滾珠絲桿的伺服選型(經(jīng)典版)

1、伺服的選型伺服的選型 伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動器和伺服電機(jī)組成，其中最關(guān)鍵的又是伺服電機(jī)的確定，伺服電機(jī)型號的確定可以通過下列方法：1. 電機(jī)最大轉(zhuǎn)速系統(tǒng)所需之最高移動轉(zhuǎn)速。 2. 電機(jī)的轉(zhuǎn)子慣量與負(fù)載慣量相匹配。3. 連續(xù)負(fù)載工作扭力電機(jī)額定扭力4. 電機(jī)最大輸出扭力系統(tǒng)所需最大扭力（加速時扭力） 總結(jié)：扭矩、速度達(dá)到系統(tǒng)要求，轉(zhuǎn)子慣量與負(fù)扭矩、速度達(dá)到系統(tǒng)要求，轉(zhuǎn)子慣量與負(fù)載慣量相匹配。載慣量相匹配。選型計算選型計算1. 扭矩計算 連續(xù)負(fù)載工作扭矩(TL)； 加速時扭矩(TS)；2. 速度計算 負(fù)載端轉(zhuǎn)速； 電機(jī)端轉(zhuǎn)速；3. 慣量匹配計算（JL/JM）扭矩和速度計算扭矩和速度計算 電機(jī)扭矩計算包

2、括負(fù)載扭矩TL和啟動扭矩TS，T=(TL+TS) *S，S: 安全系數(shù)。 TL:克服外力所需要的力矩，跟機(jī)械結(jié)構(gòu)有關(guān)，如果是水平運動時主要是克服摩擦力，垂直運動時還要克服重力等的影響。 TS: 啟動需要的扭矩，也就是產(chǎn)生加速度所需要的扭矩，根據(jù)公式Ts=J J = 電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量和負(fù)載慣量折算到電機(jī)軸的慣量的和 =電機(jī)軸角加速度。 計算TS的關(guān)鍵為慣量的計算。慣量的計算慣量的計算轉(zhuǎn)動慣量的定義：各質(zhì)點的質(zhì)量與該質(zhì)點到轉(zhuǎn)軸距離平方乘積之和，為描述轉(zhuǎn)動慣性大小的物理量。定義公式：J=mipi2，單位：kgm2 圓柱體慣量計算： 實心圓柱體： JK= (/32)LD4=0.5MR2 空心圓柱體： JK

3、= (/32)L(D04-D14)=0.5M(R02-R12)各種傳動機(jī)構(gòu)下負(fù)載的慣量計算各種傳動機(jī)構(gòu)下負(fù)載的慣量計算下面是幾種常見傳動方式下負(fù)載的慣量計算。一. 直接驅(qū)動 JT：負(fù)載折算到電機(jī)轉(zhuǎn)子的總慣量 JL：負(fù)載慣量；JM：電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量 JT = JL+JM二. 皮帶輸送傳動 JT：負(fù)載折算到電機(jī)轉(zhuǎn)子的總慣量 JL：負(fù)載慣量； JM ：電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量 M：負(fù)載和皮帶的質(zhì)量和；R：皮帶輪半徑；JP：皮帶輪慣量 JL= M*R2 ； JT= JL+ JP + JM三. 絲桿傳動 P: 螺距，M: 負(fù)載的質(zhì)量，JB是絲桿慣量 JL = M（P/ 2 )2 ； JT = JL + JM + JB四

4、.齒輪傳動 JL ：負(fù)載的慣量，n：齒輪傳動比， JM ：電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量 JT = JL /n2 + JM下面結(jié)合例子講解如何計算扭據(jù)。下面結(jié)合例子講解如何計算扭據(jù)。例子例子1滾珠絲桿傳動滾珠絲桿傳動 物體運動速度要求V=5.0m/min; 滑動部分質(zhì)量：M=50Kg 絲桿長度 LB=1.4m; 絲桿直徑DB=0.012m; 絲桿導(dǎo)程PB=0.01m; 聯(lián)軸器質(zhì)量Mc=0.2Kg 聯(lián)軸器外徑DC=0.04m; 磨擦系數(shù)：u =0.3 加速時間t0 =0.1s; 機(jī)械效率n=0.9則計算過程如下： (1) 電機(jī)轉(zhuǎn)速：N=V/PB=5.0/0.01=500(rpm) (2) 克服磨擦力需要的扭矩：

5、f PB TL 2, f 摩擦力 f Mg TL=MgPB/(2)=50 x9.8x0.3x0.01/(2x0.9)=0.26N.m (3)根據(jù)前面的計算公式得出負(fù)載慣量為 水平直線運動負(fù)載 JLM=M（PB/ 2 )2 =50 x(0.01/2 )2 =1.26x10-4(Kg.m2 ) 滾珠絲桿 JB=0.224x10-4 (Kg.m2 )按圓柱體的方式計算 聯(lián)軸器 JC=0.4x10-4(Kg.m2 ) 負(fù)荷慣量 JL=JLM+JB+JC=1.88 x10-4(Kg.m2 ) (4)根據(jù)慣量計算啟動所需要的扭矩： Ts=(JL+JM) =2*N/60t0 =523.6 rad/s2 Ts

6、=0.0984+523.6JM(N.m) (5)最終計算的電機(jī)扭矩 負(fù)載扭矩：TL=0.26(N.m) 產(chǎn)生加速度所需扭力： Ts=0.0984+523 .6JM (N.m)必須扭矩 T=（TL+TS)x S, S為安全系數(shù)，一般為23 TM= (0.26+0.0984+523.6JM)x2 =(0.36+523.6JM)x2 =(0.36+0.575)x2=1.87(N.m)按最大慣量電機(jī)JM計算，JM=1.1x10-3 kg.m2例子2直接驅(qū)動當(dāng)電機(jī)直接驅(qū)動一個圓盤，要求轉(zhuǎn)速在300RPM，啟動時間為1s，圓盤的質(zhì)量為10Kg，半徑100mm。 根據(jù)圓柱體慣量的計算公式 JL=0.5M R

7、2 =0.5x10 x0.12=0.05kg.m2 計算角加速度 : =(2) x300/(60 x1)=31.4rad/s2 Ts=(JL+JM) x =(0.05+JM)x31.4 = 1.57+31.4JM Ts啟動扭矩必須扭矩： T= S *Ts(在這里把克服空氣阻力略去） S2，得出：T=3.14+62.8JM3.14N.m 取最大慣量電機(jī)，慣量JM1.1x10-3 kg.m2, JL/JM=46考慮到慣量比遠(yuǎn)大于35的理想范圍，所以，該系統(tǒng)不適合直接驅(qū)動，可以考慮通過減速提高慣量比，選型時也需要注意這點。 測試：1. 滾珠絲桿傳動 物體運動速度要求V=3.6m/min; 滑動部分質(zhì)

8、量：M=200Kg 絲桿長度 LB=1.4m; 絲桿直徑DB=0.025m; 絲桿導(dǎo)程PB=0.010m; 聯(lián)軸器質(zhì)量Mc=0.2Kg 聯(lián)軸器外徑DC=0.04m; 磨擦系數(shù)：u =0.1 加速時間t0 =0.2s; 機(jī)械效率n=0.9請計算需要電機(jī)扭矩和轉(zhuǎn)速？2. 直接傳動，圓盤 當(dāng)電機(jī)直接驅(qū)動一個圓盤，要求轉(zhuǎn)速在200RPM， 啟動時間為0.5s，圓盤的質(zhì)量為10Kg，半徑100mm。 請計算需要電機(jī)的扭矩和轉(zhuǎn)速度？力矩計算的另外一種簡化算法以上的計算也可以從能量守恒的角度出發(fā)。（力）x（力運動方向的位移）電機(jī)扭力 x（軸旋轉(zhuǎn)角度）簡單計算方法：電機(jī)轉(zhuǎn)動一圈（2 角位移），物體移動距離P, 得出 FxP =Tx2 計算。其中F是作用在負(fù)載上的合力在以上的計算中F=M a+f，a=Vl/t0.慣量匹配計算慣量匹配計算慣量比：負(fù)載慣量JL與電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量JM之比1影響：傳動慣量對伺服系統(tǒng)的精度，穩(wěn)定性，動態(tài)響應(yīng)都有影響，慣量大，系統(tǒng)的機(jī)械常數(shù)大，響應(yīng)慢，會使系統(tǒng)的固有頻率下降，容易產(chǎn)生諧振，因而限制了伺服帶寬，影響了伺服精度和響應(yīng)速度，因此，機(jī)械設(shè)計時在不影響系統(tǒng)剛度的條件下，應(yīng)盡量減小慣量。2. 確定：衡量機(jī)械系統(tǒng)的動態(tài)特性時，慣量越小，系統(tǒng)的動態(tài)特