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如何进行伺服选型与工程计算

2018/3/7 18:28:38 分类:PLC应用 
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如何根据用户提供的技术参数进行伺服选型和初步工程计算,黄岑工程师结合案例分享伺服选型的工程计算全过程,值得大家学习和借鉴。

工况技术参数
◆ 基于V90伺服电机的选型,要求编码器类型为多圈绝对值编码器
◆ 机械结构为垂直升降机构,电机-减速机-滚珠丝杠的传动结构
◆ 额定负荷总质量为2500kg
◆ 滚珠丝杠的最大行程为1500mm
◆ 要求升降机构能在30s内完成500mm的位移
◆ 丝杠的摩擦系数为0.005
◆ 丝杠的传动效率为0.94
◆ 减速机的传动效率为0.75
◆ 导向摩擦力忽略不计
◆ 电机、减速机、丝杠的转动惯量忽略不计(初步选型设计)
◆ 要求系统有1.5倍额定负荷的工况下连续工作能力

要求计算一下数据:
①V90电机的型号;
②减速比;
③丝杠导程;
④工作速度与加速度。


伺服选型的初步工程计算过程
1、确定工艺速度范围

根据已知设计要求,“要求升降机构能在30s内完成500mm的位移”,即l=500mm;t=30s,可得:最小工艺速度:V_Min=l/t=500÷30=16.667mm/s;最大工艺速度:V_max=2×l/t=33.333mm/s
2、确定最小加速度
a_Min=2×V_Max/t=2.222mm/s^2;a_Max当然是可以无穷大
3、确定最小输出功率
垂直升降机构,m=2500kg;匀速牵引力F=mg=24500N;匀速牵引功率范围P=F×V=0.4-0.8kW;电机功率需求范围P_M=P/η=0.53-1.07kW;η=0.75
4、确定V90的功率段应选>0.75kW确定额定转速n_N=2000RPM
5、根据最大工艺线速度V_Max,确定额定线速度V_N=1.1×V_Max
6、根据V_N=L×n_N/i/60,取L=5.0mm,则i=4.5;取L=10.0mm,则i=9.0;V_N≈37.0mm/s
7、额定载荷下:重力G=m×g=24500N;丝杠摩擦力f=k×G=122.5N;最小加速力F_a=m×a=5.56N;最小合力F=G+f+F_a=24629N
8、根据丝杠推力F×L/1000=M×i×η×2×Pi×0.94,得到电机最小需求扭矩M_Min=6.18Nm
9、根据M=9550×P/n,得到额定转速下电机最小需求功率P_Min=1.294kW 
10、伺服电机选型:额定功率P_N=1.5kW;额定转速n_N=2000RPM;额定扭矩M_N=7.16Nm
11、丝杠额定推力F_N=M_N×i×η×2×Pi×0.94×1000/L=28544.6N
12、额定载荷下最大加速度a_Max=(F_N-G-f)/m=1568.9mm/s^2


以下昌晖仪表小编是整理自网络的两篇文章:《伺服电机的选型计算方法》和《伺服电机选型应考虑因素》,供大家学习和参考。

《伺服电机选型计算方法》
1、转速和编码器分辨率的确认。
2、电机轴上负载力矩的折算和加减速力矩的计算。
3、计算负载惯量。惯量的匹配,以多摩川伺服电机为例,部分惯量匹配可达50倍,但实际越小越好,这样对精度和响应速度好。
4、再生电阻的计算和选择,对于伺服,一般2kW以上,要外配置。
5、电缆选择。编码器电缆双绞屏蔽的,对于多摩川伺服等日系产品绝对值编码器是6芯,增量式是4芯。
这里只考虑电机的动力问题,对于直线运动用速度v(t),加速度a(t)和所需外力F(t)表示,对于旋转运动用角速度 (t),角加速度(t)和所需扭矩T(t)表示,它们均可以表示为时间的函数,与其他因素无关。很显然。电机的最大功率P电机,最大应大于工作负载所需的峰值功率P峰值,但仅仅如此是不够的,物理意义上的功率包含扭矩和速度两部分,但在实际的传动机构中它们是受限制的。用峰值,T峰值表示最大值或者峰值。电机的最大速度决定了减速器减速比的上限,n上限=峰值,最大/峰值,同样,电机的最大扭矩决定了减速比的下限,n下限=T峰值/T电机,最大,如果n下限大于n上限,选择的电机是不合适的。反之,则可以通过对每种电机的广泛类比来确定上下限之间可行的传动比范围。只用峰值功率作为选择电机的原则是不充分的,而且传动比的准确计算非常繁琐。

上述伺服电机选型计算比较麻烦,有时也需要,还可以选择的方法是:
一种新的伺服电机选择原则是将电机特性与负载特性分离开,并用图解的形式表示,这种表示方法使得伺服驱动器的可行性检查和不同系统间的比较更方便,另外,还提供了传动比的一个可能范围。这种方法的优点:适用于各种负载情况;将负载和电机的特性分离开;有关动力的各个参数均可用图解的形式表示并且适用于各种电机。因此,不再需要用大量类比来检查电机是否能够驱动某个特定的负载。

在电机和负载之间的传动比会改变电机提供的动力荷载参数。比如,一个大的传动比会减小外部扭矩对电机运转的影响,而且,为输出同样的运动,电机就得以较高的速度旋转,产生较大的加速度,因此电机需要较大的惯量扭矩。选择一个合适的传动比就能平衡这相反的两个方面。通常,应用有如下两种方法可以找到这个传动比n,它会把电机与工作任务很好地协调起来:①从电机得到的最大速度小于电机自身的最大速度 电机,最高速度;②电机任意时刻的标准扭矩小于电机额定扭矩M额定。

伺服电机选型应考虑因素
1、伺服电机选型考虑因素
①你需要的转矩;
②你需要的转速;
③你设备运行的电压;
④你的预算;
⑤你能接受的交货期;
⑥你选择电机的品牌;
⑦你选的电机是否要带刹车;
⑧如果有带减速机的话,要注意电机与减速机的接口;
⑨有些还要考虑启动停止时间;

2、在伺服电机选型的时候考虑以上因素的顺序
①先确定你的设备的速度和负载;
②再算出你所需电机的转矩和转速(如何有减速机的也要考虑进去);
③根据你的预算去选择国产还是进口品牌(建议用国产的就可以);
④确实了品牌也就等于确定了交货期,进口的一般在半个月到一个月以上,国产的一般在一周左右。
⑤若电机要接减速机话,那么要在第考虑电机输出轴和法兰是否与减速机相配;
⑥根据功能要求是否带刹车;
⑦若有启动停止时间的要求的话,在计算电机转矩的时候就得把负载惯量算进去。

大概就这么多了,再加一点个人的观点,最好不要用日本货,日本的东西现在也比以前差了,性能好的是不卖我们的,而且性价比也一般,现在国内某些厂家也做得不错。

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