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(dòng)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(hào)的確定可以通過(guò)下列方法：1. 電機(jī)最大轉(zhuǎn)速系統(tǒng)所需之最高移動(dòng)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(shí)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(jì)算選型計(jì)算1. 扭矩計(jì)算 連續(xù)負(fù)載工作扭矩(TL)； 加速時(shí)扭矩(TS)；2. 速度計(jì)算 負(fù)載端轉(zhuǎn)速； 電機(jī)端轉(zhuǎn)速；3. 慣量匹配計(jì)算（JL/JM）扭矩和速度計(jì)算扭矩和速度計(jì)算 電機(jī)扭矩計(jì)算包

2、括負(fù)載扭矩TL和啟動(dòng)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(yùn)動(dòng)時(shí)主要是克服摩擦力，垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)還要克服重力等的影響。 TS: 啟動(dòng)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(jì)算TS的關(guān)鍵為慣量的計(jì)算。慣量的計(jì)算慣量的計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的定義：各質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)量與該質(zhì)點(diǎn)到轉(zhuǎn)軸距離平方乘積之和，為描述轉(zhuǎn)動(dòng)慣性大小的物理量。定義公式：J=mipi2，單位：kgm2 圓柱體慣量計(jì)算： 實(shí)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(dòng)機(jī)構(gòu)下負(fù)載的慣量計(jì)算各種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)下負(fù)載的慣量計(jì)算下面是幾種常見(jiàn)傳動(dòng)方式下負(fù)載的慣量計(jì)算。一. 直接驅(qū)動(dòng) 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(dòng) 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(dòng) 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(dòng) JL ：負(fù)載的慣量，n：齒輪傳動(dòng)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(jì)算扭據(jù)。下面結(jié)合例子講解如何計(jì)算扭據(jù)。例子例子1滾珠絲桿傳動(dòng)滾珠絲桿傳動(dòng) 物體運(yùn)動(dòng)速度要求V=5.0m/min; 滑動(dòng)部分質(zhì)量：M=50Kg 絲桿長(zhǎng)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(shí)間t0 =0.1s; 機(jī)械效率n=0.9則計(jì)算過(guò)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(jì)算公式得出負(fù)載慣量為 水平直線運(yùn)動(dòng)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(jì)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(jì)算啟動(dòng)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(jì)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(jì)算，JM=1.1x10-3 kg.m2例子2直接驅(qū)動(dòng)當(dāng)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)一個(gè)圓盤(pán)，要求轉(zhuǎn)速在300RPM，啟動(dòng)時(shí)間為1s，圓盤(pán)的質(zhì)量為10Kg，半徑100mm。 根據(jù)圓柱體慣量的計(jì)算公式 JL=0.5M R

7、2 =0.5x10 x0.12=0.05kg.m2 計(jì)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(dòng)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(dòng)，可以考慮通過(guò)減速提高慣量比，選型時(shí)也需要注意這點(diǎn)。 測(cè)試：1. 滾珠絲桿傳動(dòng) 物體運(yùn)動(dòng)速度要求V=3.6m/min; 滑動(dòng)部分質(zhì)

8、量：M=200Kg 絲桿長(zhǎng)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(shí)間t0 =0.2s; 機(jī)械效率n=0.9請(qǐng)計(jì)算需要電機(jī)扭矩和轉(zhuǎn)速？2. 直接傳動(dòng)，圓盤(pán) 當(dāng)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)一個(gè)圓盤(pán)，要求轉(zhuǎn)速在200RPM， 啟動(dòng)時(shí)間為0.5s，圓盤(pán)的質(zhì)量為10Kg，半徑100mm。 請(qǐng)計(jì)算需要電機(jī)的扭矩和轉(zhuǎn)速度？力矩計(jì)算的另外一種簡(jiǎn)化算法以上的計(jì)算也可以從能量守恒的角度出發(fā)。（力）x（力運(yùn)動(dòng)方向的位移）電機(jī)扭力 x（軸旋轉(zhuǎn)角度）簡(jiǎn)單計(jì)算方法：電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈（2 角位移），物體移動(dòng)距離P, 得出 FxP =Tx2 計(jì)算。其中F是作用在負(fù)載上的合力在以上的計(jì)算中F=M a+f，a=Vl/t0.慣量匹配計(jì)算慣量匹配計(jì)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(dòng)慣量對(duì)伺服系統(tǒng)的精度，穩(wěn)定性，動(dòng)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(huì)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(jì)時(shí)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(dòng)態(tài)特性時(shí)，慣量越小，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特