滾珠絲桿的伺服選型(經(jīng)典版).ppt

伺服的選型,伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動器和伺服電機組成，其中最關(guān)鍵的又是伺服電機的確定，伺服電機型號的確定可以通過下列方法： 1. 電機最大轉(zhuǎn)速系統(tǒng)所需之最高移動轉(zhuǎn)速。 2. 電機的轉(zhuǎn)子慣量與負載慣量相匹配。 3. 連續(xù)負載工作扭力電機額定扭力 4. 電機最大輸出扭力系統(tǒng)所需最大扭力（加速時扭力） 總結(jié)：扭矩、速度達到系統(tǒng)要求，轉(zhuǎn)子慣量與負載慣量相匹配。,選型計算,1. 扭矩計算 連續(xù)負載工作扭矩(TL)； 加速時扭矩(TS)； 2. 速度計算 負載端轉(zhuǎn)速； 電機端轉(zhuǎn)速； 3. 慣量匹配計算（JL/JM）,扭矩和速度計算,電機扭矩計算包括負載扭矩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 = 電機轉(zhuǎn)子慣量和負載慣量折算到電機軸的慣量的和 =電機軸角加速度。 計算TS的關(guān)鍵為慣量的計算。,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= (/32)L(D04-D14)=0.5M(R02-R12),各種傳動機構(gòu)下負載的慣量計算,下面是幾種常見傳動方式下負載的慣量計算。 一. 直接驅(qū)動 JT：負載折算到電機轉(zhuǎn)子的總慣量 JL：負載慣量；JM：電機轉(zhuǎn)子慣量 JT = JL+JM 二. 皮帶輸送傳動 JT：負載折算到電機轉(zhuǎn)子的總慣量 JL：負載慣量； JM ：電機轉(zhuǎn)子慣量 M：負載和皮帶的質(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: 負載的質(zhì)量，JB是絲桿慣量 JL = M（P/ 2 )2 ； JT = JL + JM + JB 四.齒輪傳動 JL ：負載的慣量，n：齒輪傳動比， JM ：電機轉(zhuǎn)子慣量 JT = JL /n2 + JM 下面結(jié)合例子講解如何計算扭據(jù)。,例子1,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; 機械效率n=0.9則計算過程如下：,(1) 電機轉(zhuǎn)速：N=V/PB=5.0/0.01=500(rpm) (2) 克服磨擦力需要的扭矩： 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載慣量為 水平直線運動負載 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=0.0984+523.6JM(N.m) (5)最終計算的電機扭矩 負載扭矩：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JM計算，JM=1.1x10-3 kg.m2,例子2,直接驅(qū)動 當電機直接驅(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 R2 =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，慣量JM1.1x10-3 kg.m2, JL/JM=46 考慮到慣量比遠大于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)量：M=200Kg 絲桿長度 LB=1.4m; 絲桿直徑DB=0.025m; 絲桿導程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; 機械效率n=0.9 請計算需要電機扭矩和轉(zhuǎn)速？ 直接傳動，圓盤 當電機直接驅(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）電機扭力 x（軸旋轉(zhuǎn)角度） 簡單計算方法： 電機轉(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,慣量比：負載慣量JL與電機轉(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)響應都有影響，慣量大，系統(tǒng)的機械常數(shù)大，響應慢，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速度，因此，機械設(shè)計時在不影響系統(tǒng)剛度的條件下，應盡量減小慣量。 2. 確定：衡量機械系統(tǒng)的動態(tài)特性時，慣量越小，系統(tǒng)的動態(tài)特性反應越好；慣量越大，馬達的負載也就越大，越難控制，但機械系統(tǒng)的慣量需和馬達慣量相匹配才行。不同的機構(gòu)，對慣量匹配原則有不同的選擇，且有不同的作用表現(xiàn)。 理論：JL3JM,案例分析,沖床項目分析 四色平板印刷機項目分析 貼標機項目分析 步進電機在高溫場合下的使用注意事項,