Jb = πγ 32× 980 Jb γ Db Lb 4 2 D b L b ( kgf.Cm.s ) : 惯量 (kgf.cm.s ) :物体质料的比重( :直径( cm) :长度( cm) -3 3 3 kg/cm ) 2 若物体的质料是铁(其比重为 的近似值为: Jb =0.78 × 10 D b L b 比如 : 滚珠丝杠的 为: -6 4 7.8 × 10 kg/cm ) , 则 惯 量 ( kgf.cm.s ) 2 D b 为 32mm , L b 为 1000mm ,其惯量为 -6 4 2 Jb Jb = 0.78 × 10 × 3.2 × 100 = 0.0082(kgf.cm.s ) 注: 1kg.m =100/9.8 kgf.cm.s ?沿直线 (工 JW = W 980 W L × ( 作台 ,工件等 ) 的惯量 注: JW =ML i M 质地: Kg ) Li ( 电机转一弧度物体沿直线的 转移隔绝 (cm/rad)) L 2π ) (kgf.cm.s ) 2 2 :沿直线运动物体的重量 (kgf) (cm) :电机一转物体沿直线 α电机的抉择 比如: 作事台和工件的 算得: W J = ( 1000/980)× (0.8/2π) =0.0165(kgf.cm.s ) 2 2 W为 1000kgf,L 为 8mm,则其惯量计 ?速率高于或低于电机轴速的物体的惯量 (惯量的折算) 惯量 J0 折算到电机轴上后的企图办法如下: J=( Z1 Z2 ) ×J0 (kgf.cm.s ) :折算前的惯量 (kgf.cm.s ) 2 2 J0 ?反转核心偏离轴心的圆柱体的惯量 J = J0+ J0 M R M 980 *R (kgf.cm.s ) (kgf.cm.s ) 2 2 2 :盘绕圆柱体核心反转的转动惯量 :物体的重量 (kgf) :反转半径 (cm) 上述公式用于企图大齿轮等零件的惯量。 量,这些零件的组织都应是中空的。伺服电机选型计算图解 是电机加快的负载惯量 上 述例子企图取得的 J。 为了减小重量和惯 上述企图的惯量值的和 J L。 JB 及 JW 的和便是负载惯量 2 J L = 0.0082 + 0.0165 = 0.0247(kgf.cm.s ) 5 α电机的抉择 ?对负载惯量的控制 负载惯量对电机的负责个性和急速转移的加 后,必要较长的年华抵达新指令指定的速率。 负载惯量小于或等于电机的惯量时, 负载惯量为电机的 / 减速年华都有 指令转变 若机床沿着两 很大影响。 负载惯量扩展时, 或许显示以下题目: 电机的惯量应不小 于 3 倍的负载惯量 个轴高速运动加工圆弧等弧线,会变成较大的加工偏差。 不会显示这些题目。 若 可是假设加工木制 3 倍以上, 负责个性就会低落。 实践上这 发起负载惯量要小于或等于电机 对平时金属加工机床的作事的影响不大, 品或是高速加工弧线轨迹, 的惯量。(要求 6 ) 假设负载惯量比 3 倍的电机惯量大的众, 则负责个性将大大 利用中应避免云云 FANUC 干系。 降落。 此时, 电机的个性必要额外调节。 大的惯量。若死板安排显示这种处境,请与 1. 2 加快力矩的企图 企图加快力矩:方法 1 按下述方法企图加快力矩: 假定电机由 NC 负责加 / 减速,企图其加快率。将加快率乘 以总的转动惯量(电机的惯量 速力矩。企图式如下。 + 负载惯量) ,乘积便是加 ? 直线加 /减速 T a 是指数弧线上 升的。 Ta = + Vm 60 Vm 60 × 2π × 1 ta × Jm×( 1-e -ks。 ta )+ × 2π × 1 1 ta × JL ×( 1-e -ks 。 ta )÷η Vr = Vm × {1- (1- e Ta? ks -ks。 ta )} Ta Vm ta Jm JL Vr Ks η :加快力矩 (kgf ? cm) :电机急速转移速率 (min ) :加快年华 (sec) :电机的惯量 (kgf.cm.s ) :负载的惯量 (kgf.cm.s ) :加快力矩滥觞降落的速率 :地点回道的增益 (sec ) :机床的恶果 -1 2 -1 2 -1 ( 与 Vm 分歧 ) (min ) 6 α电机的抉择 例子: 不才列要求下举行直线加 / 减速: 然后企图 2 电机为α 2/3000。最初企图电机和负载惯量, -1 -1 加 速 转 矩。 电 机 惯 量 Jm 为 0.0061(kgf.cm.s 2) , Vm 为 3000 (min ) , ta 为 0.1(s),ks 为 30(sec ) , J L =0.0247(kgf.cm.s ) 。 Ta = 3000/60 × 2π× 1/0.1 × 0.0061 ×( 1-e + 3000/60 × 2π× 1/0.1 × 0.0247×( 1-e = 100.1(kgf.cm.) = 9.81(Nm) -30 × 0.1 -30× 0.1 )+ )÷ 0.9 由α 2/3000 的速率 - 转矩个性可能看到, 力矩处于断续作事区的外面 据单)。 (故α 2/3000 的力矩是不足的。 ) 9.81( Nm )的加快 (睹上面的个性弧线和电机的数 假设轴的运转个性 (如, 加快年华) 稳固, 就必需抉择大电 机。好比,抉择α 3/3000 ( Jm 为 0.02 kgf.cm.s ) ,从新企图 加快力矩如下: Ta = 123.7(Kg.cm) = 12.1(Nm) Vr = 2049(min ) 由该式可知, 加快时, 正在转速 2049(min ) 时,请求加快力矩 为 12.1 Nm 。由上面的速率 - 力矩个性可能看出, 则法兰盘尺寸依然变为 用α 3/3000 3/3000 , 电机可餍足加快请求 (要求 2) 。 因为已将电机换为α -1 -1 2 130mm × 130mm 。若机床不首肯用 较大电机,就必需修正运转个性,比如,使加快年华延迟。 ? 不负责加 /减速时 (指数加减速) 速率 指令 Vm 转矩 Ta ta 年华 Vm 速率 7 α电机的抉择 公式为: Ta = Ta = 企图加快力矩:方法 2 Vm 60 1 ks × 2π× 1 ta ×( Jm+J L ) 为了取得电机轴上的力矩 (摩擦力矩) 。 T = Ta+Tm T ,应正在加快力矩 Ta 上扩展 Tm T = 12.1(Nm)+0.9(Nm) = 13.0 (Nm) 企图加快力矩:方法 3 核算上面方法 2 企图出的力矩 T 应小于或等于放大器已限 - 转矩个性和数据单核算由步 力矩核算: 1. 由方法 2 企图出的力矩 T 应 小于放大器节制的力矩。 2. 由方法 1 算出的 Vr 应正在速率 - 力矩个性弧线的断续区。伺服电机选型计算图解 定的力矩。用相应电机的速率 -1 骤 1 算得的 Vr 时的 T 应正在断续作事区内。 由于 Vr 为 2049(min ) , T 为 13.0(Nm) ,从电动机α 3/3000 的速率 - 转矩的个性弧线可知,用指定的年华常数加快是可 行的(餍足要求 2) 。 8 α电机的抉择 1. 3 企图力矩的均方根值 绘制席卷急速定位的一个作事周期的速率 -年华和转矩 - 时 /减 频仍的急速定位时的 力矩均方根值 Trms 间图, 如下图。 平时切削时, 平常频度的急速定位不会有问 题;可是,对付频度较高的急速定位的机床必需检验加 速电流是否会惹起电机过热。 按照力矩 - 年华图可能取得一个运转周期的加于电机上力矩 的均方根值。 对该值举行核算, 确保要小于或等于电机的额 定力矩(餍足要求 3) 。 ( Ta+Tm ) 2 t 1+Tm 2t 2+ ( Ta-Tm ) 2t1 +To2 t3 Trms = Ta To :加快力矩 :遏制时的力矩 t0 Tm :摩擦力矩 假设 Trms 小于或等于电机静止时的额定力矩 实践静止额定力矩的 例子: 不才列要求下选用α t 3=7.0s 。 Trms = ( 12.1+0.9 ) 2× 0.1+0.9 2× 1.8+(12.1-0.9) 2× 0.1+0.92 × 7 t0 ( Ts) ,则抉择 的电机可能利用 。伺服电机选型计算图解 (商讨到发烧系数,核算时静止力矩应为 90% ) 。 3/3000( Ts=31 kgf.cm ) =3.0Nm 的 电机: Ta=12.1 Nm, ; Tm=To=0.9 Nm ; t1 = 0.1 s ;t 2=1.8s ; = 2.02 Nm < Ts × 0.9=3.0 × 0.9=2.7 Nm 3) 。 - 因而,用α 3/3000 电机可能餍足上述运转要求(要求 正在一个作事周期内负载频仍 转变的力矩均方根值 Trms 若负载(切削负载,加 /减速率)转变频仍,应绘出其力矩 年华图(如下图所示) ,用该图企图服从矩的均方根值晚生 行核算, 和上述处境一律, 使其小于或等于电机的额定力矩 (使其餍足要求 4) 。 9 α电机的抉择 1. 4 企图最大切削 力矩的负荷百分比 核算作事台以最大切削力矩 Tmc 运转的年华(负荷时刻百 5) 。 分比或 ON 的年华)要正在首肯的切削年华内(要求 注: 1. Tmc < Tc×α 可用最大切削力矩继续运转 力矩运转的周期负荷百分比是 必需核算周期负荷的百分比。 (用最大切削 100% ) 。 2. Tmc > Tc×α 如注 1 所述,假设切削时加于电机轴上的最大负载力矩 Tc : 电机规格注明 书中的 Ts 。 (由§ 1.1 算得的)小于电机规格的静止额定力矩 (热恶果)的乘积,则所选电机可能餍足继续切削。 比如: 如§ 1.1 的企图结果: Tmc=21.8 kgf.cm=2.1 Nm Tmc (Tc) 与α Tc=31 kgf.cm=3.0 Nm (由电机的规格仿单中查得) 3.0× 0.9=2.7 Nm > 2.1 Nm=Tmc 故继续切削不会有题目。 若 Tmc 大于该乘积( Tmc >Tc ×α),则按下述方法企图负 荷 (on) 年华( ton )或周期负荷百分比。 期的 t on 内加到电机上。 (假设α为 企图负荷百分比。 ) Tmc 可能正在该切削周 0.9,商讨机床运转要求 10 α电机的抉择 企图最大切削力矩的 周期负荷百分比 按照加工请求指定年华 t on 和 toff , ,绘制周期负荷图, 用§ 1.3 必需保 所述的办法企图出一个切削周期内力矩的均方根值, 证企图出的均方根值不要逾越电动机首肯的静止额定力矩 与热恶果α的乘积。 则最大切削力矩的周期负荷百分比企图如下: 最大切削力矩的 ( Tmc ) 周期负荷百分比 = 比如: 假设 Tmc=4.0 Nm ; Tm=0.9 Nm 2 2 4.0 × t on+0.9 ×t of t on × 100% T α 3/3000 电机 的 Tc=3Nm 。 因而 ton+t of t on t off < 3 x 0.9 (=2.7 Nm) 1 1.6 < 即,非切削年华与切削年华的百分比为 周期负荷的百分比为: t on 1.6 ,或更大少许。 T × 100 = 38.5% 1— 5 。 因此,α 3/3000 电机餍足上述抉择要求 恶果α的乘积,则应减小 t on 。伺服电机选型计算图解 假设企图出的力矩均方根值逾越首肯的静止额定力矩与热 11

本文由双鸭山罗马防爆电机销售公司发布于服务支持,转载请注明出处:伺服电机精细估计选型

关键词: