電機(jī)扭矩計(jì)算.doc

1、 系統(tǒng)構(gòu)成：變頻器控制電機(jī)，電機(jī)接蝸輪蝸桿升降機(jī)；2、兩組系統(tǒng)舉升約最大250kg負(fù)載，舉升形成300mm；3、蝸輪蝸桿升降機(jī)絲桿的升降速度最大200mm/min；4、啟停時(shí)平穩(wěn)，加減速距離50mm，加減速時(shí)間5s；小弟咨詢的電機(jī)為4極異步電機(jī)550w和750w兩種，550w扭矩3.75N.M，750w扭矩5N.M，請(qǐng)大俠們指點(diǎn)，如何選擇電機(jī)的扭矩。1、 重物轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： JW = F * (PB/2/3.14)2 (kg.cm2)二、絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量: JB = MB * (DB2)/8 (kg.cm2)三、折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： JL = (JW + JB)/R2 (kg.cm2)JL/(R2) =3JD 驗(yàn)算減速比J = F.v (N.m)F.v = F.r (N.m)其中:PB絲桿螺距；DB絲桿直徑；R減速比；v速度；計(jì)算時(shí)要考慮傳動(dòng)效率與單位換算比如轉(zhuǎn)動(dòng)慣量單位(kg.cm2)換算成(kg.m2)感謝各位的回復(fù)，雖然1樓大俠給出了詳細(xì)的公式，但是小弟有兩處還略有不懂。1、小弟需要計(jì)算電機(jī)的扭矩，最終確定電機(jī)的型號(hào)；2、JD是什么參數(shù)；3、J=F.V=F.r中.V.r分別表示什么參數(shù)；4、蝸輪蝸桿升降機(jī)選擇SWL2.5的小弟新人，請(qǐng)不吝賜教哦！現(xiàn)在把結(jié)構(gòu)簡圖發(fā)出來，方便大家分析問題，越詳細(xì)越喜歡的哦！想問的重點(diǎn)是這套系統(tǒng)選擇550w、3.75N.M扭矩的電機(jī)可以嗎？JD 電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量扭矩T J = F.v J 折算的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 角速度=2n/60 n轉(zhuǎn)速 v 速度你這個(gè)系統(tǒng)中還要折算減速箱的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；此系統(tǒng)550W電機(jī)足夠了?？紤]傳動(dòng)效率：絲桿0.8，蝸箱0.8T = F.PB/2/R/ = 200*9.8*6/6280/24/0.8/0.8 = 0.12N.m加速轉(zhuǎn)矩：假設(shè)加速時(shí)間3秒a = 1440 * PB / 60/3 = 46.7/s2 Ta = F.PB/2/R/ = 200 * 6 * 46.7/6280/24/0.8/0.8 = 0.59N.m伺服電機(jī)有直流、交流之分，一般來說選擇合適的伺服電機(jī)要根據(jù)機(jī)器的負(fù)載大小和速度來選一、進(jìn)給驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)的選擇1.原則上應(yīng)該根據(jù)負(fù)載條件來選擇伺服電機(jī)。在電機(jī)軸上所有的負(fù)載有兩種，即阻尼轉(zhuǎn)矩和慣量負(fù)載。這兩種負(fù)載都要正確地計(jì)算，其值應(yīng)滿足下列條件:1)當(dāng)機(jī)床作空載運(yùn)行時(shí)，在整個(gè)速度范圍內(nèi)，加在伺服電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)在電機(jī)連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩范圍內(nèi)，即應(yīng)在轉(zhuǎn)矩速度特性曲線的連續(xù)工作區(qū)。2)最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩，加載周期以及過載時(shí)間都在提供的特性曲線的準(zhǔn)許范圍以內(nèi)。3)電機(jī)在加速/減速過程中的轉(zhuǎn)矩應(yīng)在加減速區(qū)(或間斷工作區(qū))之內(nèi)。4)對(duì)要求頻繁起，制動(dòng)以及周期性變化的負(fù)載，必須檢查它的在一個(gè)周期中的轉(zhuǎn)矩均方根值。并應(yīng)小于電機(jī)的連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩。5)加在電機(jī)軸上的負(fù)載慣量大小對(duì)電機(jī)的靈敏度和整個(gè)伺服系統(tǒng)的精度將產(chǎn)生影響。通常，當(dāng)負(fù)載小于電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量時(shí)，上述影響不大。但當(dāng)負(fù)載慣量達(dá)到甚至超過轉(zhuǎn)子慣量的5倍時(shí)，會(huì)使靈敏度和響應(yīng)時(shí)間受到很大的影響。甚至?xí)顾欧糯笃鞑荒茉谡Ｕ{(diào)節(jié)范圍內(nèi)工作。所以對(duì)這類慣量應(yīng)避免使用。推薦對(duì)伺服電機(jī)慣量Jm和負(fù)載慣量Jl之間的關(guān)系如下: Jl5Jm1、負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算方法加到伺服電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式，因機(jī)械而異。但不論何種機(jī)械，都應(yīng)計(jì)算出折算到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。通常，折算到伺服電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩可由下列公式計(jì)算:Tl=(F*L/2)+T0式中:Tl折算到電機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩(N.M)；F：軸向移動(dòng)工作臺(tái)時(shí)所需要的力；L：電機(jī)軸每轉(zhuǎn)的機(jī)械位移量(M)；To：滾珠絲杠螺母，軸承部分摩擦轉(zhuǎn)矩折算到伺服電機(jī)軸上的值(N.M)；：驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的效率F：取決于工作臺(tái)的重量，摩擦系數(shù)，水平或垂直方向的切削力，是否使用了平衡塊(用在垂直軸)。無切削時(shí): F=*(W+fg)，切削時(shí): F=Fc+*(W+fg+Fcf)。W：滑塊的重量(工作臺(tái)與工件)Kg；：摩擦系數(shù)；Fc：切削力的反作用力；Fg：用鑲條固緊力；Fcf：由于切削力靠在滑塊表面作用在工作臺(tái)上的力(kg)即工作臺(tái)壓向?qū)к壍恼驂毫Α?計(jì)算轉(zhuǎn)矩時(shí)下列幾點(diǎn)應(yīng)特別注意：(a)由于鑲條產(chǎn)生的摩擦轉(zhuǎn)矩必須充分地考慮。通常，僅僅從滑塊的重量和摩擦系數(shù)來計(jì)算的轉(zhuǎn)矩很小的。請(qǐng)?zhí)貏e注意由于鑲條加緊以及滑塊表面的精度誤差所產(chǎn)生的力矩。(b)由于軸承，螺母的預(yù)加載，以及絲杠的預(yù)緊力滾珠接觸面的摩擦等所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩均不能忽略。尤其是小型輕重量的設(shè)備。這樣的轉(zhuǎn)矩回應(yīng)影響整個(gè)轉(zhuǎn)矩。所以要特別注意。(c)切削力的反作用力會(huì)使工作臺(tái)的摩擦增加，以此承受切削反作用力的點(diǎn)與承受驅(qū)動(dòng)力的點(diǎn)通常是分離的。如圖所示，在承受大的切削反作用力的瞬間，滑塊表面的負(fù)載也增加。當(dāng)計(jì)算切削期間的轉(zhuǎn)矩時(shí)，由于這一載荷而引起的摩擦轉(zhuǎn)矩的增加應(yīng)給予考慮。(d)摩擦轉(zhuǎn)矩受進(jìn)給速率的影響很大，必須研究測(cè)量因速度工作臺(tái)支撐物(滑塊，滾珠，壓力)，滑塊表面材料及潤滑條件的改變而引起的摩擦的變化。已得出正確的數(shù)值。(e)通常，即使在同一臺(tái)的機(jī)械上，隨調(diào)整條件，周圍溫度，或潤滑條件等因素而變化。當(dāng)計(jì)算負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，請(qǐng)盡量借助測(cè)量同種機(jī)械上而積累的參數(shù)，來得到正確的數(shù)據(jù)。2.負(fù)載慣量的計(jì)算。由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的所有運(yùn)動(dòng)部件，無論旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的部件，還是直線運(yùn)動(dòng)的部件，都成為電機(jī)的負(fù)載慣量。電機(jī)軸上的負(fù)載總慣量可以通過計(jì)算各個(gè)被驅(qū)動(dòng)的部件的慣量，并按一定的規(guī)律將其相加得到。1)圓柱體慣量 如滾珠絲杠，齒輪等圍繞其中心軸旋轉(zhuǎn)時(shí)的慣量可按下面公式計(jì)算: J=(/32)*D4L(kg cm2) 如機(jī)構(gòu)為鋼材，則可按下面公式計(jì)算: J=(0.78*10-6)*D4L(kg cm2) 式中: 材料的密度(kg/cm2) D圓柱體的直經(jīng)(cm) L圓柱體的長度(cm)2)軸向移動(dòng)物體的慣量工件，工作臺(tái)等軸向移動(dòng)物體的慣量，可由下面公式得出: J=W*(L/2)2 (kg cm2) 式中: W直線移動(dòng)物體的重量(kg) L電機(jī)每轉(zhuǎn)在直線方向移動(dòng)的距離(cm)3)圓柱體圍繞中心運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣量如圖所示:圓柱體圍繞中心運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣量屬于這種情況的例子:如大直經(jīng)的齒輪，為了減少慣量，往往在圓盤上挖出分布均勻的孔這時(shí)的慣量可以這樣計(jì)算: J=Jo+W*R2(kg cm2) 式中:Jo為圓柱體圍繞其中心線旋轉(zhuǎn)時(shí)的慣量(kgcm2) W圓柱體的重量(kg) R旋轉(zhuǎn)半徑(cm)4)相對(duì)電機(jī)軸機(jī)械變速的慣量計(jì)算將上圖所示的負(fù)載慣量Jo折算到電機(jī)軸上的計(jì)算方法如下: J=(N1/N2)2Jo 式中:N1 N2為齒輪的齒數(shù)3.電機(jī)加速或減速時(shí)的轉(zhuǎn)矩 電機(jī)加速或減速時(shí)的轉(zhuǎn)矩1)按線性加減速時(shí)加速轉(zhuǎn)矩計(jì)算如下: Ta=(2Vm/60*104) *1/ta(Jm+JL)(1-e-ks。ta) Vr=Vm1-1/ta.ks(1-e-ksta) Ta加速轉(zhuǎn)矩(N.M) Vm快速移動(dòng)時(shí)的電機(jī)轉(zhuǎn)速(r/min) Ta加速時(shí)間(sec) Jm電機(jī)慣量(N.m.s2) JL負(fù)載慣量(N.m.s2) Vr加速轉(zhuǎn)矩開始減少的點(diǎn) Ks伺服系統(tǒng)位置環(huán)增益(sec-1)電機(jī)按指數(shù)曲線加速時(shí)的加速轉(zhuǎn)矩曲線此時(shí)，速度為零的轉(zhuǎn)矩To可由下面公式給出: To=(2Vm/60*104) *1/te(Jm+JL) Te指數(shù)曲線加減速時(shí)間常數(shù)2)當(dāng)輸入階段性速度指令時(shí)。 這時(shí)的加速轉(zhuǎn)矩Ta相當(dāng)于To，可由下面公式求得(ts=ks)， Ta=(2Vm/60*104)*1/ts(Jm+JL)。3.工作機(jī)械頻繁啟動(dòng)，制動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩。當(dāng)工作機(jī)械作頻繁啟動(dòng)，制動(dòng)時(shí)，必須檢查電機(jī)是否過熱，為此需計(jì)算在一個(gè)周期內(nèi)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的均方根值，并且應(yīng)使此均方根值小于電機(jī)的連續(xù)轉(zhuǎn)矩。電機(jī)的均方根值:Trms=(Ta+Tf)2t1+Tf2t2+(Ta-Tf)2t1+To2t3/T周式中: Ta加速轉(zhuǎn)矩(N.M) Tf摩擦轉(zhuǎn)矩(N.M) To在停止期間的轉(zhuǎn)矩(N。M)t1t2t3t周 所知的時(shí)間。 t1t2t3t周 所知的時(shí)間示意圖4.負(fù)載周期性變化的轉(zhuǎn)矩計(jì)算也需要計(jì)算出一個(gè)周期中的轉(zhuǎn)矩均方根值Trms。且該值小于額定轉(zhuǎn)矩。這樣電機(jī)才不會(huì)過熱，正常工作。負(fù)載慣量與電機(jī)的響應(yīng)和快速移動(dòng)ACC/DEC時(shí)間息息相關(guān)。帶大慣量負(fù)載時(shí)，當(dāng)速度指令變化時(shí)，電機(jī)需較長的時(shí)間才能到達(dá)這一速度，當(dāng)二軸同步插補(bǔ)進(jìn)行圓弧高速切削時(shí)大慣量的負(fù)載產(chǎn)生的誤差會(huì)比小慣量的大一些。通常，當(dāng)負(fù)載慣量小于電機(jī)慣量時(shí)上述提及的問題一般不會(huì)發(fā)生。如果高于5倍馬達(dá)轉(zhuǎn)子慣量，一般伺服會(huì)出現(xiàn)不良反應(yīng)，像高速激光切割機(jī)床，在設(shè)計(jì)時(shí)就要考慮負(fù)載慣量低于電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量。 電機(jī)及減速機(jī)扭矩、功率計(jì)算公式減速機(jī)使用系數(shù)u原動(dòng)機(jī) 工作平穩(wěn) 輕微沖擊 中等沖擊嚴(yán)重沖擊工作機(jī)|均勻平穩(wěn) 1.00 1.25 1.50 1.75輕微沖擊1.10 1.35 1.60 1.85中等沖擊 1.25 1.50 1.75 2.00嚴(yán)重沖擊 1.50 1.75 2.00 2.25或更大四、電機(jī)輸出扭矩與電機(jī)轉(zhuǎn)速、功率的關(guān)系。 1、公式：T=9550P/n此公式為工程上常用的：扭矩；功率；轉(zhuǎn)速三者關(guān)系的計(jì)算公式。式中：T-扭矩（N.M）；9550-常數(shù)（不必追究其來源）；P-電機(jī)的功率（KW）；n-輸出的轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/ 分）注：需要注意的是：若通過減速機(jī)計(jì)算扭矩時(shí)，要考慮齒輪傳動(dòng)效率損失的因素。 2、伺服電機(jī)扭矩計(jì)算公式:T=F*R*減速比。例子：帶動(dòng)100kg的物體，R=50mm，減速比為：1：50， 求伺服電機(jī)的扭矩？答案