伺服电机选型实例

1．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。

伺服电机选型应用实例

例：工作台和工件的

W：运动部件（工作台及工件）的重量（kgf）=1000kgf机械规格μ：滑动表面的摩擦系数=0.05

π：驱动系统（包括滚珠丝杠）的效率=0.9fg：镶条锁紧力（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=32mm丝杠）的规格Lb：轴长=1000mmP：节距=8mm

例：电机轴的运行规格Ta：加速力矩（kgf.cm）

Vm:快速移动时的电机速度(mm-1)=3000mm-1ta:加速时间(s)=0.10s

Jm:电机的惯量(kgf.cm.sec2)Jl:负载惯量(kgf.cm.sec2)

ks:伺服的位置回路增益(sec-1)=30sec-1

1.1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:

Tm=+TfTm: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)=8mm

Tf:滚珠丝杠螺母或轴承加到电机轴上的摩擦力矩=2Nm

F×L2πη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=0.05×(1000+50)=52.5(kgf)Tm=(52.5×0.8)/(2×μ×0.9)+2=9.4(kgf.cm)=0.9(Nm)

切削时: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)

为了满足条件1，应根据数据单选择电机，其负载力矩在不切削时应大于0.9（Nm），最高转速应高于3000（min-1）。考虑到加/减速，可选择α2/3000（其静止时的额定转矩为2.0Nm）。

·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。

伺服电机选型应用实例

。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

伺服电机选型应用实例

圆柱体绕其中心轴回转的惯量可按下式计算：J=Db4Lb（kgf.Cm.s2）

J:惯量(kgf.cm.s2)

γ：物体的比重（kg/cm3）Db：直径（cm）

Lb：长度（cm）

若物体的材料是铁（其比重为7.8×10-3kg/cm3）,则惯量的近似值为：J=0.78×10-6Db4Lb（kgf.cm.s2）

例如:滚珠丝杠的Db为32mm，Lb为1000mm，其惯量为Jb为：J=0.78×10-6×3.24×100=0.0082(kg.cm.s2)·沿直线运动物体(工作台,工件等)的惯量

J=×()2(kgf.cm.s2)

W:沿直线运动物体的重量(kg)

L:电机一转物体沿直线的移动距离(cm)

例如:

工作台和工件的W为1000kg，L为8mm，则其惯量计算得：JW=1000/980×（0.8/2/π）2=0.0165(kgf.cm.s2)

·速度高于或低于电机πγ32×980W980L2π