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深圳市东么川伺服控制技术有限公司

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伺服电机选型方法简述,附选型计算公式案例


  关于伺服电机的选型是机械设计的重要环节,如果选的型号和实际要求相差较大,必然会带来大的麻烦和不必要的经济损失,电机选型也有相应的规律和公式可循的。最常见的机械传动结构有同步带,齿轮齿条,丝杆等。需要计算的参数有电机转速,电机力矩,转动惯量。

同步带传动  :
同步带传动

电机额定转速N=(v/2πr)*i

启动瞬间需要的拉力F=(M+m1-m2)a+δ(M+m1-m2)g(水平)

F=(M+m1-m2)a+δ(M+m1-m2)g+(M+m1-  m2)g(垂直)

 T扭矩=F*R

 T电机=T扭矩/机械减速比n

 电机功率=N*T电机/10

启动惯量J=1/2mR2 

 电机惯量J电机=J/减速比的平方n2/惯量比i

举个例子:

垂直的同步带拉升物体。
垂直的同步带拉升物体

A:同步带轮直径D=100mm、提升机载货台总重M=30kg、货物总重m1=10kg,配重m2=25kg,提升滚动摩擦系数取δ=0.03、加速度a=2m/S2、提升速度v=3m/s。减速机减速比i=5。

(1)电机额定转速:

n=(v/2πr)*i

   =3/(2*3.14*0.05)*5*60=2866r/min

(2)启动瞬间需要的拉力:

F=(M+m1-m2)a+δ(M+m1-m2)g+(M+m1-m2)g=(30+10-25)*2+0.03(30+10-25)*10+(30+10-25)*10=184.5N

T扭矩=F*R=184.5*0.05=9.225Nm

折算电机需要扭矩

T1=9.225Nm/5=1.85Nm

折算电机功率

P1=2866*1.85/10=0.5KW

(3)启动惯量

J=1/2mR2

  =0.5*(10+30+25)*0.0025=0.08125kgm2

折算电机需要惯量

J1=0.08125/25=0.00325kgm2

根据经验值取惯量比=10,则实际J电=J1/10=0.000325kgm2

经计算:电机至少满足以下条件

下面看下1.2千瓦3000RPM,4牛米的电机的惯量是2.98*10-4 kgm2

所以可以选择80ST-M04030的电机。

齿轮齿条传动

     因为齿轮齿条传递动力大、效齿轮传动的特点,齿轮传动用来传递任意两轴间的运动和动力,其圆周速度可达到300m/s,传递功率可达105KW,齿轮直径可从不到1mm.,寿命长,工作平稳,可靠性高,能保证恒定的传动比,能传递任意夹角两轴间的运动。不管是直齿条还是精度和效率更高的斜齿条都在工业机械设备中广泛的应用。

关于齿条齿轮换算公式:

 

电机转速N(rpm),直线速度V(mm/s)  机械减速比i

N=V*60/1000*S

电机力矩计算:

负载重量M(kg),速度V(mm/s),加速时间T(S),摩擦系数δ,齿轮半径R

加速度a=v/t(m/s2)

齿排切向力F1=Mgδ+Ma

齿轮力矩F2=F1*R/1000

电机力矩F电机=F2/i

负载惯量计算

 

w-工件及工作台重量(kgf)

R-齿轮分度圆半径(cm);

折算到这边电机这边的惯量J电机=J/i2=WR2/gi2

 

举个简单的额例子;

负载重400KG,速度要求500mm/S,加速度2m/s2齿条3M,齿轮25,齿轮外径85,摩擦系数0.15,选型减速机和伺服电机的型号。

先看速度:

S=齿数*模数*3.14/0.9424763

  =25*3*3.14/0.9424763=250mm

齿轮速度N1 =V*60/1000*S=500*60/1000*S

                     =500mm*60s/1000*0.250m=120rpm

电机需要转速为N=N1*i

齿排切向力

F1=Mgδ+Ma=400*10*0.15+400*2=1400

齿轮力矩

F2=F1*R/1000=1400n*47mm/1000=66nm

F电机=F2/i

惯量:

J电机=J/i2=WR2/gi2=400*0.0472/10*202=2.2*10-4 kgm2

暂时选20比减速机,则电机转速N=20*120=2400rpm

电机力矩:F电机=66/20=3.3nm

根据这个电机的参数 选择减速机用80法兰,20比的行星减速机。



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